一种混合驱动步进式变胞爬树机器人制造技术

一种混合驱动步进式变胞爬树机器人，包括混合驱动机械腿系统和机架杆组件，所述混合驱动机械腿系统包括第一混合驱动机械腿系统、第二混合驱动机械腿系统、第三混合驱动机械腿系统和第四混合驱动机械腿系统。所述一种混合驱动步进式变胞爬树机器人，小功率伺服电机单独驱动时，便能实现复杂爬树抱树运动，驱动简单；机械腿与树干有倾斜角度，利用驱动力的反作用力便可实现锁死，爬树工作安全可靠；机器人爬树过程中，转换自由度，可以改变抱紧角度，实现机器人灵活适应树木直径的变化；模拟动物身体构造，使爬树机器人灵活适应不同形状树木；采用大功率常规电机、小功率伺服电机混合驱动，降低成本，柔性输出程度高，控制简单。

Hybrid driving step type variable cell climbing robot

A hybrid stepping type metamorphic climbing robot, including hybrid drive mechanical leg system and a rack rod assembly, the hybrid drive mechanical system includes a first leg, second leg hybrid drive mechanical system of hybrid drive mechanical system, third legs and fourth leg hybrid drive mechanical system of hybrid driven mechanical leg system. Progressive metamorphic climbing robot driving a hybrid step the small power servo motor drive alone, can implement complex trees chipko movement, simple drive; mechanical legs and trunk tilt angle, the driving force of the reaction force can be locked, climbing safety; robot climbing process. The conversion degree of freedom, can change the hold angle, the robot flexible to adapt to the change of tree diameter; simulated animal body structure, the climbing robot flexible to adapt to different shapes of trees; the power of conventional motor, small power servo motor of hybrid drive, lower cost, flexible output level is high, easy to control.

