爬升机器人的制作方法

1.本发明涉及机器人领域，具体而言，涉及一种爬升机器人。


背景技术：

2.在林业领域及园艺领域，对于树木的修形、整枝、病虫治理，往往采用人工干预的方式进行，以达到对树木的治理目的，以及提高树木的经济价值和实用价值。对于较高大树木的修枝、整形以及病虫治理，需要采用人工方式爬升进行，传统的树木治理方式已经严重制约了生产林业及园艺领域的生产效率提升。


技术实现要素：

3.本发明的目的包括，例如，提供了一种爬升机器人，其能够改善现有机器人爬升避障存在困难的问题。
4.本发明的实施例可以这样实现：
5.本发明的实施例提供了一种爬升机器人，用于沿爬升物爬升，所述爬升机器人包括机体以及环抱设置在所述机体上的多只机械腿；所述多只机械腿之间形成用于环抱所述爬升物的通道；所述多只机械腿远离所述机体的一端共同形成可供所述爬升物进入所述通道的开放口；
6.其中，所述机械腿包括第一连杆、第二连杆、第三连杆、第一全向轮以及第二全向轮，所述第一连杆、所述第二连杆以及所述第三连杆依次铰接且铰接角度可控，所述第一连杆远离所述第二连杆的一端铰接在所述机体上；所述第一全向轮设置在所述第一连杆与第二连杆的铰接处，所述第二全向轮设置在所述第三连杆远离所述第二连杆的一端，所述第一全向轮以及所述第二全向轮用于与所述爬升物爬升配合。
7.另外，本发明的实施例提供的爬升机器人还可以具有如下附加的技术特征：
8.可选地，所述机械腿还包括第一驱动电机以及第二驱动电机，所述第一全向轮安装在所述第一驱动电机上，所述第二全向轮安装在所述第二驱动电机上；所述第一连杆靠近所述第二连杆的一端铰接在所述第一驱动电机上，所述第二连杆靠近所述第一连杆的一端铰接在所述第一驱动电机上；所述第三连杆远离所述第二连杆的一端铰接在所述第二驱动电机上。
9.可选地，所述第一驱动电机以及所述第二驱动电机均为自锁电机。
10.可选地，所述机械腿还包括相互铰接的第一关节块以及第二关节块，所述第二连杆靠近所述第三连杆的一端铰接在所述第一关节块上，所述第三连杆靠近所述第二连杆的一端铰接在所述第二关节块上。
11.可选地，所述机械腿还包括第一张紧弹簧、第二张紧弹簧以及第三张紧弹簧，所述第一张紧弹簧的两端分别连接所述机体以及所述第一驱动电机，所述第二张紧弹簧的两端分别连接所述第一驱动电机以及所述第一关节块，所述第三张紧弹簧的两端分别连接所述第二关节块与所述第二驱动电机。
12.可选地，所述第一连杆包括并排间隔设置的第一杆以及第二杆，所述第一杆以及所述第二杆共同铰接在所述机体与所述第一驱动电机上；所述第二连杆包括并排间隔设置的第三杆以及第四杆，所述第三杆以及所述第四杆共同铰接在所述第一驱动电机与所述第一关节块上；所述第三连杆包括并排间隔设置的第五杆以及第六杆，所述第五杆以及所述第六杆共同铰接在所述第二关节块与所述第二驱动电机上。
13.可选地，所述第一张紧弹簧设置在所述第一杆与所述第二杆相互远离的一端之间；所述第二张紧弹簧设置在所述第三杆与所述第四杆相互远离的一端之间；所述第三张紧弹簧设置在所述第五杆与所述第六杆相互远离的一端之间。
14.可选地，所述机械腿还包括夹持缸，所述夹持缸包括缸体以及与所述缸体活动连接的夹持杆，所述缸体铰接在所述第二连杆上，所述夹持杆位于所述缸体外的一端铰接在所述第三连杆上；所述夹持缸用于在所述夹持杆相对所述缸体伸缩的过程中驱动所述第二连杆与所述第三连杆展开或者合拢。
15.可选地，所述爬升机器人还包括可转动地设置在所述机体上的安装平台，所述安装平台用于安装锯片机械臂或者相机机械臂。
16.可选地，所述爬升机器人还包括耙齿板，所述耙齿板可移动地设置在所述机体上，所述耙齿板用于在移动到预设位置的情况下扎入所述爬升物，并与所述爬升物固定。
17.本发明实施例的爬升机器人的有益效果包括，例如：
