本發明涉及一種仿生機器人，具體的說，涉及了一種適用于拉索橋索塔及纜索的仿生攀爬機器人。

背景技術：

現有的拉索橋索塔及纜索攀爬機器人，通常采用環抱式結構前進，對于攀爬物的直徑要求高；另外，在遇到障礙物時，大多無法越障，即便有越障能力，也是通過旋轉繞過障礙物所在的面進行越障，就纜索而言，除了表面的裂縫鼓泡可能會給機器人攀爬構成障礙，纜索上固定的路燈或限速攝像等儀器會完全阻隔這種環抱式移動上升的機器人，導致這類機器人越障能力極差，對工作環境的要求較高，實用性差。

為了解決以上存在的問題，人們一直在尋求一種理想的技術解決方案。

技術實現要素：

本發明的目的是針對現有技術的不足，從而提供一種設計科學、攀爬能力強、具有自主越障能力、仿生攀爬的一種適用于拉索橋索塔及纜索的仿生攀爬機器人。

為了實現上述目的，本發明所采用的技術方案是：一種適用于拉索橋索塔及纜索的仿生攀爬機器人，它包括控制平臺、機身、四條仿生設置的機械臂和四個仿生設置的機械爪，四個機械臂兩兩安裝在所述機身的左右兩側，四個機械爪分別安裝在四條機械臂的末端，所述機身兩側分別對應四條機械臂設置四個水平安裝的步進電機導軌，各所述機械臂安裝在對應位置的步進電機導軌上，所述控制平臺連接各步進電機導軌按照左前、右后、右前、左后或右前、左后、左前、右后的順序啟動，所述機身的底部安裝距離傳感器，根據距離傳感器的感應信號，所述控制平臺控制四條所述機械臂伸展或彎曲。

基上所述，所述機械臂包括第一舵機、上肢連桿、第二舵機、下肢連桿和第三舵機，所述第一舵機通過舵機連接件安裝在所述步進電機導軌上，所述上肢連桿的兩端分別連接所述第一舵機和所述第二舵機，所述下肢連桿的兩端分別連接所述第二舵機和所述第三舵機，所述第三舵機通過連接件連接所述機械爪，所述控制平臺分別連接所述第一舵機、所述第二舵機和所述第三舵機并控制其動作。

基上所述，所述第一舵機、所述第二舵機和所述第三舵機的力矩方向均與所述步進電機導軌的行走方向平行。

基上所述，所述上肢連桿、所述下肢連桿和所述連接件均由u形連接板相互連接形成，各u形連接板之間通過螺釘固定。

基上所述，所述機械爪上安裝第四舵機，所述第四舵機通過所述連接件連接所述第三舵機，所述第四舵機驅動所述機械爪的開合，所述控制平臺控制連接所述第四舵機。

基上所述，所述機身包括前機身和后機身，對應前肢的兩機械臂安裝在前機身上，對應后肢的兩機械臂安裝在后機身上，所述前機身和所述后機身之間通過合頁結構連接，該合頁結構包括第五舵機和兩扇葉片，兩扇葉片分別固定在所述前機身上和所述后機身上，所述控制平臺控制所述第五舵機的轉動。

基上所述，所述控制平臺控制各舵機，使得四條機械臂在行進過程中，兩前足處的機械臂始終位于所述機身前方，兩后足處的機械臂始終位于所述機身后方。

基上所述，所述第一舵機和所述第二舵機的力矩方向均與所述步進電機導軌的行走方向平行，所述第三舵機的力矩方向與所述步進電機導軌的行走方向垂直。

基上所述，所述控制平臺為arduino開源電子原型平臺，該arduino開源電子原型平臺連接有調壓電路和電機驅動電路，所述arduino開源電子原型平臺控制各舵機進行動作。

本發明相對現有技術具有突出的實質性特點和顯著的進步，具體的說，本發明采用步進電機導軌配合機械臂的方式行進，使得機械臂僅需要一個的自由度即可完成爬行動作，大大簡化了機械臂結構；四條機械臂按照生物特性順次抬腿，采用該順序抬腿，仿生機器人的穩定性最好、移動速度也較快；在機身內表面安裝距離傳感器，根據與障礙物之間的間距，調整機械臂的長度，從而調整機身與障礙物之間的間距進行越障，越障能力極強。

進一步的，機械臂包括三個舵機，擁有三個自由度，可彎曲變形能力更強，適應各種復雜環境的能力也更強。

進一步的，三個舵機均用于實現機械臂的側擺，最大范圍的調整四肢之間的行進寬度，或者第一舵機和第二舵機實現機械臂的側擺，用于調整四肢之間的行進寬度，第三舵機實現機械臂的前后擺動，用于實現四肢小范圍內角度的調整。

進一步的，機械臂的連接部分采用u形連接板，u形連接板的與舵機的安裝更加方便；進一步的，機械爪由第四舵機驅動，實現機械爪的張合。

進一步的，機身包括前后兩段，兩段間通過合頁結構連接，在遇到有轉角時，車身可翻折相同角度，通過這種模塊化的機身設計，可以適應索塔及纜索交叉處的各種角度。

進一步的，四條機械臂采用前足向前彎，后足向后彎的方式設置，可增大落足所構多邊形的面積，有利于增加機器人的穩定性。

附圖說明

圖1是本發明中機器人的整體結構示意圖之一。

圖2是本發明中機器人的主視圖。

圖3是圖2的左視圖。

圖4是圖2的俯視圖。

圖5是本發明中機器人的整體結構示意圖之二。

圖6是本發明中機器人的電路控制原理圖。

圖中：1.前機身；2.機械臂；3.機械爪；4.步進電機導軌；5.u形連接板；7.第一舵機；8.第二舵機；9.第三舵機；11.第五舵機；12.葉片；13.后機身；14.舵機連接件。