【技术实现步骤摘要】
一种混合驱动步进式变胞爬树机器人
本专利技术涉及机器人设计领域，特别是一种混合驱动步进式变胞爬树机器人。
技术介绍
随着机器人技术水平的不断提高，仿生机器人的应用渐为广泛，其中仿生爬树机器人的应用在树木整枝、病害防治、虫害防治、果实采摘、野外探测监控等方面也日益增多，现有爬树机器人主要有仿蛇形缠绕机器人，上下伸缩式机器人，翻转式机器人等，存在驱动元件众多，运动速度慢，负载能力小，而且对不同直径树木通用性差等问题，不能很好实现爬树及工作任务。中国专利ZL2012103468033公开了一种四足攀爬机器人，该机器人利用自重自锁，而且每个抱紧臂都安装三个电机，驱动较复杂，总体运动速度也较慢，不具适用性；中国专利CN105963931A公布了一种新型自动化爬树设备，该专利利用液压缸收缩履带实现爬动，利用弧形杆件实现抱紧，在实际作业时，只适用于等截面直挺树木，树木粗细变化时不能完成抱紧，应用非常局限。其他公开的有关爬树机器人的专利基本与上述两类专利类似。液压驱动易出现液压油泄漏，混入空气等杂质后会产生振动噪声等问题，而且液压件加工要求高，相比液压驱动，电动机驱动则具有效率高，信号变化传递方便等优点，在自动化要求高的场合具有独特的优势，相比小功率伺服电机，大功率常规电机控制简单、价格便宜，应用与要求不高的场合，因此在实际应用中，通常采用小功率伺服电机与大功率常规电机的混合驱动系统。目前，未见有驱动简单，爬树可靠安全，又能灵活适应于不同直径、不同形状树木，控制简单、柔性输出程度高的混合驱动爬树机器人。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种混合驱动步进式变胞爬树机器人，它能克服现有爬树机器人的不足，该爬树机器人驱动简单，小功率伺服电机单独驱动时，便能实现复杂爬树抱树运动；机械腿与树干有倾斜角度，利用驱动力的反作用力便可实现锁死，爬树工作安全可靠；机器人爬树过程中，转换自由度，可以改变抱紧角度，实现机器人灵活适应树木直径的变化；模拟动物身体构造，使爬树机器人灵活适应不同形状树木；采用大功率常规电机、小功率伺服电机混合驱动，降低成本，柔性输出程度高，控制简单。本专利技术通过以下技术方案达到上述目的：一种混合驱动步进式变胞爬树机器人，包括混合驱动机械腿系统和机架杆组件，具体结构和连接关系为：所述混合驱动机械腿系统包括第一混合驱动机械腿系统、第二混合驱动机械腿系统、第三混合驱动机械腿系统和第四混合驱动机械腿系统，所述第一混合驱动机械腿系统包括驱动摇杆、从动摇杆、连杆、机械腿小功率伺服电机、机械腿大功率常规电机、连接架，滑套、滑套驱动液压缸、机械腿、固定爪滚动轴承和弧形限位滑槽，驱动摇杆一端与连杆铰接，另一端与机械腿小功率伺服电机固定连接，机械腿小功率伺服电机与第一杆通过转动副连接，并驱动驱动摇杆相对第一杆转动，从动摇杆一端与连杆铰接，另一端与第一杆铰接，连接架既与连杆铰接，又与滑套通过圆柱副连接，还与机械腿大功率常规电机固定连接，所述滑套与滑套驱动液压缸通过螺纹连接，所述机械腿大功率常规电机与机械腿连接，所述滑套驱动液压缸与第一杆铰接，所述固定爪与连接架固定连接，所述从动摇杆下方安装了滚动轴承，滚动轴承在弧形限位滑槽内运动，弧形限位滑槽固定在第一杆下方，第二混合驱动机械腿系统，第三混合驱动机械腿系统，第四混合驱动机械腿系统与第一混合驱动机械腿系统结构及连接关系相同；所述机架杆组件包括第一杆、第二杆、第三杆、第四杆、第五杆、第六杆、第七杆和第八杆，第一杆与第二杆通过第一虎克铰连接，第二杆与第三杆通过第二铰链连接，第三杆与第四杆通过连架杆第一大功率常规电机连接，第四杆与第五杆通过第三铰链连接，第五杆与第六杆通过第二虎克铰连接，第六杆与第七杆通过第四铰链连接，第七杆与第八杆通过连架杆第二大功率常规电机连接，第八杆与第一杆通过第一铰链连接，连架杆第一驱动液压缸一端与第一杆铰接，另一端与第二杆通过第三虎克铰连接，连架杆第二驱动液压缸一端与第六杆连接，另一端与第五杆通过第四虎克铰连接，连架杆第三驱动液压缸一端与第一杆铰接，另一端与第八杆铰接，连架杆第四驱动液压缸一端与第六杆铰接，另一端与第七杆铰接，连架杆第五驱动液压缸一端与第五杆铰接，另一端与第四杆铰接，连架杆第六驱动液压缸一端与第二杆铰接，另一端与第三杆铰接。所述弧形限位滑槽圆弧对应角度为100-105°，所述机械腿与连接架安装角度为45-50°。本专利技术的突出优点在于：1.混合驱动步进式变胞爬树机器人在爬树过程中，机械腿可以实现两自由度和单自由度的转变，属于变自由度变胞结构，具有多功能阶段变化、多拓扑结构变化、多自由度变化特征，使机械腿在爬树过程中完成复杂的动作。