可越障的走鋼絲機器人及其行走越障方法與流程

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

背景技術：

走鋼絲機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，也可以用于極端環境下短距離運輸、高壓線維護除冰等工程應用領域。

目前，人們通過設計不同的機構來實現機器人在鋼絲上的平衡運動。

研究人員晨光研究了單軸機械陀螺機構的穩定性原理，設計了一種通過陀螺力矩實現機器人走鋼絲的裝置。如專利號為cn201510669449.1的發明申請公開了一種《擺臂式獨輪走鋼絲機器人》，該機器人通過擺臂和轉桿模擬人類走鋼絲的行為來達到平衡的目的；最近，一款名為ballu的走鋼絲機器人引起了人們的注意，該機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的鉸接腿，通過雙腿的運動可以在鋼絲上跳舞和行走。

現有的走鋼絲機器人通常只考慮在無障礙鋼絲上的平衡行走問題，但現實中的鋼絲繩常常有繩結等障礙，比如一些研究曾提出，走鋼絲機器人可應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。

目前針對走鋼絲機器人如何跨越類似障礙鮮有涉及。

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

技術實現要素：

為此，本發明提出了一種可越障的走鋼絲機器人及其行走越障方法。

本發明可越障的走鋼絲機器人，其技術方案包括安裝有前、后輪式行走裝置的機架，所述機架上設有保持機體側向平衡的機械陀螺儀，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有與鋼絲卡合的輪槽，各“y”型輪架的中心分別于機架上鉸裝并由機架上設置的行走電機驅動旋轉，對應于“y”型輪架的旋轉于機架設置有行走輪避讓口；各行走輪兩側的“y”型輪架上均設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、右抱臂的一種結構形式采用左、右折桿，各折桿的桿體向所在側的外側彎折而在彎折點形成向內上方傾斜的上桿和向內下方傾斜的下桿，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；左或右齒輪設為主動齒輪并由“y”型輪架上設置的越障電機驅動。

為保持左、右下桿的穩定性，各下桿與旁側桿體構成平行四連桿機構。

為進一步提高抱臂的穩定性，左、右抱臂采用前、后的雙層結構。

采用了上述可越障的走鋼絲機器人的本發明可越障的走鋼絲機器人行走越障方法，是通過轉動“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，以越過一個障礙點為例，其方案步驟為：

1、當走鋼絲機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，其對應的越障電機驅動左、右抱臂打開為越障做好準備，接著行走電機驅動“y”型輪架轉動，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。

2、越障時，行走電機驅動“y”型輪架繼續轉動，后行走輪對應的左、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器人掉落鋼絲，至此，前輪式行走裝置越過障礙。

3、走鋼絲機器人在鋼絲上繼續向前行走。

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

本發明的有益效果：

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

2、本發明設計有左、右抱臂作為可靠的保護裝置，為走鋼絲機器人的實際應用提供了安全保障。

3、本發明結合傳統走鋼絲機器人的特點，通過陀螺機構提供轉動力矩進行側向平衡調節。

附圖說明

圖1為本發明一種實施方式的立體結構示意圖。

圖2為圖1實施方式中輪式行走裝置的立體結構示意圖。

圖號標識：1、機架；2、輪式行走裝置；3、機械陀螺儀；4、“y”型輪架；5、行走電機；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；10、行走輪；11、桿體；12、轉動軸。

具體實施方式

下面結合附圖所示實施方式對本發明的技術方案作進一步說明。

本發明為一種可越障的走鋼絲機器人，其結構包括機架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以及機械陀螺儀3，前、后輪式行走裝置2分別對應于前、后框架設置，所述機械陀螺儀3水平設于中框架內，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、右兩側的輪架上均設有前、后雙層的左、右抱臂7，左、右抱臂7采用左、右折桿結構，各折桿的桿體向所在側的外側彎折(即左折桿的桿體向左側彎折，右折桿的桿體向右側彎折)而在彎折點形成向內上方傾斜的上桿7-1和向內下方傾斜的下桿7-2，左、右下桿7-2分別與左、右旁側的桿體11構成左、右平行四連桿機構，左、右下桿7-2的下端通過左、右齒輪8嚙合，設定左或右的齒輪8作為主動齒輪，所述主動齒輪由對應輪架上設置的越障電機9驅動，在越障電機9的帶動下，左、右抱臂7可同步向外打開和同步向內關閉，關閉時左、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對應于前框架(圖中右側)設置，具體的，前輪式行走裝置2的“y”型輪架4的中心通過轉動軸12安裝于前框架的前端框邊上，該框邊的右端設有驅動轉動軸12旋轉的行走電機5，前框架的內框大小(即行走輪避讓口6)應滿足“y”型輪架4轉動時可使行走輪10及其對應的左、右抱臂7通過，如圖1所示。

后輪式行走裝置2對應于后框架(圖中左側)設置，具體的，后輪式行走裝置2的“y”型輪架4的中心通過轉動軸12安裝于后框架的后端框邊上，該框邊的右端設有驅動轉動軸12旋轉的行走電機5，后框架的內框大小(即行走輪避讓口6)應滿足“y”型輪架4轉動時可使行走輪10及其對應的左、右抱臂7通過，如圖1所示。

本發明通過轉動“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到越障目的，下面以越過一個障礙點為例，說明本發明的行走越障方法，其方案步驟如下：

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

2、當遇到障礙時，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，在對應的越障電機9帶動下左、右抱臂7打開，為越障做后準備，行走電機5驅動“y”型輪架4向前轉動，使前上方的行走輪10以轉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。

3、越障時，“y”型輪架4繼續向前轉動，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，其對應的左、右抱臂7閉合合圍住鋼絲以防走鋼絲機器人掉落于鋼絲。

4、前輪式行走裝置2越障后，走鋼絲機器人繼續于鋼絲上向前行走。

5、當后輪式行走裝置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5驅動下向前轉動，帶動前上方尚未與鋼絲接觸的行走輪10向前轉過(轉動過程中行走輪10及其對應的左、右抱臂7通過后框架)，前上方的行走輪10以轉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。

6、越障時，“y”型輪架4繼續向前轉動，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，其對應的左、右抱臂7閉合合圍住鋼絲以防走鋼絲機器人掉落于鋼絲。

7、后輪式行走裝置2越障后，走鋼絲機器人繼續于鋼絲上向前行走。