具體實施方式

下面通過具體實施方式，對本發明的技術方案做進一步的詳細描述。

如圖1-5所示，一種適用于拉索橋索塔及纜索的仿生攀爬機器人，它包括控制平臺、前機身1、后機身13、四條仿生設置的機械臂2和四個仿生設置的機械爪3，四個機械臂2對應前肢的兩機械臂安裝在前機身1的左右兩側，對應后肢的兩機械臂安裝在后機身13的左右兩側，四個機械爪3分別安裝在四條機械臂2的末端，所述前機身1和后機身13的兩側分別對應四條機械臂2設置四個水平安裝的步進電機導軌4，各所述機械臂2安裝在對應位置的步進電機導軌4上，機械臂2由步進電機導軌4帶動，可順著步進電機導軌4的方向做前后快速移動。

所述控制平臺連接各步進電機導軌4按照左前、右后、右前、左后或右前、左后、左前、右后的順序啟動，使得四條機械臂2也按照這樣的順序啟動，采用該順序抬腿，仿生機器人的穩定性最好、移動速度也較快。在前機身1和/或后機身13的底部安裝距離傳感器，根據距離傳感器的感應信號，所述控制平臺控制四條機械臂2伸展或彎曲。

傳感器可采用超聲波類或磁感類的傳感器：測量機身與所加持纜索之間的距離，如檢測到纜索上出現較大的障礙物，可使機械臂做拉伸，與障礙物保持安全距離的同時有效的越過障礙；根據應用不同，可根據需要裝配檢測不同指標的傳感器。

所述機械臂2包括第一舵機7、上肢連桿、第二舵機8、下肢連桿1和第三舵機9，所述第一舵機7通過舵機連接件14安裝在所述步進電機導軌4上的滑塊位置，所述上肢連桿的兩端分別連接所述第一舵機7和所述第二舵機8，所述下肢連桿的兩端分別連接所述第二舵機8和所述第三舵機9，所述第三舵機9通過連接件連接所述機械爪3，所述控制平臺分別連接所述第一舵機7、所述第二舵機8和所述第三舵機9并控制其動作。第一舵機對應仿生“髖關節”，第二舵機對應仿生“膝關節”，第三舵機對應仿生“裸關節”，從而使得每條仿生機械臂具有3個自由度，共四條仿生機械臂，機器人整體具有12個自由度，活動能力更強。

其中，所述第一舵機7、所述第二舵機8和所述第三舵機9的力矩方向均與所述步進電機導軌4的行走方向平行，即可以由內向外擺動，調整機械臂2之間的跨度，滿足各種不同需求。

所述上肢連桿、所述下肢連桿和所述連接件均由u形連接板5相互連接形成，各u形連接板5之間通過螺釘固定，可調整關節的長度、角度，也方便連接舵機。使用u形連接板，模塊化設計，使得整個裝置的加工、組裝方便，整體質量較輕，易于步態規劃。

所述機械爪3上安裝第四舵機，所述第四舵機通過所述連接件連接所述第三舵機9，所述第四舵機驅動所述機械爪3的開合，所述控制平臺控制連接所述第四舵機。機械爪的大小根據使用場景的不同進行調整，適應不同直徑的纜索。

所述前機身1和所述后機身13之間通過合頁結構連接，該合頁結構包括第五舵機11和兩扇葉片12，兩扇葉片12分別固定在所述前機身1上和所述后機身13上，所述控制平臺控制所述第五舵機11的轉動。如遇到比如90度直角的纜索交叉位置，前后機身可翻折相同角度，通過這種模塊化的機身設計，可以適應索塔及纜索交叉處的各種角度。

所述控制平臺控制各舵機，使得四條機械臂在行進過程中，兩前足處的機械臂始終位于所述機身前方，兩后足處的機械臂始終位于所述機身后方，容易實現四足仿生昆蟲機器人的步行平穩、協調、可靠運行。具體實施時，可以通過控制舵機的動作角度、范圍，或者通過限位開關、程序控制等方法實現。

如圖6所示，所述控制平臺為arduino開源電子原型平臺，該arduino開源電子原型平臺連接有調壓電路和兩組電機驅動電路，所述arduino開源電子原型平臺控制8個舵機進行動作。

工作過程：控制平臺控制步進電機導軌4和各舵機，按照左前、右后、右前、左后或右前、左后、左前、右后的順序啟動，即模擬昆蟲的抬腿順序，保證整體的穩定性，便于提升速度，行進過程中，依次控制各機械爪張合，通過卡在纜索的側部，向前行進，當遇到障礙物時，距離感應器感應到障礙物存在，通過髖關節、膝關節和踝關節的聯動調節機身與障礙物及纜索之間的距離輕松越過，當遇到纜索交叉位置時，控制合頁結構翻轉，調整前后機身之間的角度，順利通過。

本發明整體結構簡單，設計合理，通過大扭力舵機作為驅動元件，簡化了驅動機構、性能穩定、輕便、造價低、動作柔軟，在驅動的過程中無污染和噪音，提高了機器人對環境的適應性，符合仿生的概念。

在其它實施例中，所述第一舵機和所述第二舵機的力矩方向均與所述步進電機導軌的行走方向平行，所述第三舵機的力矩方向與所述步進電機導軌的行走方向垂直。即可以調整機械臂之間的跨度，也可以調整機械爪的角度，調整能力更強。

最后應當說明的是:以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非對其限制；盡管參照較佳實施例對本發明進行了詳細的說明，所屬領域的普通技術人員應當理解：依然可以對本發明的具體實施方式進行修改或者對部分技術特征進行等同替換；而不脫離本發明技術方案的精神，其均應涵蓋在本發明請求保護的技術方案范圍當中。