一种具有智能爬杆机构的移动机器人的制作方法

1.本实用新型属于智能控制移动机器人制造技术领域，具体涉及一种具有智能爬杆机构的移动机器人。


背景技术：

2.随着科学技术、社会经济、工业自动化和居民生活水平的飞速发展，各种移动机器人、升降机器人和其他类型智能移动设备在各行各业中都获得了大力推广应用；但是现有技术中的移动机器人通常只能具备简单的移动运载功能，升降机器人也只能执行简单的爬升或者降落功能，不能兼具其他作业功能，功能单一；例如建筑行业中的大多数作业动作都需要操作人员进行长时间的重复简单动作，现有技术中的移动机器人只能按照指令完成单一的水平移动、或者竖直升降功能，部分智能机器人虽然能够兼具移动和升降功能，但是操作空间和执行功能有限，仍然不能执行模拟人类肢体的简单动作，例如建筑行业中需要操作人员长时间来回挥动手臂的墙面涂刷、打磨作业等。
3.因而现有技术中缺少一种能够完成自动移动和升降，并且能够模拟人类手臂的简单动作，操作空间大，特别是能够适应建筑行业中的机器人作业需求的智能移动机器人。


技术实现要素：

4.为了解决现有技术存在的上述问题，本实用新型目的在于提供一种具有智能爬杆机构的移动机器人，能够全方向自主移动，具备移动和升降功能，同时能够模拟人类手臂的简单动作，操作空间大，结构简单紧凑，操作方便，安全可靠。
5.本实用新型所采用的技术方案为：
6.一种具有智能爬杆机构的移动机器人，包括有移动底座、支撑底座、爬升杆、爬升机器人和机械臂；
7.所述移动底座用于固定安装支撑底座、爬升杆、爬升机器人和机械臂；所述移动底座内部设置有电源、全向行走机构和控制系统；控制系统连接至全向行走机构、爬升机器人和机械臂；
8.所述爬升杆通过支撑底座固定连接于移动底座上；
9.所述爬升机器人可升降地安装于爬升杆上；
10.所述机械臂连接于爬升机器人上，所述机械臂设置有旋转驱动机构，所述旋转驱动机构能够驱动机械臂绕爬升杆旋转；
11.所述爬升杆由多根标准杆固定连接组合构成。
12.所述移动底座包括有外壳体，外壳体底部设置有多个滚轮，每个滚轮分别设置有行走驱动机构和换向驱动机构，所述行走驱动机构能够驱动滚轮旋转，从而带动移动底座移动行走；所述换向驱动机构能够驱动滚轮围绕滚轮的竖直中心线旋转，旋转角度为360
°
；所述滚轮、行走驱动机构和换向驱动机构构成全向行走机构。
13.所述外壳体内部设置有支撑板；所述行走驱动机构包括有行走电机，行走电机沿
竖直方向设置于支撑板上方，行走电机的轴心与沿滚轮的竖直中心线同轴设置，行走电机的输出轴自上至下穿过支撑板后，通过直角减速机连接至滚轮的中心轴上；
14.所述换向驱动机构包括有换向电机，换向电机也沿竖直方向设置于支撑板上方，换向电机的输出轴自上至下穿过支撑板后，连接有换向主动齿轮；滚轮顶部设置有换向从动齿轮，换向主动齿轮与换向从动齿轮啮合，使得换向电机能够驱动滚轮围绕滚轮的竖直中心线旋转。
15.所述控制系统包括有一基板，基板固定连接于外壳体内腔中部，支撑板固定连接于基板下方；基板下方中部设置有电池仓，电池仓内部设置有充电电池，充电电池构成电源；基板上方设置有工控机和控制模块，工控机通过控制模块连接至全向行走机构、爬升机器人和机械臂。
16.所述支撑底座为内部中空的矩形箱体，支撑底座顶部设置有限位孔，爬升杆底端穿过限位孔伸入至支撑底座内部，并且固定连接在支撑底座内底面上；
17.所述支撑底座两侧设置有加强柱。
18.所述爬升机器人包括有矩形吊笼，吊笼的顶板和底板中部均设置有滑孔，吊笼通过滑孔滑动套装于爬升杆上；吊笼内部设置有两个升降机构，两个升降机构沿爬升杆对称设置，两个升降机构连接有同步驱动机构，同步驱动机构能够驱动两个升降机构同步运行，从而带动吊笼41沿爬升杆上升或者下降。
