一种直梯攀爬机构制造技术

本发明专利技术提供的攀爬机构针对直梯的结构特点，利用攀爬手指与爬升机构的动作配合，按照所设计的攀爬策略实现自动攀爬过程中所需的三个工位之间的顺序运动。在设计上，本攀爬机构结构简单、自重小，所以负载能力与现有技术提供的设备相比，得到了极大的提高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及自动化机械设备领域，更具体地，涉及一种直梯攀爬机构。
技术介绍
目前的自动化攀爬机构针对不同的应用环境特点，利用不同的附着原理完成攀爬动作，按作用原理主要种类有吸附式、电磁式、钩爪式等。吸附式攀爬机构，大多应用负压或真空吸盘作为吸附原理，利用吸附力抵消自身重量，通过多个吸盘的配合收放，实现机构的攀爬；其典型形式如高空玻璃清洗机器人。吸附式攀爬机构在光滑表面上具有良好的工作能力，其负载较大。但对于非光滑表面由于其吸附力很小，所以吸附力无法抵消攀爬机构的重量，因而其适用性受到限制。磁力式攀爬机构，依靠自身的电磁力设备对所攀爬的对象产生磁吸力来抵消自重实现攀爬，该类机器人对所攀爬对象有磁力要求，所以无法完成非磁结构的攀爬。钩爪式攀爬机构，采用仿生式钩爪结构，在其攀爬手抓上设计有多个细小的弯钩，在攀爬的时候利用弯钩卡扣在粗糙表面，如混净土墙壁上抵消自身重力，实现攀爬。但目前该类机构受结构影响，自身有效载荷率较低，无法实现大负载的攀爬动作。
技术实现思路
本专利技术为解决以上现有技术的目的，提供了一种直梯攀爬机构，该机构利用固定手臂、攀爬手臂实现在直梯上的向上攀爬和向下攀爬，与现有技术相比，其结构简单，自重小，负载能力强，能够实施大负荷的攀爬动作。为实现以上专利技术目的，采用的技术方案是：一种直梯攀爬机构，包括机架，其特征在于：还包括有设置在机架上的固定手臂、曲柄、连杆、电机、同步带、设置在机架上的滑动平台和设置在滑动平台上的攀爬手臂；所述滑动平台设置在固定手臂的下方，滑动平台能够发生垂直方向上的移动；所述固定手臂包括第一底板、第一扭簧、第一棘爪、第一棘轮、固定手指和第一棘爪推送元件，其中第一底板与机架连接，第一扭簧、第一棘轮、固定手指和第一棘爪推送元件设置在第一底板上；第一扭簧的一端与第一底板连接，另一端与第一棘轮连接；第一棘爪与第一棘爪推送元件的推送端连接，第一棘爪推送元件用于将第一棘爪推送至第一棘轮所在位置与第一棘轮进行啮合；固定手指的一端与第一棘轮连接；所述攀爬手臂包括第二底板、第二扭簧、第二棘爪、第二棘轮、攀爬手指和第二棘爪推送元件，其中第二底板设置在滑动平台上，第二扭簧、第二棘轮、攀爬手指和第二棘爪推送元件设置在第二底板上；第二扭簧的一端与第二底板连接，另一端与第二棘轮连接；第二棘爪与第二棘爪推送元件的推送端连接，第二棘爪推送元件用于将第二棘爪推送至第二棘轮所在位置与第二棘轮进行啮合；攀爬手指的一端与第二棘轮连接；所述电机、曲柄设置在机架上，其中电机与一带轮连接，曲柄与另一带轮连接，电机通过带轮、同步带、另一带轮与曲柄连接；连杆一端与曲柄连接，另一端与滑动平台连接。在具体实施的时候，由于固定手指、攀爬手指是通过棘轮、扭簧与底板进行连接的，所以在正常的状态下，固定手指、攀爬手指与机架之间是成一定的角度的，棘爪与棘轮啮合的情况下，这个角度保证攀爬机构能够通过固定手指、攀爬手指挂靠在直梯上，而不至于掉落下来。一般来说，固定手指、攀爬手指有三种工作位置，其中正常状态下固定手指、攀爬手指处于工位1状态，即与机架之间沿顺时针方向所成的角度小于90°；工位2状态为向上攀爬过程中固定手指、攀爬手指受梯子横杆作用后顺时针转动至角度最大值处，工位3状态为向下攀爬过程中固定手指、攀爬手指受梯子横杆作用后逆时针转动至角度最大值处。