本發(fā)明涉及走鋼絲機(jī)器人的平衡技術(shù)，具體為一種可越障的走鋼絲機(jī)器人及其行走越障方法。

背景技術(shù)：

走鋼絲機(jī)器人是一種能夠在鋼絲上平衡行走的裝置，可以用于娛樂表演，也可以用于極端環(huán)境下短距離運輸、高壓線維護(hù)除冰等工程應(yīng)用領(lǐng)域。

目前，人們通過設(shè)計不同的機(jī)構(gòu)來實現(xiàn)機(jī)器人在鋼絲上的平衡運動。

研究人員晨光研究了單軸機(jī)械陀螺機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性原理，設(shè)計了一種通過陀螺力矩實現(xiàn)機(jī)器人走鋼絲的裝置。如專利號為cn201510669449.1的發(fā)明申請公開了一種《擺臂式獨輪走鋼絲機(jī)器人》，該機(jī)器人通過擺臂和轉(zhuǎn)桿模擬人類走鋼絲的行為來達(dá)到平衡的目的；最近，一款名為ballu的走鋼絲機(jī)器人引起了人們的注意，該機(jī)器人的軀體由一個氮氣氣球組成，并且其下方安裝有一雙極細(xì)的鉸接腿，通過雙腿的運動可以在鋼絲上跳舞和行走。

現(xiàn)有的走鋼絲機(jī)器人通常只考慮在無障礙鋼絲上的平衡行走問題，但現(xiàn)實中的鋼絲繩常常有繩結(jié)等障礙，比如一些研究曾提出，走鋼絲機(jī)器人可應(yīng)用于高壓線的巡檢除冰，而高壓線并不是理想的一條單純的鋼絲線，會有高壓線鐵塔以及支撐高壓線的支架等。

目前針對走鋼絲機(jī)器人如何跨越類似障礙鮮有涉及。

另外，機(jī)器人走鋼絲時難免會遇到一些意料之外的情況，由此可能會導(dǎo)致機(jī)器人突然失穩(wěn)跌出鋼絲繩外，但現(xiàn)有的走鋼絲機(jī)器人通常并未配置防護(hù)措施，很容易會造成設(shè)備儀器損壞或人身傷害。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為此，本發(fā)明提出了一種可越障的走鋼絲機(jī)器人及其行走越障方法。

本發(fā)明可越障的走鋼絲機(jī)器人，其技術(shù)方案包括安裝有前、后輪式行走裝置的機(jī)架，所述機(jī)架上設(shè)有保持機(jī)體側(cè)向平衡的機(jī)械陀螺儀，所不同的是所述輪式行走裝置包括在“y”型輪架上安裝的三個行走輪，各行走輪的輪面上開設(shè)有與鋼絲卡合的輪槽，各“y”型輪架的中心分別于機(jī)架上鉸裝并由機(jī)架上設(shè)置的行走電機(jī)驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，對應(yīng)于“y”型輪架的旋轉(zhuǎn)于機(jī)架設(shè)置有行走輪避讓口；各行走輪兩側(cè)的“y”型輪架上均設(shè)有在越障時打開避讓鋼絲和在越障后閉合防止掉離鋼絲的左、右抱臂。

左、右抱臂的一種結(jié)構(gòu)形式采用左、右折桿，各折桿的桿體向所在側(cè)的外側(cè)彎折而在彎折點形成向內(nèi)上方傾斜的上桿和向內(nèi)下方傾斜的下桿，左、右下桿的下端通過左、右齒輪嚙合，左、右上桿的上端在閉合時交匯咬合；左或右齒輪設(shè)為主動齒輪并由“y”型輪架上設(shè)置的越障電機(jī)驅(qū)動。

為保持左、右下桿的穩(wěn)定性，各下桿與旁側(cè)桿體構(gòu)成平行四連桿機(jī)構(gòu)。

為進(jìn)一步提高抱臂的穩(wěn)定性，左、右抱臂采用前、后的雙層結(jié)構(gòu)。

采用了上述可越障的走鋼絲機(jī)器人的本發(fā)明可越障的走鋼絲機(jī)器人行走越障方法，是通過轉(zhuǎn)動“y”型輪架并利用相鄰行走輪之間的空隙繞過鋼絲上的障礙而實現(xiàn)，以越過一個障礙點為例，其方案步驟為：