18.爬升机器人，包括机体以及环抱设置在机体上的多只机械腿；多只机械腿之间形成用于环抱爬升物的通道；多只机械腿远离机体的一端共同形成可供爬升物进入通道的开放口；其中，机械腿包括第一连杆、第二连杆、第三连杆、第一全向轮以及第二全向轮，第一连杆、第二连杆以及第三连杆依次铰接且铰接角度可控，第一连杆远离第二连杆的一端铰接在机体上；第一全向轮设置在第一连杆与第二连杆的铰接处，第二全向轮设置在第三连杆远离第二连杆的一端，第一全向轮以及第二全向轮用于与爬升物爬升配合。
19.采用第一全向轮以及第二全向轮作为驱动轮，爬升机器人可以绕树杆旋转并上升，设置开放口，采用半开放式结构，可以避开爬升物上的障碍物，依旧可以沿爬升物进行爬升，具有避障功能，有助于顺畅完成爬升。采用第一连杆、第二连杆、第三连杆、第一全向轮以及第二全向轮，第一连杆、第二连杆以及第三连杆之间的角度可以根据爬升物的直径充分进行变化，最大限度的抱紧爬升物，给第一全向轮以及第二全向轮的爬升提供有力的支撑力，使第一全向轮以及第二全向轮有力抵靠在爬升物上，能够适应不同直径的爬升物，爬升力强。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
21.图1为本发明实施例提供的爬升机器人的结构示意图；
22.图2为本发明实施例提供的爬升机器人与爬升物的配合结构示意图。
23.图标：10-爬升机器人；11-爬升物；100-机体；110-上平台底座；120-下平台底座；
130-固定杆；200-机械腿；210-通道；220-开放口；300-第一连杆；310-第一驱动电机；320-第一全向轮；330-第二连杆；340-第一关节块；350-第二关节块；360-第三连杆；370-第二驱动电机；380-第二全向轮；400-第一张紧弹簧；410-第二张紧弹簧；420-第三张紧弹簧；500-夹持缸；600-步进电机；610-安装平台；620-锯片机械臂；630-锯片；700-伸缩器；710-耙齿板。
具体实施方式
24.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
25.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
26.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
27.在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
28.此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
29.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。
30.下面结合图1至图2对本实施例提供的爬升机器人10进行详细描述。
31.请参照图1以及图2，本发明的实施例提供了一种爬升机器人10，用于沿爬升物11爬升，爬升机器人10包括机体100以及环抱设置在机体100上的多只机械腿200；多只机械腿200之间形成用于环抱爬升物11的通道210；多只机械腿200远离机体100的一端共同形成可供爬升物11进入通道210的开放口220；其中，机械腿200包括第一连杆300、第二连杆330、第三连杆360、第一全向轮320以及第二全向轮380，第一连杆300、第二连杆330以及第三连杆360依次铰接且铰接角度可控，第一连杆300远离第二连杆330的一端铰接在机体100上；第一全向轮320设置在第一连杆300与第二连杆330的铰接处，第二全向轮380设置在第三连杆360远离第二连杆330的一端，第一全向轮320以及第二全向轮380用于与爬升物11爬升配合。
