專(zhuān)利名稱(chēng)：鉤爪抓取式爬壁機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明專(zhuān)利涉及一種斜拉橋索塔檢測(cè)機(jī)器人，具體的說(shuō)，是涉及一種用于斜拉橋 索塔、高架橋橋墩等粗糙墻面故障檢測(cè)的機(jī)器人，屬于機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著我國(guó)交通事業(yè)的迅速發(fā)展，斜拉橋和偏遠(yuǎn)山區(qū)高架橋在我國(guó)已經(jīng)得到了廣泛 的應(yīng)用。在組成斜拉橋的三部分(索塔、拉索和主梁)中，除主梁可應(yīng)用養(yǎng)護(hù)工程車(chē)檢測(cè)外， 高達(dá)幾百米的索塔和斜拉索都存在一個(gè)難以檢查的現(xiàn)實(shí)，橋梁養(yǎng)護(hù)工程師很難近距離觀察 他們的每一處，甚至無(wú)法接近需檢查的部位，這種現(xiàn)狀已經(jīng)持續(xù)多年，仍未改變。隨著更大 跨度橋梁的不斷出現(xiàn)，人工檢測(cè)的周期將更長(zhǎng)、危險(xiǎn)性更高、難度更大，開(kāi)發(fā)用于橋梁索塔 安全檢測(cè)的自動(dòng)化裝置，成為必然要求。在實(shí)際應(yīng)用中，爬壁機(jī)器人應(yīng)具有吸附和移動(dòng)兩大基本功能，目前的吸附方式主 要有磁吸附、真空吸附、負(fù)壓吸附和仿生粘性吸附等方式。磁吸附方式吸力較大，噪音小，控 制也比較方便，但要求壁面為導(dǎo)磁材料；真空和負(fù)壓吸附方式不受壁面材料限制，但當(dāng)壁面 存在較大裂縫、凹凸不平時(shí)，吸盤(pán)容易發(fā)生氣體泄漏現(xiàn)象，導(dǎo)致吸附力不足。近年來(lái)，通過(guò)研 究壁虎等爬行動(dòng)物腳掌的吸附機(jī)理，國(guó)內(nèi)外學(xué)者研制出高分子合成的粘性吸附材料，這些 材料利用分子之間的范德華力，在很小的接觸面積上就可獲得較大的吸附力，具有吸附力 與表面材料特性無(wú)關(guān)的優(yōu)點(diǎn)，但目前這些材料存在受壁面灰塵影響較大，加工較困難，使用 壽命較短，使用一定次數(shù)之后就失去粘性等缺點(diǎn)，仍需要進(jìn)一步研究。由于混凝土墻壁的裂縫容易導(dǎo)致吸盤(pán)漏氣現(xiàn)象，表面不確定的灰塵對(duì)仿生粘結(jié)劑 吸附有較大影響，傳統(tǒng)的吸附方式難以滿(mǎn)足在帶有裂縫的混凝土、水刷石、磚塊和巖石等多 孔或粗糙的表面上爬升的要求。特別是斜拉橋索塔和偏遠(yuǎn)山區(qū)的高架橋橋墩，表面積灰嚴(yán) 重，受高空風(fēng)載影響較大，過(guò)往車(chē)輛引起索塔的隨機(jī)振動(dòng)，導(dǎo)致機(jī)器人爬升時(shí)隨索塔一起振 動(dòng)，這對(duì)機(jī)器人的吸附裝置提出了更高的要求。針對(duì)此類(lèi)壁面的特殊性，哈爾濱工程大學(xué)所提出的鉤爪式爬壁機(jī)器人，利 用鉤刺掛附于粗糙墻壁表面通過(guò)對(duì)手臂伸縮實(shí)現(xiàn)爬行，其技術(shù)方案公布在專(zhuān)利號(hào)為 200710072237. 0的專(zhuān)利文件中。南京航空航天大學(xué)的仿生結(jié)構(gòu)與材料防護(hù)研究所，還對(duì)大黃蜂、甲蟲(chóng)等昆蟲(chóng)腳爪 的微結(jié)構(gòu)與其生存環(huán)境表面形貌進(jìn)行了研究，設(shè)計(jì)了仿生腳掌，其腳爪前端的尖爪能鉤到 粗糙壁面上的凹凸點(diǎn)，將機(jī)器人掛在墻壁上，實(shí)現(xiàn)爬升動(dòng)作。另外，國(guó)外也有一些關(guān)于鉤爪式爬壁機(jī)器人的報(bào)道，如1. Asbeck A T,Kim S, Cutkosky M R,Provancher W R,M. Lanzetta. Scaling hard vertical surfaces with compliant microspine array[J]. International Journal of Robotics Research,2006,25(12) :1165_11792. M. J. Spenko, G. C. Haynes, J. A. Saunders. Biologically Inspired Climbing with a Hexapedal Robot [J]. Journal of Field Robotics, 2008, 25 (4-5) -.223-242