1、當(dāng)走鋼絲機(jī)器人在鋼絲上向前行走遇到障礙時，前輪式行走裝置上尚未與鋼絲接觸的前方行走輪首先動作，其對應(yīng)的越障電機(jī)驅(qū)動左、右抱臂打開為越障做好準(zhǔn)備，接著行走電機(jī)驅(qū)動“y”型輪架轉(zhuǎn)動，使打開了左、右抱臂的行走輪向前繞過障礙并與鋼絲接觸，而形成前輪式行走裝置上的前、后兩個行走輪與鋼絲同時接觸的姿態(tài)。

2、越障時，行走電機(jī)驅(qū)動“y”型輪架繼續(xù)轉(zhuǎn)動，后行走輪對應(yīng)的左、右抱臂打開使后行走輪能順利離開鋼絲，后行走輪離開鋼絲后左、右抱臂閉合以方便通過機(jī)架上的行走輪避讓口，與此同時，前行走輪站立于鋼絲上且對應(yīng)的左、右抱臂閉合將鋼絲合圍在左、右抱臂之間以防止走鋼絲機(jī)器人掉落鋼絲，至此，前輪式行走裝置越過障礙。

3、走鋼絲機(jī)器人在鋼絲上繼續(xù)向前行走。

4、當(dāng)后輪式行走裝置遇到障礙時，其越障方式同1、2步驟，從而實現(xiàn)后輪式行走裝置越過障礙。

本發(fā)明的有益效果：

1、本發(fā)明通過“y”型輪架與行走輪的組合，可以解決傳統(tǒng)走鋼絲機(jī)器人越障能力欠缺的問題。

2、本發(fā)明設(shè)計有左、右抱臂作為可靠的保護(hù)裝置，為走鋼絲機(jī)器人的實際應(yīng)用提供了安全保障。

3、本發(fā)明結(jié)合傳統(tǒng)走鋼絲機(jī)器人的特點，通過陀螺機(jī)構(gòu)提供轉(zhuǎn)動力矩進(jìn)行側(cè)向平衡調(diào)節(jié)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種實施方式的立體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為圖1實施方式中輪式行走裝置的立體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖號標(biāo)識：1、機(jī)架；2、輪式行走裝置；3、機(jī)械陀螺儀；4、“y”型輪架；5、行走電機(jī)；6、行走輪避讓口；7、抱臂；7-1、上桿；7-2、下桿；8、齒輪；9、越障電機(jī)；10、行走輪；11、桿體；12、轉(zhuǎn)動軸。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖所示實施方式對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步說明。

本發(fā)明為一種可越障的走鋼絲機(jī)器人，其結(jié)構(gòu)包括機(jī)架1(由前、中、后的水平框架依次連接而成)和前、后輪式行走裝置2以及機(jī)械陀螺儀3，前、后輪式行走裝置2分別對應(yīng)于前、后框架設(shè)置，所述機(jī)械陀螺儀3水平設(shè)于中框架內(nèi)，如圖1所示。

所述輪式行走裝置2包括“y”型輪架4和行走輪10，三個行走輪10(輪面上開設(shè)有與鋼絲卡合的輪槽)分別安裝于“y”型輪架4上互成120°的三個輪架頂部，各行走輪10的左、右兩側(cè)的輪架上均設(shè)有前、后雙層的左、右抱臂7，左、右抱臂7采用左、右折桿結(jié)構(gòu)，各折桿的桿體向所在側(cè)的外側(cè)彎折(即左折桿的桿體向左側(cè)彎折，右折桿的桿體向右側(cè)彎折)而在彎折點形成向內(nèi)上方傾斜的上桿7-1和向內(nèi)下方傾斜的下桿7-2，左、右下桿7-2分別與左、右旁側(cè)的桿體11構(gòu)成左、右平行四連桿機(jī)構(gòu)，左、右下桿7-2的下端通過左、右齒輪8嚙合，設(shè)定左或右的齒輪8作為主動齒輪，所述主動齒輪由對應(yīng)輪架上設(shè)置的越障電機(jī)9驅(qū)動，在越障電機(jī)9的帶動下，左、右抱臂7可同步向外打開和同步向內(nèi)關(guān)閉，關(guān)閉時左、右上桿7-1的頂部交匯咬合在一起，如圖1、圖2所示。

