一种爬杆机器人腿部关节的传动机构的制作方法

本发明涉及一种爬杆机器人腿部关节的传动机构。

背景技术：

爬杆机器人是攀爬机器人的一种，它主要依附于杆体表面进行自动爬行，完成相关作业。按照不同攀爬方式，爬杆机器人可分为蠕动式爬杆机器人、滚动式爬杆机器人和翻转式爬杆机器人等；按照不同攀爬机构，又可分为腿式爬杆机器人、夹持式爬杆机器人和吸附式爬杆机器人等。目前已经研制成功的腿式爬杆机器人传动方式大多采用绳索(腱)加滑轮、钢丝软轴加螺旋运动，但其传动的功率损耗大、效率低，或者使用连杆传动，但传统连杆传动在传动过程中运动和动力存在较大波动，在控制上有一定难度，而且传动机构外置占用空间大。

技术实现要素：

为克服背景技术中存在的缺陷，本发明在传统灵巧手连杆传动机构的基础上提出了一种“滑块-弹簧-连杆”双曲柄滑块串联形式的爬杆机器人腿部关节的传动机构，并成功应用于爬杆机器人领域。该传动机构具有一定柔性，在具有传统连杆机构相似的运动轨迹的前提下将连杆优化至关节内部，同时在电机停转的情况下具有一定程度的自锁能力；本传动机构自由度少，易于控制；将传动机构集成在关节内部，大大节约了空间，结构紧凑。

本发明解决上述问题的技术方案是：

一种爬杆机器人腿部关节的传动机构，包括若干级结构相同的传动单元，相邻两级的传动单元相连接，且传动单元的输入端与位于上一级的传动单元的输出端相连，传动单元的输出端与位于下一级的传动单元的输入端相连，且位于最上一级的运动单元的输入端与动力装置相连；

所述传动单元包括相对竖立的两块侧板，两侧板相互平行并通过连接件相连，两侧板之间留有间隙，且侧板上开设有滑槽，所述滑槽自输入端至输出端延伸；

所述间隙的中间设有弹簧机构，弹簧机构包括平行设置的前连接轴和后连接轴，前连接轴靠近输入端，后连接轴靠近输出端，且前连接轴和后连接轴均与侧板相垂直；前连接轴和后连接轴的两端均固定有滑块，所述滑块可滑动地设置在滑槽内；前连接轴的中间和后连接轴的中间通过伸缩装置相连，所述伸缩装置的伸缩方向与滑块的滑动方向相同；

两侧板的输入端之间固定设有输入轴，两侧板的输出端之间固定设有输出轴和关节轴，输出轴位于关节轴的下方，且输入轴、输出轴和关节轴均与侧板相垂直；

弹簧机构的上方设有上连杆，上连杆的下方设有下连杆；上连杆的输入端与前连接轴固定相连，上连杆的输出端与位于下一级的传动单元的输入轴固定相连；下连杆的输出端与后连接轴固定相连，下连杆的输入端与位于上一级的传动单元的输出轴固定相连；

所述输入轴与位于上一级的传动单元的上连杆的输出端固定相连；

侧板的输入端可转动地设置在位于上一级的传动单元的关节轴上，位于下一级的传动单元的侧板可转动地设置在所述关节轴上。

进一步，所述滑块分别与连接轴和后连接轴螺接。

进一步，所述连接件为间隔柱，两侧板通过若干个间隔设置的间隔柱相连。

进一步，所述伸缩装置包括同轴设置的套筒和滑杆，套筒的远端垂直固定在前连接轴的中间，滑杆的远端垂直固定在后连接轴的中间，滑杆的近端可轴向滑动地设置在套筒内，且套筒和滑杆通过套设在套筒和滑杆上的弹簧相连，弹簧的一端固定在套筒上，所述弹簧的另一端固定在滑杆上。

进一步，套筒和滑杆上均固定有用于固定弹簧的套圈。

本发明所述传动机构是由若干级结构相同的传动单元相连构成的，本发明所述的位于上一级的传动单元和所述的位于下一级的传动单元与所述的传动单元结构相同，三者仅是设置位置的区别。

本发明的有益效果主要表现在：

本发明通过上连杆、下连杆、弹簧机构以及侧板的协调配合，有效地实现了腿部机构的运动传递；弹簧机构不但起到了运动传递的作用，还利用其蓄能、减震等功能，当电机等驱动源关闭时，弹簧仍然可以对杆件持续施力，具有一定安全性；同时，所设计的机构节奏紧凑，装配至机器人腿内部，有效提高了结构空间的利用率，避免传动机构置于本体外侧，增加了安全系数；此外，本发明所设计的上下连杆采用成对设计，提高了运动传递的稳定性以及受力的均匀性，运动平稳，结构简单，加工与维护方便。