在以上所述的機(jī)器人可應(yīng)用于一般的墻壁表面，但所應(yīng)用的細(xì)小鋼鉤不能提供指 向壁面的“吸附”力，墻壁對(duì)機(jī)器人鉤爪的約束較小，在300米高空的斜拉橋索塔表面爬升 過(guò)程中，機(jī)器人易受高空風(fēng)載、索塔振動(dòng)等影響，產(chǎn)生不穩(wěn)定現(xiàn)象，不適用于斜拉橋索塔和 室內(nèi)頂篷的檢測(cè)工作。隨著斜拉橋的跨度越來(lái)越大，索塔高度不斷增大，受風(fēng)振的影也響越來(lái)越大，以蘇 通大橋?yàn)槔?，其索塔高達(dá)300m，如仍然使用卷?yè)P(yáng)機(jī)拖動(dòng)吊籃小車(chē)以人工的方式搭載檢測(cè)傳 感器對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)，存在費(fèi)用較高、工作環(huán)境惡劣、工作效率低等嚴(yán)重問(wèn)題；另外，吊籃小 車(chē)很難對(duì)索塔進(jìn)行全方位檢測(cè)，只能利用斜拉索檢查容易到達(dá)的索塔正面部分，很難達(dá)到 沒(méi)有拉索的側(cè)面部分。針對(duì)斜拉橋拉索的檢測(cè)工作，本課題組已經(jīng)申請(qǐng)過(guò)多種檢測(cè)機(jī)器人 (申請(qǐng)?zhí)枮?200810019166. 2，200810142308. 4，2006101576019. 9，200620016413. X)。此專(zhuān) 利主要針對(duì)索塔設(shè)計(jì)了檢測(cè)機(jī)構(gòu)，機(jī)構(gòu)同樣實(shí)用于高架橋橋墩，普通建筑的混凝土壁面的 檢測(cè)工作。綜上所述，針對(duì)斜拉橋索塔、偏遠(yuǎn)山區(qū)的高架橋橋墩等高空建筑，目前存在的爬壁 機(jī)器人的各種吸附方式都有其局限性針對(duì)斜拉橋索塔、偏遠(yuǎn)山區(qū)的高架橋橋墩等高空建 筑，采用微小尖鉤的“掛取方式”較為有效，容易克服壁面灰塵、裂縫和凹坑的情況，但受高 空風(fēng)載和壁面振動(dòng)的影響較大，容易產(chǎn)生不穩(wěn)定現(xiàn)象，使其工作環(huán)境受到很大限制。本發(fā)明 主要設(shè)計(jì)一種基于抓取鉤爪的爬壁機(jī)器人，使鉤爪在抓取墻壁的同時(shí)，壁面的粗糙突起提 供給機(jī)器人一個(gè)指向壁面的“吸力”，增加了壁面對(duì)機(jī)器人的約束，有效地克服了高空風(fēng)載， 壁面振動(dòng)對(duì)機(jī)器人爬升性能的影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，應(yīng)用微小鉤爪抓取墻壁 粗糙物的吸附方案，提出一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適合于斜拉橋索塔和高架橋橋墩的高空作業(yè)壁面 檢測(cè)機(jī)器人。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種鉤爪抓取式爬壁機(jī)器人，包 括機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)，設(shè)置在機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)上的至少兩個(gè)抓取鉤爪模塊以及與所述至少兩 個(gè)抓取鉤爪模塊連接用于驅(qū)動(dòng)至少兩個(gè)抓取鉤爪模塊的第一驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于所述 的抓取鉤爪模塊包括支架、第二驅(qū)動(dòng)裝置以及設(shè)置在支架上的至少一組鉤爪對(duì)，該鉤爪對(duì) 包括至少兩個(gè)成對(duì)的微型尖鉤，該成對(duì)的兩個(gè)微型尖鉤的尖鉤彎曲方向相對(duì)，所述的鉤爪 對(duì)在所述的第二驅(qū)動(dòng)裝置的作用下打開(kāi)或抓取。