19.每个所述升降机构包括有在竖直平面内循环运转的链条，链条上均匀分布有若干卡爪，链条外侧面上均匀分布有若干卡爪，链条内侧设置有压紧机构，压紧机构能够将卡爪压紧在爬升杆上；两个对称设置的升降机构上互相对应位置上的卡爪配合构成抱夹结构。
20.所述吊笼一侧设置有横置u形的旋转平台，旋转平台的顶边和底边均通过轴承转盘连接在吊笼上，所述机械臂连接于旋转平台的竖直侧边上上，旋转平台与轴承转盘构成旋转驱动机构。
21.所述机械臂为多自由度机械臂。
22.每节所述标准杆的顶端内表面设置有内台阶孔，每节所述标准杆的底端外表面设置有外限位台阶。
23.本实用新型的有益效果为：
24.一种具有智能爬杆机构的移动机器人，通过移动底座支撑安装支撑底座、爬升杆、爬升机器人和机械臂，支撑强度高，稳定可靠；爬升杆由多根标准杆固定连接组合构成，可以增加或者减少标准杆的数量，能够根据不同场合的使用要求设置爬升高度；移动底座内部设置全向行走机构，能够全方向自主移动；爬升杆通过支撑底座固定连接于移动底座上，爬升机器人可升降地安装于爬升杆上，机械臂通过旋转驱动机构连接于爬升机器人，同时具备移动运载和升降功能，并且能够模拟人类手臂的简单动作，操作空间大，结构简单紧凑，操作方便，安全可靠。
25.本实用新型的具有智能爬杆机构的移动机器人，能够代替执行多种需要人工长时间重复相同动作、劳动强度高、动作简单的工业作业；例如可以应用于建筑行业中，搭载喷漆设备，进行建筑物墙面喷涂作业；或者应用于建筑行业中，搭载打磨设备，进行墙面打磨及抛光工作；还可以应用于工业生产制造领域中，搭载喷涂生产设备，为需要喷漆的工件或者设备完成喷涂工艺；还可以在机械臂末端搭载夹具、机械手指等末端执行机构，以完成相
应物品拾取、组装等工序。
附图说明
26.图1是本实用新型实施例一具有智能爬杆机构的移动机器人立体结构示意图；
27.图2是本实用新型实施例一具有智能爬杆机构的移动机器人平面结构示意图；
28.图3是本实用新型实施例一具有智能爬杆机构的移动机器人的爬升杆剖面结构放大示意图；
29.图4是本实用新型实施例一具有智能爬杆机构的移动机器人的移动底座的立体结构放大示意图，图中去除了外壳体一侧侧板；
30.图5是本实用新型实施例一具有智能爬杆机构的移动机器人的移动底座内部全向行走机构的其中一个滚轮、行走驱动机构和换向驱动机构的立体结构放大示意图；
31.图6是本实用新型实施例一具有智能爬杆机构的移动机器人的移动底座内部控制系统立体结构放大示意图；
32.图7是本实用新型实施例一具有智能爬杆机构的移动机器人的爬升机器人立体结构放大示意图；
33.图8是图7的左视图；
34.图9是本实用新型实施例一具有智能爬杆机构的移动机器人的卡爪压在爬升杆上的立体结构放大示意图；
35.图10是图9的俯视图。
具体实施方式
36.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。本领域普通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例，都属于本实用新型保护的范围。
37.如图1～10所示，为了解决现有技术中的智能机器人存在的缺陷问题，本实用新型提供一种具有智能爬杆机构的移动机器人，整体策划方案为：
38.核心结构由移动底座1、支撑底座2、爬升杆3、爬升机器人5和机械臂4共五个部分组合构成，各部分结构和功能如下：
39.所述移动底座1用于固定安装支撑底座2、爬升杆3、爬升机器人5和机械臂4；通过移动底座1固定安装支撑底座2、爬升杆3、爬升机器人5和机械臂4，支撑强度高，稳定可靠。