爬树过程中，根据步态要求不同，单自由度工作时可以实现相对树干向上抱紧或者向上放松等运动，两个自由度工作时，以使机械腿在机器人向上运动时保持抱紧，又能改变抱紧角度，适应不同直径树木。2.混合驱动步进式变胞爬树机器人，驱动简单，小功率伺服电机单独驱动时，便能灵活模仿动物爬树动作，机械腿能实现相对树干由抱紧到向上放松，再到向上抱紧树干的复杂动作，同时依靠小功率伺服电机的反作用力实现机械腿在树干上的锁死，爬树工作安全可靠。3.机架杆组件中的两个虎克铰及其驱动装置，在实际爬树时，更好模拟动物身体结构，实现多方位转向、避障、改变重心，能适应不同形状的树木，采用大功率常规电机、小功率伺服电机混合驱动，降低成本，柔性输出程度高，控制简单。附图说明图1为本专利技术所述的混合驱动步进式爬树机器人的结构示意图。图2为本专利技术所述的驱动摇杆与第一杆垂直时状态示意图。图3为本专利技术所述的机械腿相对第一杆向上运动的极限状态示意图。图4为本专利技术所述的机械腿相对第一杆向下运动的极限状态示意图。图5为本专利技术所述的机械腿向上爬树时末端运动轨迹的示意图。图6为本专利技术所述的混合驱动步进式变胞爬树机器人的第一步爬树步态示意图。图7为本专利技术所述的混合驱动步进式变胞爬树机器人的第二步爬树步态示意图。图8为本专利技术所述的连接架示意图。图9为本专利技术所述的弧形限位滑槽示意图。附图中各标记所代表的含义为：1：第一铰链；2：第八杆；3：连架杆第二大功率常规电机；4：第七杆；5：第四铰链；6：第六杆；7：第二虎克铰；8：第五杆；9：第三铰链；10：第四杆；11：连架杆第一大功率常规电机；12：第三杆；13：第二铰链；14：第二杆；15：第一虎克铰；16：第一杆；17：机械腿；18：弧形限位滑槽；19：滚动轴承；20：固定爪；21：连架杆第一驱动液压缸；22：第三虎克铰；23：连架杆第二驱动液压缸；24：第四虎克铰；25：连架杆第三驱动液压缸；26：连架杆第四驱动液压缸；27：连架杆第五驱动液压缸；28：连架杆第六驱动液压缸；29：机械腿大功率常规电机；30：机械腿小功率伺服电机；31：驱动摇杆；32：连杆；33：连接架；34：滑套；35：从动摇杆；36：滑套驱动液压缸；37：树木。具体实施方式下面结合附图及实施方式对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，此仅仅是本专利技术一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本专利技术的实施方式，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，均属于本专利技术保护的范围。对照图1、图2、图8和图9，本专利技术所述的混合驱动步进式变胞爬树机器人，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种混合驱动步进式变胞爬树机器人，包括混合驱动机械腿系统和机架杆组件，其特征在于，具体结构和连接关系为：所述混合驱动机械腿系统包括第一混合驱动机械腿系统、第二混合驱动机械腿系统、第三混合驱动机械腿系统和第四混合驱动机械腿系统，所述第一混合驱动机械腿系统包括驱动摇杆、从动摇杆、连杆、机械腿小功率伺服电机、机械腿大功率常规电机、连接架，滑套、滑套驱动液压缸、机械腿、固定爪滚动轴承和弧形限位滑槽，驱动摇杆一端与连杆铰接，另一端与机械腿小功率伺服电机固定连接，从动摇杆与连杆铰接，连接架既与连杆铰接，又与滑套通过圆柱副副连接，还与机械腿大功率常规电机固定连接，所述滑套与滑套驱动液压缸通过螺纹连接，所述机械腿大功率常规电机与机械腿通过普通丝杠连接，所述固定爪与连接架固定连接，所述滚动轴承安装在从动摇杆下方，滚动轴承在弧形限位滑槽内运动，第二混合驱动机械腿系统，第三混合驱动机械腿系统，第四混合驱动机械腿系统与第一混合驱动机械腿系统结构及连接关系相同。

【技术特征摘要】
1.一种混合驱动步进式变胞爬树机器人，包括混合驱动机械腿系统和机架杆组件，其特征在于，具体结构和连接关系为：所述混合驱动机械腿系统包括第一混合驱动机械腿系统、第二混合驱动机械腿系统、第三混合驱动机械腿系统和第四混合驱动机械腿系统，所述第一混合驱动机械腿系统包括驱动摇杆、从动摇杆、连杆、机械腿小功率伺服电机、机械腿大功率常规电机、连接架，滑套、滑套驱动液压缸、机械腿、固定爪滚动轴承和弧形限位滑槽，驱动摇杆一端与连杆铰接，另一端与机械腿小功率伺服电机固定连接，从动摇杆与连杆铰接，连接架既与连杆铰接，又与滑套通过圆柱副副连接，还与机械腿...

【专利技术属性】
技术研发人员：王汝贵，袁吉伟，孙家兴，黄慕华，陈辉庆，
申请(专利权)人：广西大学，
类型：发明
国别省市：广西,45