所述的第二驅(qū)動(dòng)裝置包括與所述的微型尖鉤連接的扭簧以及套索傳動(dòng)裝置。所述的一組鉤爪對(duì)包括六個(gè)微型尖鉤和四個(gè)扭簧，分別為第一微型尖鉤、第二微 型尖鉤、第三微型尖鉤、第四微型尖鉤、第五微型尖鉤、第六微型尖鉤、第一扭簧、第二扭簧、 第三扭簧、第四扭簧；所述的扭簧和尖鉤鉸接在剛性支架的第一支桿和第四支桿上；所述 的抓取鉤爪模塊至少包括一組鉤爪對(duì)，均勻圓周布于內(nèi)圈支架圓上，類(lèi)似于一個(gè)輔條向外 伸展的車(chē)輪。所述的微型尖鉤加工成頭部較尖的“2”字形狀，鋼鉤基體尾部設(shè)有鉸接孔，頂部設(shè) 有套索可穿過(guò)的微型小孔。所述的套索傳動(dòng)裝置包括第一套索、第二套索、第三套索、第四套索，第一套索和
5第二套索作為微型尖鉤驅(qū)動(dòng)力的傳輸方式，其上設(shè)置有第一套索牽引件，第二套索牽引件， 第三套索牽引件，第一套索固定件，第四套索牽引件，第五套索牽引件，第六套索牽引件和 第二套索固定件；第三套索和第四套索通過(guò)第三套索固定件和第四套索固定件設(shè)置在內(nèi)圈 支架上；所述的四根套索外部均設(shè)有索套，套索的另一端均與驅(qū)動(dòng)電機(jī)相連。所述的剛性支架是一個(gè)多桿機(jī)構(gòu)焊接而成，包括第一支桿、第二支桿、第三支桿、 第四支桿、第五支桿和關(guān)節(jié)內(nèi)置扭簧。所述的機(jī)器人驅(qū)動(dòng)裝置包括連接架和機(jī)器人本體連接架，所述的連接架與內(nèi)圈 支架連接，所述的機(jī)器人本體連接架上設(shè)置有第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)和第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)，所述的第一 驅(qū)動(dòng)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)軸通過(guò)第一聯(lián)軸器與第一主動(dòng)軸相接，在該主動(dòng)軸上還設(shè)有第一單向離合 器、第二單向離合器、第一帶輪和第一套索驅(qū)動(dòng)件；所述的第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)軸通過(guò)第二 聯(lián)軸器與第二主動(dòng)軸相接，在該主動(dòng)軸上還設(shè)有第三單向離合器、第四單向離合器、第二帶 輪和第二套索驅(qū)動(dòng)件。所述的傳動(dòng)帶設(shè)置在第一單向離合器和第三單向離合器之間，所述 的第一主動(dòng)軸和第二主動(dòng)軸上還設(shè)有多個(gè)軸承和套筒。所述的機(jī)器人本體連接架上還設(shè)有鋰電池，壁面檢測(cè)儀器等。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明爬壁機(jī)器人具有如下優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明采用抓取鉤爪作為爬壁機(jī)器人的吸附方式，每個(gè)鉤爪設(shè)置有多個(gè)微小尖 鉤，鉤取混凝土壁面的微小突起，能有效克服壁面灰塵、墻壁裂縫對(duì)吸附方式的影響，能適 合一般的混凝土墻面，使爬壁機(jī)器人的適應(yīng)范圍更加廣泛。應(yīng)用多個(gè)扭簧和尖鉤與剛性支 架相連，在抓取過(guò)程中，每個(gè)尖鉤均可在扭簧的行程范圍內(nèi)尋找適合的抓取點(diǎn)，一旦在此范 圍沒(méi)有合適的可抓取的突起點(diǎn)，可調(diào)整機(jī)器人的步態(tài)行程使可抓取范圍更大，確保搜索穩(wěn) 定、可靠的抓取位置。2、本發(fā)明機(jī)器人的抓取采用成對(duì)的尖鉤抓取，尖鉤的彎曲方向相對(duì)，在抓取時(shí)形 成一個(gè)合力，在整個(gè)手爪尖鉤與墻壁的突起相互作用過(guò)程中，墻壁的突起作用于微小尖鉤 上的摩擦力的豎直方向分力支撐機(jī)器人自身重量，摩擦力水平方向的分力，指向壁面，此分 力可有效地防止機(jī)器人運(yùn)行過(guò)程中脫離壁面造成事故，使機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)更穩(wěn)定，有效地克服了 墻壁振動(dòng)和高空風(fēng)載等外界擾動(dòng)因素對(duì)機(jī)器人穩(wěn)定性的影響，機(jī)器人上還設(shè)置了剛性支 架，可越過(guò)較大尺寸的障礙，使機(jī)器人遇到裂縫和較大突起時(shí)選擇合適的抓取位置，不會(huì)脫 離壁面。