40.在所述移动底座1的内部设置全向行走机构11、电源12和控制系统13，控制系统13连接至全向行走机构11、爬升机器人5和机械臂4；通过全向行走机构11可以全方位行走，克服了传统机器人只能按照预设路径简单行走的缺陷，电源12为本实用新型的具有智能爬杆机构的移动机器人整机提供动力，控制系统13可以实现智能化自主控制行走、爬升和机械臂的作业动力，使得本实用新型的具有智能爬杆机构的移动机器人可以全方向自主移动、智能爬杆、自动作业。
41.所述爬升杆3通过支撑底座2固定连接于移动底座1上，避免长而细的爬升杆3直接安装在移动底座上时连接不稳固的缺陷，机械结构安全性能好。
42.所述爬升机器人5可升降地安装于爬升杆3上，爬升杆3为爬升机器人提供爬升支撑和导向轨道。
43.所述机械臂4连接于爬升机器人5上，并且所述机械臂4设置有旋转驱动机构，所述旋转驱动机构能够驱动机械臂4绕爬升杆3旋转；通过移动底座的全方向自主移动行走，实现了机械臂4在水平面内的任意位置变化；通过爬升机器人沿爬升杆上下升降，可以实现机械臂4在高度方向上的位置调整；机械臂4可以模拟人体肢体的简单动作，例如手臂来回挥舞等。
44.所述爬升杆3由多根标准杆31固定连接组合构成，可以任意增加或者减少标准杆的数量，以便实现根据不同场合的使用要求设置爬升高度。
45.上述结构基础上，爬升杆由多根标准杆固定连接组合构成，可以任意增加或者减少标准杆的数量，能够根据不同场合的使用要求设置爬升高度；移动底座内部设置全向行走机构，能够全方向自主移动；爬升杆通过支撑底座固定连接于移动底座上，爬升机器人可升降地安装于爬升杆上，机械臂通过旋转驱动机构连接于爬升机器人，同时具备移动运载和升降功能，并且能够模拟人类手臂的简单动作，操作空间大，结构简单紧凑，操作方便，安全可靠。使得本实用新型的具有智能爬杆机构的移动机器人能够全方向自主移动，具备移动和升降功能，同时能够模拟人类手臂的简单动作，操作空间大，结构简单紧凑，操作方便，安全可靠。
46.从而使得本实用新型的具有智能爬杆机构的移动机器人，能够代替执行多种需要人工长时间重复相同动作、劳动强度高、动作简单的工业作业；例如可以应用于建筑行业中，搭载喷漆设备，进行建筑物墙面喷涂作业；或者应用于建筑行业中，搭载打磨设备，进行墙面打磨及抛光工作；还可以应用于工业生产制造领域中，搭载喷涂生产设备，为需要喷漆的工件或者设备完成喷涂工艺；还可以在机械臂末端搭载夹具、机械手指等末端执行机构，以完成相应物品拾取、组装等工序。
47.具体地，所述移动底座1的结构特征如下：
48.所述移动底座1首先设置一个底端敞开的矩形箱式外壳体14，外壳体14作为主机械支撑结构，为移动底座1内部的各零部件提供安装支撑机械结构；在外壳体14的底部四角位置设置个滚轮15，每个滚轮分别连接行走驱动机构16和换向驱动机构17，使行走驱动机构16能够驱动滚轮15绕滚轮15的轴心旋转，从而带动移动底座移动行走；所述换向驱动机构17能够驱动滚轮围绕滚轮15的竖直中心线旋转，旋转角度为360
°
，从而实现移动底座能够向任意方向移动行走，所述滚轮15、行走驱动机构16和换向驱动机构17构成全向行走机构，使得每个滚轮15都能够独立驱动和独立转换方向，移动行走平稳可靠。
49.进一步地，在所述外壳体14的内部设置支撑板结构，支撑板结构可以是整体结构的支撑板，也可以在对应于每个滚轮15顶部的位置分别设置一个支撑板；为适应本实施例中后续结构特征的需要，本实施例中在对应于每个滚轮15顶部的位置分别设置一个支撑板18，每个滚轮15分别通过一个支撑板18固定安装连接在外壳体上，四个滚轮设置有四个支撑板，结构简单紧凑，缩小了整机体积，占用空间少。