前輪式行走裝置2對應(yīng)于前框架(圖中右側(cè))設(shè)置，具體的，前輪式行走裝置2的“y”型輪架4的中心通過轉(zhuǎn)動軸12安裝于前框架的前端框邊上，該框邊的右端設(shè)有驅(qū)動轉(zhuǎn)動軸12旋轉(zhuǎn)的行走電機(jī)5，前框架的內(nèi)框大小(即行走輪避讓口6)應(yīng)滿足“y”型輪架4轉(zhuǎn)動時可使行走輪10及其對應(yīng)的左、右抱臂7通過，如圖1所示。

后輪式行走裝置2對應(yīng)于后框架(圖中左側(cè))設(shè)置，具體的，后輪式行走裝置2的“y”型輪架4的中心通過轉(zhuǎn)動軸12安裝于后框架的后端框邊上，該框邊的右端設(shè)有驅(qū)動轉(zhuǎn)動軸12旋轉(zhuǎn)的行走電機(jī)5，后框架的內(nèi)框大小(即行走輪避讓口6)應(yīng)滿足“y”型輪架4轉(zhuǎn)動時可使行走輪10及其對應(yīng)的左、右抱臂7通過，如圖1所示。

本發(fā)明通過轉(zhuǎn)動“y”型輪架4并利用相鄰兩個行走輪10之間的空間繞過障礙而達(dá)到越障目的，下面以越過一個障礙點為例，說明本發(fā)明的行走越障方法，其方案步驟如下：

1、可越障的走鋼絲機(jī)器人通過前、后輪式行走裝置2在鋼絲上正常向前行走，其側(cè)向平衡由機(jī)械陀螺儀3提供保障。

2、當(dāng)遇到障礙時，前輪式行走裝置2的“y”型輪架4前上方尚未與鋼絲接觸的行走輪10首先動作，在對應(yīng)的越障電機(jī)9帶動下左、右抱臂7打開，為越障做后準(zhǔn)備，行走電機(jī)5驅(qū)動“y”型輪架4向前轉(zhuǎn)動，使前上方的行走輪10以轉(zhuǎn)動的方式繞過障礙點并接觸鋼絲，而在鋼絲上形成前、后兩個行走輪10接觸鋼絲的姿態(tài)。

3、越障時，“y”型輪架4繼續(xù)向前轉(zhuǎn)動，使前行走輪10逐漸站立于鋼絲上，而后行走輪10逐漸離開鋼絲，此時后行走輪10的左、右抱臂7打開解除對鋼絲的合圍而使后行走輪10順利離開鋼絲，在后行走輪10轉(zhuǎn)動至前框架時左、右抱臂7閉合以使其順利通過前框架，前行走輪10于鋼絲上完全站立后，其對應(yīng)的左、右抱臂7閉合合圍住鋼絲以防走鋼絲機(jī)器人掉落于鋼絲。

4、前輪式行走裝置2越障后，走鋼絲機(jī)器人繼續(xù)于鋼絲上向前行走。

5、當(dāng)后輪式行走裝置2遇到障礙時，后輪式行走裝置2的“y”型輪架4在行走電機(jī)5驅(qū)動下向前轉(zhuǎn)動，帶動前上方尚未與鋼絲接觸的行走輪10向前轉(zhuǎn)過(轉(zhuǎn)動過程中行走輪10及其對應(yīng)的左、右抱臂7通過后框架)，前上方的行走輪10以轉(zhuǎn)動的方式繞過障礙點并接觸鋼絲(通過后框架后左、右抱臂7打開)，而在鋼絲上形成前、后兩個行走輪10接觸鋼絲的姿態(tài)。

6、越障時，“y”型輪架4繼續(xù)向前轉(zhuǎn)動，前行走輪10逐漸站立于鋼絲上，后行走輪10逐漸離開鋼絲，此時后行走輪10的左、右抱臂7打開解除對鋼絲的合圍而使后行走輪10順利離開鋼絲，在后行走輪10離開鋼絲后左、右抱臂7閉合，前行走輪10于鋼絲上完全站立后，其對應(yīng)的左、右抱臂7閉合合圍住鋼絲以防走鋼絲機(jī)器人掉落于鋼絲。

7、后輪式行走裝置2越障后，走鋼絲機(jī)器人繼續(xù)于鋼絲上向前行走。