另外，由于存在指向壁面的分力，本機(jī)器人也可用于室內(nèi)頂篷的檢測(cè)工作。3、本發(fā)明的每個(gè)手爪的驅(qū)動(dòng)裝置均由相應(yīng)的套索構(gòu)成，采用套索驅(qū)動(dòng)方式，使驅(qū) 動(dòng)裝置與尖鉤分離，可以任意地改變驅(qū)動(dòng)力的傳遞路徑，從而有效地縮小了鉤爪的體積，使 機(jī)器人結(jié)構(gòu)更加緊湊合理。4、實(shí)施本壁面檢測(cè)機(jī)器人時(shí)，其套索驅(qū)動(dòng)裝置和運(yùn)動(dòng)裝置采用鋰電池的供電方式 而不是有源電纜供電，更適合高空作業(yè)環(huán)境，受風(fēng)力影響較小，整個(gè)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠。


圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是整個(gè)鉤爪模塊示意圖；圖3是本發(fā)明的一組尖鉤對(duì)A-B示意圖；圖4是單個(gè)尖鉤示意圖5是尖鉤對(duì)A-B抓取過(guò)程動(dòng)作示意圖；圖6是驅(qū)動(dòng)裝置示意圖；圖7套索結(jié)構(gòu)示意圖；圖8是單對(duì)尖鉤抓取示意圖1 ；圖9是單對(duì)尖鉤抓取示意圖2 ；圖10是機(jī)器人運(yùn)動(dòng)步態(tài)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)說(shuō)明如圖1所示為本發(fā)明的鉤爪抓取式爬壁機(jī)器人的總體結(jié)構(gòu)圖，包括貼近壁面5的 機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)3以及設(shè)置在機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)3兩端的用于將機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)3吸附在壁 面5的第一抓取鉤爪模塊1、第二抓取鉤爪模塊2和第一驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)帶裝置34，所述的第一抓 取鉤爪模塊1和第二抓取鉤爪模塊2均通過(guò)連接架4與機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)3連接。所述的機(jī) 器人本體結(jié)構(gòu)3至少包括兩套驅(qū)動(dòng)裝置，第一套驅(qū)動(dòng)裝置32和第二套驅(qū)動(dòng)裝置33。所述的 第一套驅(qū)動(dòng)裝置32包括第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)321和第一主動(dòng)軸324，所述的第一主動(dòng)輪軸324與 電機(jī)321的輸出軸之間設(shè)有第一聯(lián)軸器322，在該主動(dòng)輪軸324上還設(shè)置有第一單向離合器 325、第一傳動(dòng)帶輪323、第二單向離合器326、第一套索驅(qū)動(dòng)件327 ；所述的第二套驅(qū)動(dòng)裝置 33包括第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)331和第二主動(dòng)軸334，所述第二主動(dòng)輪軸334與電機(jī)331的輸出軸 之間設(shè)有第二聯(lián)軸器332，在該主動(dòng)輪軸334上還設(shè)置有第三單向離合器335、第二傳動(dòng)帶 輪333、第四單向離合器336、第二套索驅(qū)動(dòng)件337 ；所述的傳動(dòng)帶34設(shè)置在第一單向離合 器325和第三單向離合器335之間。