以下对攀爬机构向上攀爬和向下攀爬的具体原理过程进行描述，攀爬机构在向上攀爬或向下攀爬的过程中，电机轴转动带动曲柄转动，固定手臂与攀爬手臂之间采用曲柄连杆式结构连接，从而使得攀爬手臂能够在竖直方向上发生移动，攀爬机构利用攀爬手臂与固定手臂之间距离的规律变化实现向上或向下的攀爬，其具体过程如下：（1）向上攀爬：此过程中，攀爬手臂、固定手臂之间的间距经过曲柄连杆结构的带动由初始的最大变到最小，然后由最小再变到最大，从而完成一次攀爬，其具体包括以下步骤：S11.初始阶段：攀爬手臂、固定手臂的扭簧处于正常的状态下，固定手指、攀爬手指达到工位1状态，其与机架之间沿顺时针方向所成的角度小于90°，攀爬手臂、固定手臂的棘爪与棘轮进行啮合，初始阶段中攀爬机构依靠固定手指、攀爬手指挂靠在直梯；S12. 攀爬手臂攀爬阶段：电机转动使得攀爬手臂、固定手臂之间的间距逐渐变小，且第二棘爪推送元件带动第二棘爪使其远离第二棘轮，第二棘爪不对第二棘轮进行啮合锁定，使攀爬手指可以发生转动到达工位2状态，从而跨越直梯横杆，当曲柄转动使攀爬手臂、固定手臂之间的间距最小时，此时曲柄带动攀爬手臂向上攀爬n梯，由于第二扭簧带动攀爬手指恢复工位1状态，所以第二棘爪推送元件能够推送第二棘爪使其与第二棘轮进行啮合，第二棘爪对第二棘轮进行锁定，攀爬机构通过攀爬手指挂靠在直梯的横杆上，然后执行步骤S13；S13. 固定手臂攀爬阶段：此时，第一棘爪推送元件带动第一棘爪使其远离第一棘轮，第一棘爪不对第一棘轮进行锁定则固定手指可以发生转动到达工位2状态，从而跨越直梯横杆，由于攀爬手指已经挂靠在直梯的横杆上，通过电机转动，攀爬手臂、固定手臂之间的间距会逐步增大，然后在电机转动攀爬手臂、固定手臂之间的间距为最大的时候，固定手臂向上攀爬n梯，由于第一扭簧带动攀爬手指恢复工位1状态，所以第一棘爪推送元件推送第一棘爪使其与第一棘轮进行啮合，第一棘爪对第一棘轮进行锁定，攀爬机构通过攀爬手指、固定手指挂靠在直梯的横杆上。S14.步骤S11~S13为一次攀爬的过程，完成一次攀爬后，在重新执行步骤S11，进入下一次的攀爬，从而实现攀爬机构的向上攀爬。（2）向下攀爬：此过程中，攀爬手臂、固定手臂之间的间距经过曲柄的带动由初始的最小变到最大，然后由最大再变到最小，从而完成一次攀爬，其具体包括以下步骤：S21.初始阶段：攀爬手臂、固定手臂的扭簧处于正常的状态下，固定手指、攀爬手指达到工位1状态，其与机架之间沿顺时针方向所成的角度小于90°，攀爬手臂、固定手臂的棘爪与棘轮进行啮合，初始阶段下攀爬机构依靠固定手指、攀爬手指挂靠在直梯；S22. 攀爬手臂攀爬阶段：电机转动使得攀爬手臂、固定手臂之间的间距逐渐变大，且第二棘爪推送元件带动第二棘爪使其远离第二棘轮，第二棘爪不对第二棘轮进行锁定则攀爬手指可以发生转动，攀爬手指逆时针旋转至工位3状态，从而跨越直梯横杆，当曲柄转动使攀爬手臂、固定手臂之间的间距为最大时，此时曲柄带动攀爬手臂向下攀爬n梯，在第二扭簧的作用下，攀爬手指恢复工位1状态，所以第二棘爪推送元件能够推送第二棘爪使其与第二棘轮进行啮合，第二棘爪对第二棘轮进行锁定，攀爬机构通过攀爬手指挂靠在直梯的横杆上，然后执行步骤S23；S23. 