可越障的走钢丝机器人及其行走越障方法与流程

本发明涉及走钢丝机器人的平衡技术，具体为一种可越障的走钢丝机器人及其行走越障方法。

背景技术：

走钢丝机器人是一种能够在钢丝上平衡行走的装置，可以用于娱乐表演，也可以用于极端环境下短距离运输、高压线维护除冰等工程应用领域。

目前，人们通过设计不同的机构来实现机器人在钢丝上的平衡运动。

研究人员晨光研究了单轴机械陀螺机构的稳定性原理，设计了一种通过陀螺力矩实现机器人走钢丝的装置。如专利号为cn201510669449.1的发明申请公开了一种《摆臂式独轮走钢丝机器人》，该机器人通过摆臂和转杆模拟人类走钢丝的行为来达到平衡的目的；最近，一款名为ballu的走钢丝机器人引起了人们的注意，该机器人的躯体由一个氮气气球组成，并且其下方安装有一双极细的铰接腿，通过双腿的运动可以在钢丝上跳舞和行走。

现有的走钢丝机器人通常只考虑在无障碍钢丝上的平衡行走问题，但现实中的钢丝绳常常有绳结等障碍，比如一些研究曾提出，走钢丝机器人可应用于高压线的巡检除冰，而高压线并不是理想的一条单纯的钢丝线，会有高压线铁塔以及支撑高压线的支架等。

目前针对走钢丝机器人如何跨越类似障碍鲜有涉及。

另外，机器人走钢丝时难免会遇到一些意料之外的情况，由此可能会导致机器人突然失稳跌出钢丝绳外，但现有的走钢丝机器人通常并未配置防护措施，很容易会造成设备仪器损坏或人身伤害。

技术实现要素：

为此，本发明提出了一种可越障的走钢丝机器人及其行走越障方法。

本发明可越障的走钢丝机器人，其技术方案包括安装有前、后轮式行走装置的机架，所述机架上设有保持机体侧向平衡的机械陀螺仪，所不同的是所述轮式行走装置包括在“y”型轮架上安装的三个行走轮，各行走轮的轮面上开设有与钢丝卡合的轮槽，各“y”型轮架的中心分别于机架上铰装并由机架上设置的行走电机驱动旋转，对应于“y”型轮架的旋转于机架设置有行走轮避让口；各行走轮两侧的“y”型轮架上均设有在越障时打开避让钢丝和在越障后闭合防止掉离钢丝的左、右抱臂。

左、右抱臂的一种结构形式采用左、右折杆，各折杆的杆体向所在侧的外侧弯折而在弯折点形成向内上方倾斜的上杆和向内下方倾斜的下杆，左、右下杆的下端通过左、右齿轮啮合，左、右上杆的上端在闭合时交汇咬合；左或右齿轮设为主动齿轮并由“y”型轮架上设置的越障电机驱动。

为保持左、右下杆的稳定性，各下杆与旁侧杆体构成平行四连杆机构。

为进一步提高抱臂的稳定性，左、右抱臂采用前、后的双层结构。

采用了上述可越障的走钢丝机器人的本发明可越障的走钢丝机器人行走越障方法，是通过转动“y”型轮架并利用相邻行走轮之间的空隙绕过钢丝上的障碍而实现，以越过一个障碍点为例，其方案步骤为：

1、当走钢丝机器人在钢丝上向前行走遇到障碍时，前轮式行走装置上尚未与钢丝接触的前方行走轮首先动作，其对应的越障电机驱动左、右抱臂打开为越障做好准备，接着行走电机驱动“y”型轮架转动，使打开了左、右抱臂的行走轮向前绕过障碍并与钢丝接触，而形成前轮式行走装置上的前、后两个行走轮与钢丝同时接触的姿态。

2、越障时，行走电机驱动“y”型轮架继续转动，后行走轮对应的左、右抱臂打开使后行走轮能顺利离开钢丝，后行走轮离开钢丝后左、右抱臂闭合以方便通过机架上的行走轮避让口，与此同时，前行走轮站立于钢丝上且对应的左、右抱臂闭合将钢丝合围在左、右抱臂之间以防止走钢丝机器人掉落钢丝，至此，前轮式行走装置越过障碍。

3、走钢丝机器人在钢丝上继续向前行走。

4、当后轮式行走装置遇到障碍时，其越障方式同1、2步骤，从而实现后轮式行走装置越过障碍。

本发明的有益效果：

1、本发明通过“y”型轮架与行走轮的组合，可以解决传统走钢丝机器人越障能力欠缺的问题。

2、本发明设计有左、右抱臂作为可靠的保护装置，为走钢丝机器人的实际应用提供了安全保障。

3、本发明结合传统走钢丝机器人的特点，通过陀螺机构提供转动力矩进行侧向平衡调节。

附图说明

图1为本发明一种实施方式的立体结构示意图。

图2为图1实施方式中轮式行走装置的立体结构示意图。

图号标识：1、机架；2、轮式行走装置；3、机械陀螺仪；4、“y”型轮架；5、行走电机；6、行走轮避让口；7、抱臂；7-1、上杆；7-2、下杆；8、齿轮；9、越障电机；10、行走轮；11、杆体；12、转动轴。