所述的機(jī)器人本體連接架31通過(guò)傳動(dòng)帶34傳遞的動(dòng) 力繞第一主動(dòng)軸324或第二主動(dòng)軸334轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的步態(tài)行走動(dòng)作，所述的第一驅(qū)動(dòng) 電機(jī)321和第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)331均通過(guò)重量較輕的鋰電池或其它電池供電。所述的連接架4包括了第一連接架41和第二連接架42，所述的第一連接架41還 包括了第一連接板411，第二連接板412，第三連接板413 ；所述的第二連接架42包括了第 四連接板421，第五連接板422，第六連接板423 ；所述的第一連接板411與第一抓取鉤爪模 塊1相連，第三連接板413與第一驅(qū)動(dòng)裝置32相接；所述的第四連接板421與第二抓取鉤 爪模塊2相連，第六連接板423與第二驅(qū)動(dòng)裝置33相接。所述的第一抓取鉤爪1或第二抓取鉤爪2均由多個(gè)鉤爪對(duì)(A-B，C-D, E-F)圓周均 勻布于內(nèi)圈支架14上，鉤爪對(duì)的數(shù)量可視壁面情況面定，壁面較粗糙時(shí)，鉤爪對(duì)的數(shù)量可 少些，壁面較光滑時(shí)，所設(shè)置的鉤爪對(duì)數(shù)量應(yīng)多些；所述的抓取鉤爪類(lèi)似于一個(gè)輔條向外伸 展的車(chē)輪，可見(jiàn)示意圖2。所述的一組鉤爪對(duì)A-B包括一組套索傳動(dòng)裝置12、一組剛性支架 13、尖鉤以及與尖鉤連接的扭簧，其中扭簧與套索傳動(dòng)裝置12構(gòu)成第二驅(qū)動(dòng)裝置。圖3為所述的鉤爪對(duì)A-B)的示意圖，包括六個(gè)微型尖鉤，分別為第一微型尖鉤 1101、第二微型尖鉤1102、第三微型尖鉤1103、第四微型尖鉤1104、第五微型尖鉤1105、第 六微型尖鉤1106以及連接各尖鉤的第一扭簧1107、第二扭簧1108、第三扭簧1109、第四 扭簧1110組成；所述的六個(gè)微型尖鉤設(shè)計(jì)成頭部較尖的“2”字形狀，鋼鉤尾部設(shè)有鉸接孔 1112，頂部設(shè)有套索可穿過(guò)的微型小孔1111，可見(jiàn)圖4。所述的套索傳動(dòng)裝置12包括四根套索，分別為第一套索121、第二套索122、第三套索123和第四套索124 ；第一套索121作為尖鉤驅(qū)動(dòng)力的傳輸裝置，包括第一索繩1216， 其上設(shè)置有第一套索牽引件1211，第二套索牽引件1212，第三套索牽引件1213，第一套索 固定件1214，其外設(shè)置有第一索套1215 ；第二套索122作為尖鉤驅(qū)動(dòng)力的傳輸裝置，包括 第二索繩1226，其上設(shè)置有第四套索牽引件1221，第五套索牽引件1222，第六套索牽引件 1223，第二套索固定件1224，其外設(shè)置有第二索套1225，所述的第一套索固定件1214連接 在第三微型尖鉤1103上，第二套索固定件1224連接在第四微型尖鉤1104上；所述的第一 索繩1216和第二索繩1226可拉動(dòng)六個(gè)微型尖鉤，使連接各尖鉤的扭簧發(fā)生變形。所述的 第三套索123和第四套索124通過(guò)第三套索固定件1231和第四套索固定件1241設(shè)置在內(nèi) 圈支架14上，其外分別設(shè)置有第三索套1232和第四索套1242，其第三索繩1233和第四索 繩1243可拉動(dòng)剛性支架的第五支桿135，使關(guān)節(jié)內(nèi)置扭簧發(fā)生變形。所述四根套索的另一 端均與驅(qū)動(dòng)電機(jī)連接。索套可以改變力的傳遞路徑，可將傳遞路徑設(shè)置在抓取手爪的外部， 從而十分方便布置機(jī)器人抓取手爪的結(jié)構(gòu)，使之更緊湊。所述的套索，包括索繩、索套、套索固定件和套索夾緊件。單根套索裝置可見(jiàn)圖7， 以第一套索為例，包括第一索繩1216，第一套索固定件1214，其外設(shè)置有第一索套1215，第 一套索夾緊件1217和第二套索夾緊件1218。所述的剛性支架13為一個(gè)多桿機(jī)構(gòu)焊接而成，包括第一支桿131、第二支桿132、 第三支桿133、第四支桿134、第五支桿135、第一關(guān)節(jié)內(nèi)置扭簧136，所述的第五支桿135和 第一關(guān)節(jié)內(nèi)置扭簧136與內(nèi)圈支架14鉸鏈，所述的第一支桿131與設(shè)置在鉤爪對(duì)11上的 第一扭簧1107和第一鉤爪1101鉸鏈；所述的第四支桿134與設(shè)置在鉤爪對(duì)11上的第二扭 簧1108和第二鉤爪1102鉸鏈。