50.每个行走驱动机构16分别设置一个行走电机161，行走电机161沿着竖直方向固定连接在支撑板18的上方，行走电机161的输出轴与滚轮15的竖直中心线同轴设置，将行走电机161的输出轴自上至下穿过支撑板18后，通过直角减速机162连接至滚轮15的中心轴上；
竖直方向的行走电机通过直角减速机驱动滚轮旋转，将竖直方向的旋转扭矩转换为滚轮的水平方向扭矩，从而驱动滚轮的水平中心轴旋转，实现移动行走。
51.直角减速机用于多种旋转运动场合，可取代dd motor与凸轮分割器。是旋转运动机构中革命性的产品，在两者之间取得平衡，重复定位精度≦5秒，承载稳重，可做任意角度分割，既可满足分割器无法达到之数位控制，定位精度又可媲美dd马达。
52.进一步地，所述换向驱动机构17设置一个换向电机171，换向电机171也沿着竖直方向固定连接在支撑板18的上方，换向电机171的输出轴自上至下穿过支撑板18后，连接一个换向主动齿轮172；在滚轮15的顶部固定连接一个换向从动齿轮151，换向主动齿轮172与换向从动齿轮151啮合传动，使得换向电机171能够驱动滚轮15围绕滚轮15的竖直中心线360
°
旋转，从而可以满足任意角度的方向变化使用需求。
53.进一步地，所述控制系统13基础结构为一基板19，基板19固定连接在外壳体14的内腔沿着竖直方向上的中部，四个支撑板18固定连接在基板19的四个顶角位置的下方；在基板19的下方中部设置一个电池仓20，在电池仓20的内部设置充电电池21，充电电池21构成可移动的电源，便于本实用新型的具有智能爬杆机构的移动机器人可以无线移动行走，移动范围不受限制。
54.并在基板19的上方设置工控机22和控制模块23，控制模块23可以根据电路系统和操作系统的电流分接、电压降压、信号监测、信号传输、信号运算、指令发送等功能需求设置多种相应功能模块，例如可以设置电器控制组件用于控制强电部分的电流、电压参数，可以设置超声波控制器、交换机、舵轮驱动器和imu等等用于弱电部分的控制传输，还可以在外壳体外部周围设置感应探测组件，例如超声波雷达141和激光雷达142等，以实时感应探测行驶路线的周围环境和障碍物，提供导航、抗扰和避障等功能；工控机22通过各控制模块连接至感应探测组件、全向行走机构、爬升机器人和机械臂，以监测控制感应探测组件、全向行走机构、爬升机器人和机械臂的信号传输、运行状态和运行参数。
55.具体地，所述支撑底座2的结构特征如下：
56.所述支撑底座2为内部中空的矩形箱体，在支撑底座2的顶部设置一限位孔，将爬升杆3的底端穿过限位孔伸入至支撑底座2的内部，并且固定连接在支撑底座2的内底面上；通过支撑底座2为爬升杆3提供固定支撑和限位支撑，机械强度高，稳定可靠；并在所述支撑底座2的分别两侧设置加强柱，进一步提高机械强度。
57.具体地，所述爬升机器人5的结构特征如下：
58.所述爬升机器人5的主要支撑结构为一矩形吊笼41，在吊笼41的顶板和底板中部均设置滑孔，吊笼41通过滑孔滑动套装于爬升杆3上；在吊笼41的内部设置两个升降机构42，两个升降机构42沿着爬升杆3对称设置，两个升降机构42连接有同步驱动机构43，同步驱动机构43可以采用现有技术中的能够同步驱动两组链条循环运转的驱动机构，例如可以采用电机与同步带组合构成同步驱动机构，也可以采用其他驱动机构；通过同步驱动机构43驱动两个升降机构41同步运行，从而带动吊笼41沿着爬升杆3上升或者下降；两个升降机构41对称设置，平衡性能好，运行平稳。