具体实施方式

下面结合附图所示实施方式对本发明的技术方案作进一步说明。

本发明为一种可越障的走钢丝机器人，其结构包括机架1(由前、中、后的水平框架依次连接而成)和前、后轮式行走装置2以及机械陀螺仪3，前、后轮式行走装置2分别对应于前、后框架设置，所述机械陀螺仪3水平设于中框架内，如图1所示。

所述轮式行走装置2包括“y”型轮架4和行走轮10，三个行走轮10(轮面上开设有与钢丝卡合的轮槽)分别安装于“y”型轮架4上互成120°的三个轮架顶部，各行走轮10的左、右两侧的轮架上均设有前、后双层的左、右抱臂7，左、右抱臂7采用左、右折杆结构，各折杆的杆体向所在侧的外侧弯折(即左折杆的杆体向左侧弯折，右折杆的杆体向右侧弯折)而在弯折点形成向内上方倾斜的上杆7-1和向内下方倾斜的下杆7-2，左、右下杆7-2分别与左、右旁侧的杆体11构成左、右平行四连杆机构，左、右下杆7-2的下端通过左、右齿轮8啮合，设定左或右的齿轮8作为主动齿轮，所述主动齿轮由对应轮架上设置的越障电机9驱动，在越障电机9的带动下，左、右抱臂7可同步向外打开和同步向内关闭，关闭时左、右上杆7-1的顶部交汇咬合在一起，如图1、图2所示。

前轮式行走装置2对应于前框架(图中右侧)设置，具体的，前轮式行走装置2的“y”型轮架4的中心通过转动轴12安装于前框架的前端框边上，该框边的右端设有驱动转动轴12旋转的行走电机5，前框架的内框大小(即行走轮避让口6)应满足“y”型轮架4转动时可使行走轮10及其对应的左、右抱臂7通过，如图1所示。

后轮式行走装置2对应于后框架(图中左侧)设置，具体的，后轮式行走装置2的“y”型轮架4的中心通过转动轴12安装于后框架的后端框边上，该框边的右端设有驱动转动轴12旋转的行走电机5，后框架的内框大小(即行走轮避让口6)应满足“y”型轮架4转动时可使行走轮10及其对应的左、右抱臂7通过，如图1所示。

本发明通过转动“y”型轮架4并利用相邻两个行走轮10之间的空间绕过障碍而达到越障目的，下面以越过一个障碍点为例，说明本发明的行走越障方法，其方案步骤如下：

1、可越障的走钢丝机器人通过前、后轮式行走装置2在钢丝上正常向前行走，其侧向平衡由机械陀螺仪3提供保障。

2、当遇到障碍时，前轮式行走装置2的“y”型轮架4前上方尚未与钢丝接触的行走轮10首先动作，在对应的越障电机9带动下左、右抱臂7打开，为越障做后准备，行走电机5驱动“y”型轮架4向前转动，使前上方的行走轮10以转动的方式绕过障碍点并接触钢丝，而在钢丝上形成前、后两个行走轮10接触钢丝的姿态。

3、越障时，“y”型轮架4继续向前转动，使前行走轮10逐渐站立于钢丝上，而后行走轮10逐渐离开钢丝，此时后行走轮10的左、右抱臂7打开解除对钢丝的合围而使后行走轮10顺利离开钢丝，在后行走轮10转动至前框架时左、右抱臂7闭合以使其顺利通过前框架，前行走轮10于钢丝上完全站立后，其对应的左、右抱臂7闭合合围住钢丝以防走钢丝机器人掉落于钢丝。

4、前轮式行走装置2越障后，走钢丝机器人继续于钢丝上向前行走。

5、当后轮式行走装置2遇到障碍时，后轮式行走装置2的“y”型轮架4在行走电机5驱动下向前转动，带动前上方尚未与钢丝接触的行走轮10向前转过(转动过程中行走轮10及其对应的左、右抱臂7通过后框架)，前上方的行走轮10以转动的方式绕过障碍点并接触钢丝(通过后框架后左、右抱臂7打开)，而在钢丝上形成前、后两个行走轮10接触钢丝的姿态。

6、越障时，“y”型轮架4继续向前转动，前行走轮10逐渐站立于钢丝上，后行走轮10逐渐离开钢丝，此时后行走轮10的左、右抱臂7打开解除对钢丝的合围而使后行走轮10顺利离开钢丝，在后行走轮10离开钢丝后左、右抱臂7闭合，前行走轮10于钢丝上完全站立后，其对应的左、右抱臂7闭合合围住钢丝以防走钢丝机器人掉落于钢丝。

7、后轮式行走装置2越障后，走钢丝机器人继续于钢丝上向前行走。