32.具体地，多只机械腿200分为两排，两排机械腿200分别对称设置在机体100的两侧。以图1中的相对位置进行介绍，本实施例中，机械腿200的数量为四只，其中两只机械腿200设置在机体100的左侧，剩余的两只机械腿200设置在机体100的右侧。本实施例中，多只机械腿200的结构相同，不一一赘述。
33.参照图2，本实施例中，以爬升柱作为爬升物11为例进行说明，在实际应用中，爬升
物11可以是树干，可以是直径变化的其他爬升物11，也可以是直径一致的柱子。爬升机器人10开始工作前，四只机械腿200处于张开状态，开放口220处于最大状态，爬升柱从开放口220进入通道210，调整第一连杆300、第二连杆330以及第三连杆360之间的角度，使四只机械腿200合拢并抱紧爬升柱。启动爬升机器人10，第一全向轮320以及第二全向轮380开始工作，在遇到障碍物时，第一全向轮320以及第二全向轮380开始绕爬升柱旋转，直到开放口220与障碍物对应的情况下，第一全向轮320以及第二全向轮380向上爬升，避开障碍物。
34.承上述，采用第一全向轮320以及第二全向轮380作为驱动轮，爬升机器人10可以绕树杆旋转并上升，设置开放口220，采用半开放式结构，可以避开爬升物11上的障碍物，依旧可以沿爬升物11进行爬升，具有避障功能，有助于顺畅完成爬升。采用第一连杆300、第二连杆330、第三连杆360、第一全向轮320以及第二全向轮380，第一连杆300、第二连杆330以及第三连杆360之间的角度可以根据爬升物11的直径充分进行变化，最大限度的抱紧爬升物11，避免发生关节锁死，抱紧力不足的问题，从而能够给第一全向轮320以及第二全向轮380的爬升提供有力的支撑力，使第一全向轮320以及第二全向轮380有力抵靠在爬升物11上，能够适应不同直径的爬升物11，爬升力强。
35.本实施例中，第一全向轮320以及第二全向轮380均采用麦克纳姆轮。可以实现爬升机器人10绕树杆旋转，从而实现避障功能。
36.参照图1，本实施例中，机械腿200还包括第一驱动电机310以及第二驱动电机370，第一全向轮320安装在第一驱动电机310上，第二全向轮380安装在第二驱动电机370上；第一连杆300靠近第二连杆330的一端铰接在第一驱动电机310上，第二连杆330靠近第一连杆300的一端铰接在第一驱动电机310上；第三连杆360远离第二连杆330的一端铰接在第二驱动电机370上。
37.具体地，第一连杆300、第一驱动电机310、第二连杆330、第三连杆360以及第二驱动电机370依次铰接。第一驱动电机310以及第二驱动电机370作为铰接点，简化结构，减小机械腿200的零部件，减轻机械腿200质量，提高施工效率。
38.本实施例中，第一驱动电机310以及第二驱动电机370均为自锁电机。通过控制具有自锁功能的第一驱动电机310以及第二驱动电机370使爬升机器人10实现沿爬升柱的上升、下降，以及爬升机器人10绕爬升物11的旋转来实现避障。
39.爬升机器人10采用带有自锁功能的驱动电机，第一驱动电机310以及第二驱动电机370在通电的情况下实现第一全向轮320以及第二全向轮380的正反转，断电可以使第一全向轮320以及第二全向轮380保持固定，提高爬升机械人的爬升稳定性。爬升机器人10到达指定工作位置后，第一全向轮320以及第二全向轮380能够提供稳定的支撑力。
40.参照图1，本实施例中，机械腿200还包括相互铰接的第一关节块340以及第二关节块350，第二连杆330靠近第三连杆360的一端铰接在第一关节块340上，第三连杆360靠近第二连杆330的一端铰接在第二关节块350上。
41.采用第一关节块340以及第二关节块350能够进一步增强机械腿200的灵活度，能够更进一步根据爬升物11的直径调整机械腿200的抱紧方式，能够适应不同直径以及各种直径变化的爬升物11，爬升能力强。