附图说明

图1是本发明的三维图。

图2是本发明的主视图。

图3是弹簧机构的三维图。

具体实施方式

参照附图1-3，一种爬杆机器人腿部关节的传动机构，包括若干级结构相同的传动单元1、2、3，相邻两级的传动单元1、2、3相连接，且传动单元2的输入端与位于上一级的传动单元1的输出端相连，传动单元2的输出端与位于下一级的传动单元3的输入端相连，且位于最上一级的运动单元1的输入端与动力装置相连；

所述传动单元2包括相对竖立的两块侧板21、22，两侧板21、22相互平行并通过连接件相连，两侧板21、22之间留有间隙，且侧板21、22上开设有滑槽24，所述滑槽24自输入端至输出端延伸；

所述间隙的中间设有弹簧机构6，弹簧机构6包括平行设置的前连接轴61和后连接轴64，前连接轴61靠近输入端，后连接轴64靠近输出端，且前连接轴61和后连接轴64均与侧板21、22相垂直；前连接轴61和后连接轴64的两端均固定有滑块65，所述滑块65可滑动地设置在滑槽24内；前连接轴61的中间和后连接轴64的中间通过伸缩装置相连，所述伸缩装置的伸缩方向与滑块65的滑动方向相同(即与滑槽24的走向相同)；

两侧板21、22的输入端之间固定设有输入轴25，两侧板21、22的输出端之间固定设有输出轴和关节轴26，输出轴位于关节轴26的下方，且输入轴25、输出轴和关节轴26均与侧板21、22相垂直；

弹簧机构6的上方设有上连杆4，上连杆4的下方设有下连杆5；上连杆4的输入端与前连接轴61固定相连，上连杆4的输出端与位于下一级的传动单元3的输入轴33固定相连；下连杆5的输出端与后连接轴64固定相连，下连杆5的输入端与位于上一级的传动单元1的输出轴13固定相连；

所述输入轴25与位于上一级的传动单元1的上连杆的输出端固定相连；

侧板21、22的输入端可转动地设置在位于上一级的传动单元1的关节轴14上(位于上一级的传动单元1的关节轴14固定在位于上一级的传动单元1的两侧板11、12之间)；位于下一级的传动单元3的侧板31、32可转动地设置在所述关节轴26上。

所述滑块65分别与连接轴61和后连接轴64通过大头螺钉7螺接。

所述连接件为间隔柱23，两侧板21、22通过若干个间隔设置的间隔柱23相连，间隔柱23的安装位置不得干扰其他部件的运作。

所述伸缩装置包括同轴设置的套筒67和滑杆66，套筒67的远端垂直固定在前连接轴61的中间，滑杆66的远端垂直固定在后连接轴64的中间，滑杆66的近端可轴向滑动地设置在套筒67内，且套筒67和滑杆67通过套设在套筒67和滑杆66上的弹簧63，弹簧63的一端固定在套筒67上，所述弹簧63的另一端固定在滑杆66上。

套筒67和滑杆66上均固定有用于固定弹簧63的套圈62。

本发明的工作原理为：

位于上一级的传动单元1被驱动且固定后，位于上一级的传动单元1的上连杆推动输入轴25，带动传动单元2绕位于上一级的传动单元1的关节轴14逆时针转动，下连杆5推动后连接轴64上的滑块65向输出端运动，弹簧63拉长，积蓄弹力势能，当弹力势能达到足以拖动上连杆4时，弹簧63拖动前连接轴61沿与后连接轴64相同的方向滑动，则上连杆4被带动，上连杆4推动位于下一级的运动单元3围绕关节轴26转动，从而驱动位于下一级的运动单元3。最终带动整个传动机构运动，以完成整个腿部关节前伸运动的传递。

同理，当位于上一级的传动单元1的上连杆拉动输入轴25时，带动传动单元2绕位于上一级的传动单元1的关节轴14顺时针转动，下连杆5拉动后连接轴64上的滑块65向输入端运动，弹簧63被压缩，积蓄弹力势能，当弹力势能达到足以拖动上连杆4时，弹簧63推动前连接轴61沿与后连接轴64相同的方向滑动，则上连杆4被带动，上连杆4拉动位于下一级的运动单元3围绕关节轴26转动，从而驱动位于下一级的运动单元3。最终带动整个传动机构运动，以完成整个腿部关节后拉运动作的传递。

当腿部动作受到外力阻碍后，动力源机械转动下，传递出的能量将储存在弹簧中；在撤掉动力源后，弹簧将持续施力，并最终将力传递至外力作用点处，以实现腿部在无动力源状态下的持续施力功能，具有一定安全性。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也包括本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。