59.每个所述升降机构42的主要结构是在竖直平面内循环运转的链条44，每个链条44均通过张紧机构45张紧安装在吊笼41的内部；两个升降机构42的链条44的循环运转方向互相相反，即两个链条44同时自外向内运转，或者两个链条44同时自内向外运转；在每个链条
42的外侧面上均匀分布若干卡爪46，在每个链条44的内侧分别设置一个压紧机构47，通过压紧机构47在链条循环的同时，将链条上靠近爬升杆的一定数量的卡爪压紧在爬升杆上，使得两个对称设置的升降机构41上互相对应位置上的卡爪配合构成抱夹结构。为确保爬升效果，压紧机构47同时压紧的卡爪数量应在链条循环的轨迹内尽量多。
60.两个链条同时自外向内运转时，两个链条上端的卡爪随之逐渐靠近爬升杆，直到由链条内部的压紧机构压紧在爬升杆上，从而紧紧抱住爬升杆；而两个链条下端的卡爪随之逐渐离开爬升杆，从而松开爬升杆，循环往复，带动吊笼不断上升。
61.反之亦然，两个链条同时自内向外运转时，两个链条下端的卡爪随之逐渐靠近爬升杆，直到由链条内部的压紧机构压紧在爬升杆上，从而紧紧抱住爬升杆；而两个链条上端的卡爪随之逐渐离开爬升杆，从而松开爬升杆，循环往复，带动吊笼不断下降。
62.在吊笼41的一侧设置有横置u形的旋转平台48，将旋转平台48的顶边和底边均通过轴承转盘49连接在吊笼41上，所述机械臂4连接于旋转平台48的竖直侧边上，旋转平台48与轴承转盘49构成旋转驱动机构，轴承转盘49可以连接回转电机50，通过回转电机50可以驱动旋转平台绕爬升杆3的轴心旋转，使得机械臂4可以模拟人体肢体的简单动作，例如手臂来回挥舞等。
63.所述机械臂4为多自由度机械臂，本例中选择六个自由度机械臂，即六轴机械臂，可以模拟人体手臂的动作，运用到建筑行业中，在机械臂末端安装相应末端执行机构，例如喷涂头、打磨头或者抛光机等末端执行机构，可以模拟进行涂刷、打磨、抛光墙面等等作业，运用其他行业领域中还可以安装机械爪、吸盘等末端执行机构，以执行抓取、运输、安装等工序。
64.最后，在每节所述标准杆31的顶端内表面设置有内台阶孔311，在每节所述标准杆的底端外表面设置有外限位台阶312，每节标准杆通过内台阶孔与外限位台阶互相过盈配合固定连接构成爬升杆，还可以在内台阶孔与外限位台阶的对应位置设置贯穿螺纹孔，通过螺栓进一步固定连接，进一步提高爬升杆支撑稳定性。
65.本实用新型的具有智能爬杆机构的移动机器人，通过移动底座支撑安装支撑底座、爬升杆、爬升机器人和机械臂，支撑强度高，稳定可靠；爬升杆由多根标准杆固定连接组合构成，可以增加或者减少标准杆的数量，能够根据不同场合的使用要求设置爬升高度；移动底座内部设置全向行走机构，能够全方向自主移动；爬升杆通过支撑底座固定连接于移动底座上，爬升机器人可升降地安装于爬升杆上，机械臂通过旋转驱动机构连接于爬升机器人，同时具备移动运载和升降功能，并且能够模拟人类手臂的简单动作，操作空间大，结构简单紧凑，操作方便，安全可靠。
66.本实用新型的具有智能爬杆机构的移动机器人，能够代替执行多种需要人工长时间重复相同动作、劳动强度高、动作简单的工业作业；例如可以应用于建筑行业中，搭载喷漆设备，进行建筑物墙面喷涂作业；或者应用于建筑行业中，搭载打磨设备，进行墙面打磨及抛光工作；还可以应用于工业生产制造领域中，搭载喷涂生产设备，为需要喷漆的工件或者设备完成喷涂工艺；还可以在机械臂末端搭载夹具、机械手指等末端执行机构，以完成相应物品拾取、组装等工序。
67.本实用新型不局限于上述可选实施方式，任何人在本实用新型的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本实用新型权利要
求界定范围内的技术方案，均落在本实用新型的保护范围之内。