42.具体地，第一关节块340以及第二关节块350均采用三角形结构，减小部件体积，实现铰接。
43.参照图1，本实施例中，机械腿200还包括第一张紧弹簧400、第二张紧弹簧410以及第三张紧弹簧420，第一张紧弹簧400的两端分别连接机体100以及第一驱动电机310，第二张紧弹簧410的两端分别连接第一驱动电机310以及第一关节块340，第三张紧弹簧420的两端分别连接第二关节块350与第二驱动电机370。
44.第一张紧弹簧400、第二张紧弹簧410以及第三张紧弹簧420均为张紧力可调的弹簧。第一张紧弹簧400可以提高第一连杆300的夹紧力。第二张紧弹簧410能够提高第二连杆330的夹紧力。第三张紧弹簧420能够提高第三连杆360的夹紧力。从而能够为爬升机器人10提供足够的夹持力。能够适用于直径变化较大的各种爬升物11。
45.参照图1，本实施例中，第一连杆300包括并排间隔设置的第一杆以及第二杆，第一杆以及第二杆共同铰接在机体100与第一驱动电机310上；第二连杆330包括并排间隔设置的第三杆以及第四杆，第三杆以及第四杆共同铰接在第一驱动电机310与第一关节块340上；第三连杆360包括并排间隔设置的第五杆以及第六杆，第五杆以及第六杆共同铰接在第二关节块350与第二驱动电机370上。
46.第一连杆300、第二连杆330以及第三连杆360均采用两根杆间隔并排的方式，能够保证足够的支撑力，还能够减轻连杆的整体重量，提高施工效率。
47.参照图1，本实施例中，第一张紧弹簧400设置在第一杆与第二杆相互远离的一端之间；第二张紧弹簧410设置在第三杆与第四杆相互远离的一端之间；第三张紧弹簧420设置在第五杆与第六杆相互远离的一端之间。
48.具体地，机体100、第一驱动电机310、第一杆与第二杆之间形成类似平行四边形的结构，第一张紧弹簧400的两端分别连接在平行四边形结构的两个对角处。同理，第一驱动电机310、第一关节块340、第三杆以及第四杆之间形成类似平行四边形的结构，第二张紧弹簧410的两端分别连接在平行四边形结构的两个对角处。同理，第二关节块350、第二驱动电机370、第五杆以及第六杆之间形成类似平行四边形的结构，第三张紧弹簧420的两端分别连接在平行四边形结构的两个对角处。
49.参照图1，本实施例中，机械腿200还包括夹持缸500，夹持缸500包括缸体以及与缸体活动连接的夹持杆，缸体铰接在第二连杆330上，夹持杆位于缸体外的一端铰接在第三连杆360上；夹持缸500用于在夹持杆相对缸体伸缩的过程中驱动第二连杆330与第三连杆360展开或者合拢。
50.采用夹持缸500，能够增强第二连杆330与第三连杆360之间的夹紧力，从而能够为爬升机器人10提供足够的夹持力。
51.参照图1，本实施例中，爬升机器人10还包括可转动地设置在机体100上的安装平台610，安装平台610用于安装锯片机械臂620或者相机机械臂。
52.具体地，锯片机械臂620用于安装锯片630。锯片机械臂620固定在安装平台610上，锯片630安装在锯片机械臂620上，构成爬升机器人10动作系统。在其他实施例中，可以更换为相机机械臂，相机机械臂用于安装相机。可换式机械臂，根据作业需求更换不同功能的机械臂，平台扩展性强，适用范围广。
53.具体地，参照图2，爬升机器人10还包括步进电机600，步进电机600设置在机体100上，步进电机600与安装平台610连接，步进电机600用于驱动安装平台610转动。步进电机600为锯片机械臂620提供沿爬升物11方向的转动自由度，锯片机械臂620可根据爬升物11
所需修整的位置调整锯片630的位置。