1本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例是，如圖5所示，通過(guò)控制第一套索121和第二套索 122的伸長(zhǎng)，使第一套索牽引件1211，第二套索牽引件1212，第三套索牽引件1213，第四套 索牽引件1221，第五套索牽引件1222和第六套索牽引件1223分別使第一微型尖鉤1101、 第二微型尖鉤1102、第三微型尖鉤1103、第四微型尖鉤1104、第五微型尖鉤1105和第六微 型尖鉤1106放松，通過(guò)第一扭簧1107、第二扭簧1108、第三扭簧1109、第四扭簧1110的扭 力作用依次抓緊粗糙壁面，即控制第一套索可完成吸附壁面動(dòng)作。反之，通過(guò)控制第一套索 121和第二套索122，可使六個(gè)套索牽引件拉動(dòng)六個(gè)微型尖鉤脫離壁面。當(dāng)機(jī)器人鉤爪對(duì)A-Bll未抓取壁面時(shí)，見(jiàn)圖5，所述的六個(gè)套索牽引件與六個(gè)微型 尖鉤上設(shè)置的微型小孔1111均受力接觸；控制第一套索121放松后，距離第一套索固定件 1214或第二套索固定件1224近的尖鉤先抓取壁面突起，距離第一套索固定件1214或第二 套索固定件1224遠(yuǎn)的尖鉤后抓取壁面，即保證六個(gè)微型尖鉤從內(nèi)到外依次完成抓取動(dòng)作。 控制第一套索121和和第二套索122拉緊后，六個(gè)微型尖鉤可從外到內(nèi)依次脫離壁面。本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例是，抓取壁面突起時(shí)，六個(gè)微型尖鉤從內(nèi)到外依次完成 抓取動(dòng)作，使得每個(gè)微型尖鉤在相應(yīng)扭簧的行程內(nèi)均能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的抓取，故微小手爪可貼 附在不同外形的障礙物上，使機(jī)器人的抓取范圍更為廣泛。本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例是，應(yīng)用套索驅(qū)動(dòng)鉤爪，只要固定套索的第一套索固定 件1214，將第一套索夾緊件1217和第二套索夾緊件1218的螺紋旋緊一起固定在第二連接 板412上，即可任意改變索套1215的形狀，從而選擇合適的傳遞路徑。本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例是，當(dāng)遇到較大的不可抓取的障礙時(shí)，可通過(guò)第三套索123和第四套索124，拉動(dòng)鋼性支架的第五支桿135，使鉤爪模塊抬起越過(guò)障礙；之后，控制 第三套索123和第四套索124伸長(zhǎng)，可通過(guò)第一關(guān)節(jié)內(nèi)置扭簧136和第二關(guān)節(jié)內(nèi)置扭簧137 的回復(fù)力作用，使鉤爪模塊繼續(xù)貼近壁面，即第三套索123和第四套索124可驅(qū)動(dòng)整個(gè)剛性 支架脫離和貼近墻面。本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例是，如圖6所示，機(jī)器人包括兩個(gè)動(dòng)力源，第一驅(qū)動(dòng)裝置 32和第二驅(qū)動(dòng)裝置33 ；通過(guò)第一聯(lián)軸器322，設(shè)置在第一驅(qū)動(dòng)裝置32上的電機(jī)321帶動(dòng)第 一主動(dòng)軸324旋轉(zhuǎn)，通過(guò)第二單向離合器326、第一套索驅(qū)動(dòng)件327帶動(dòng)第一套索121和第 二套索122，從而驅(qū)動(dòng)第一抓取鉤爪模塊1抓緊壁面突起；在所述的四個(gè)單向離合器中，第 一單向離合器325和第三單向離合器335為順時(shí)針?lè)较?