固定手臂攀爬阶段：此时，第一棘爪推送元件带动第一棘爪使其远离第一棘轮，第一棘爪不对第一棘轮进行锁定则固定手指可以发生转动，由于攀爬手指已经挂靠在直梯的横杆上，电机的转动通过同步带传递，使得曲柄转动，从而令攀爬手臂、固定手臂之间的间距逐步变小，然后在攀爬手臂、固定手臂之间的间距为最小的时候，固定手臂向下攀爬n梯，固定手指逆时针旋转至工位3状态，在第一扭簧的作用下，攀爬手指恢复工位1状态，所以第一棘爪推送元件能够推送第一棘爪使其与第一棘轮进行啮合，第一棘爪对第一棘轮进行锁定，攀爬机构通过攀爬手指、固定手指挂靠在直梯的横杆上。S24.步骤S21本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种直梯攀爬机构，包括机架，其特征在于：还包括有设置在机架上的固定手臂、曲柄、连杆、电机、同步带、设置在机架上的滑动平台和设置在滑动平台上的攀爬手臂；所述滑动平台设置在固定手臂的下方，滑动平台能够发生垂直方向上的移动；所述固定手臂包括第一底板、第一扭簧、第一棘爪、第一棘轮、固定手指和第一棘爪推送元件，其中第一底板与机架连接，第一扭簧、第一棘轮、固定手指和第一棘爪推送元件设置在第一底板上；第一扭簧的一端与第一底板连接，另一端与第一棘轮连接；第一棘爪与第一棘爪推送元件的推送端连接，第一棘爪推送元件用于将第一棘爪推送至第一棘轮所在位置与第一棘轮进行啮合；固定手指的一端与第一棘轮连接；所述攀爬手臂包括第二底板、第二扭簧、第二棘爪、第二棘轮、攀爬手指和第二棘爪推送元件，其中第二底板设置在滑动平台上，第二扭簧、第二棘轮、攀爬手指和第二棘爪推送元件设置在第二底板上；第二扭簧的一端与第二底板连接，另一端与第二棘轮连接；第二棘爪与第二棘爪推送元件的推送端连接，第二棘爪推送元件用于将第二棘爪推送至第二棘轮所在位置与第二棘轮进行啮合；攀爬手指的一端与第二棘轮连接；所述电机、曲柄设置在机架上，其中电机与一带轮连接，曲柄与另一带轮连接，电机通过带轮、同步带、另一带轮与曲柄连接；连杆一端与曲柄连接，另一端与滑动平台连接。...

【技术特征摘要】
1.一种直梯攀爬机构，包括机架，其特征在于：还包括有设置在机架上的固定手臂、曲柄、连杆、电机、同步带、设置在机架上的滑动平台和设置在滑动平台上的攀爬手臂；所述滑动平台设置在固定手臂的下方，滑动平台能够发生垂直方向上的移动；所述固定手臂包括第一底板、第一扭簧、第一棘爪、第一棘轮、固定手指和第一棘爪推送元件，其中第一底板与机架连接，第一扭簧、第一棘轮、固定手指和第一棘爪推送元件设置在第一底板上；第一扭簧的一端与第一底板连接，另一端与第一棘轮连接；第一棘爪与第一棘爪推送元件的推送端连接，第一棘爪推送元件用于将第一棘爪推送至第一棘轮所在位置与第一棘轮进行啮合；固定手指的一端与第一棘轮连接；所述攀爬手臂包括第二底板、第二扭簧、第二棘爪、第二棘轮、攀爬手指和第二棘爪推送元件，其中第二底板设置在滑动平台上，第二扭簧、第二棘轮、攀爬手指和第二棘爪推送元件设置在第二底板上；第二扭簧的一端与第二底板连接，另一端与第二棘轮连接；第二棘爪与第二棘爪推送元件的推送端连接，第二棘爪推送元件用于将第二棘爪推送至第二棘轮所在位置与第二棘轮进行啮合；攀爬手指的一端与第二棘轮连接；所述电机、曲柄设置在机架上，其中电机与一带轮连接，曲柄与另一带轮连接，电机通过带轮、同步带、另一带轮与曲柄连接；连杆一端与...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘洋，黄贤，覃越，梁嘉力，鲍若峪，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：广东;44