54.参照图1，本实施例中，爬升机器人10还包括耙齿板710，耙齿板710可移动地设置在机体100上，耙齿板710用于在移动到预设位置的情况下扎入爬升物11，并与爬升物11固定。
55.耙齿板710上密布有刺针，采用刺针式辅助固定装置，当需要锯片机械臂620作业时，将刺针插入爬升物11，增加爬升机器人10的稳定性，为锯片机械臂620工作提供稳定的操作平台。
56.具体地，爬升机器人10还包括伸缩器700，伸缩器700设置在机体100上，耙齿板710与伸缩器700连接，伸缩器700用于驱动耙齿板710前后移动。爬升机器人10爬升到位后，伸缩器700将耙齿板710伸出，使耙齿板710上的刺针扎入树干，为爬升机械人提供辅助支撑。
57.参照图1以及图2，具体地，机体100包括上平台底座110、下平台底座120以及连接上平台底座110、下平台底座120的固定杆130，步进电机600以及安装平台610设置在上平台底座110。伸缩器700以及耙齿板710设置在下平台底座120。
58.根据本实施例提供的一种爬升机器人10，爬升机器人10的工作原理是：
59.爬升机器人10通过机械腿200将爬升物11环抱在一起，通过调节第一张紧弹簧400、第二张紧弹簧410、第三张紧弹簧420以及夹持缸500使第一全向轮320以及第二全向轮380与爬升物11紧紧贴合在一起。由第三连杆360、第二关节块350和带有自锁功能的第二驱动电机370组成的变幅机构，在环抱爬升物11直径变动时，调节夹持缸500夹紧力矩，变幅机构可以使第一全向轮320以及第二全向轮380沿爬升物11方向上保持基本一致。爬升机器人10通过调节夹持缸500，使爬升机器人10产生夹紧力，可使爬升机器人10与爬升物11牢牢贴合。爬升机器人10第一全向轮320以及第二全向轮380采用麦克纳姆轮结构，爬升机器人10通过控制带有自锁功能的第一驱动电机310以及第二驱动电机370输出转速，来控制爬升机器人10沿爬升物11的上升、下降以及绕爬升物11的旋转。爬升机器人10绕爬升物11的旋转可以使爬升机器人10实现一定的避障功能，这样在遇到爬升物11由障碍物的时候可以通过控制系统使爬升机器人10绕过障碍物。
60.爬升机器人10采用带有自锁功能的第一驱动电机310以及第二驱动电机370，第一驱动电机310以及第二驱动电机370在通电的情况下实现第一全向轮320以及第二全向轮380的正反转，断电可以使第一全向轮320以及第二全向轮380保持固定。爬升机器人10到达指定工作位置后，为给锯片机械臂620提供稳定的基础，调节夹持缸500增大夹持力，提高爬升机器人10夹紧力。同时，下平台底座120上的伸缩器700将耙齿板710伸出，使耙齿板710上的刺针扎入爬升物11，为爬升机械人提供辅助支撑。上平台底座110上的步进电机600为锯片机械臂620提供沿爬升物11方向的转动自由度，锯片机械臂620可根据爬升物11所需修整的位置调整锯片630的位置。
61.本实施例提供的一种爬升机器人10至少具有以下优点：
62.采用第一全向轮320以及第二全向轮380作为驱动轮，爬升机器人10可以绕树杆旋转并上升，设置开放口220，采用半开放式结构，可以避开爬升物11上的障碍物，依旧可以沿爬升物11进行爬升，具有避障功能，有助于顺畅完成爬升。
63.采用三节连杆，配合两个全向轮，不受爬升物11直径限制，爬升能力强。通过夹持缸500使驱动轮与爬升物11紧紧贴合在一起。
64.通过控制具有自锁功能的驱动电机使的爬升机器人10实现沿树干的上升、下降，以及爬升机器人10绕树干的旋转来实现避障。
65.爬升机器人10可以根据树木的修剪、整枝、病虫治理、摘取等要求，更换相应的机械臂来实现具体的功能。
66.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。