，第二單向離合器326和第四單向 離合器336為逆時(shí)針?lè)较颍十?dāng)?shù)谝蛔ト°^爪模塊1抓緊壁面時(shí)，電機(jī)331可通過(guò)第二傳動(dòng) 帶輪333、傳動(dòng)帶34和第一傳動(dòng)帶輪323帶動(dòng)機(jī)器人連接架31繞第一主動(dòng)軸324轉(zhuǎn)動(dòng)。通 過(guò)第一驅(qū)動(dòng)裝置32和第二驅(qū)動(dòng)裝置33，交替地控制兩個(gè)抓取鉤爪模塊抓緊壁面和驅(qū)動(dòng)機(jī) 器人連接架31繞非抓取模塊的主動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的爬升動(dòng)作。本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例是，當(dāng)壁面突起51較小時(shí)，單個(gè)尖鉤1101與壁面突起 51的相互作用表現(xiàn)為摩擦力，如圖8和圖9所示，其中Fp F2, F3以及F4均為尖鉤受到的作 用力，另外兩個(gè)分別為上述Fi、F2、F3以及F4在沿著墻壁或套索以及垂直墻壁或套索的兩個(gè) 分力。依靠尖鉤1101與壁面突起51的摩擦力將機(jī)器人吸附在壁面上；當(dāng)壁面突起52較大 時(shí)，單個(gè)尖鉤1101與壁面突起52的相互作用表現(xiàn)為鉤取力，如圖9所示，依靠尖鉤1101與 壁面突起52的鉤取力將機(jī)器人吸附在壁面上。本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例是，通過(guò)第一驅(qū)動(dòng)裝置32和第二驅(qū)動(dòng)裝置33的交替作 用實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的爬升動(dòng)作；見(jiàn)圖10-(a)，第一驅(qū)動(dòng)裝置32驅(qū)動(dòng)第一抓取鉤爪模塊1抓緊壁 面突起，第二驅(qū)動(dòng)裝置33通過(guò)傳動(dòng)帶34和機(jī)器人連接架31帶動(dòng)機(jī)器人本體繞第一主動(dòng)軸 324轉(zhuǎn)動(dòng)至10- (b)的位置，繼而，第二驅(qū)動(dòng)裝置33驅(qū)動(dòng)第二抓取鉤爪模塊2抓緊壁面突起， 第一驅(qū)動(dòng)裝置32通過(guò)傳動(dòng)帶34和機(jī)器人連接架31帶動(dòng)機(jī)器人本體繞第二主動(dòng)軸334轉(zhuǎn) 動(dòng)至lO-(c)的位置，如此反復(fù)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的爬升動(dòng)作?？傊?，上述實(shí)施例所描述的幾種實(shí)施方式，并不代表本發(fā)明所有的實(shí)現(xiàn)方式；以上 實(shí)施例不是對(duì)本機(jī)器人的具體限定，比如，機(jī)器人也可適用于爬升混凝土壁面、房屋頂篷， 電線(xiàn)桿等大曲率曲面等不規(guī)則表面，完成相關(guān)的檢測(cè)維護(hù)工作。在本發(fā)明的實(shí)施例中，樣機(jī) 功率為10W，機(jī)器人自重2kg，可載重1. 5kg攝像頭和磁檢測(cè)設(shè)備，樣機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便， 在工程試驗(yàn)中，工作穩(wěn)定，具有推廣應(yīng)用價(jià)值。
9
權(quán)利要求
一種鉤爪抓取式爬壁機(jī)器人，包括機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)(3)，設(shè)置在機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)(3)上的至少兩個(gè)抓取鉤爪模塊(1、2)以及與所述至少兩個(gè)抓取鉤爪模塊(1、2)連接用于驅(qū)動(dòng)至少兩個(gè)抓取鉤爪模塊(1、2)的第一驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于所述的抓取鉤爪模塊(1、2)包括支架、第二驅(qū)動(dòng)裝置以及設(shè)置在支架上的至少一組鉤爪對(duì)(11)，該鉤爪對(duì)(11)包括至少兩個(gè)成對(duì)的微型尖鉤，該成對(duì)的兩個(gè)微型尖鉤的尖鉤彎曲方向相對(duì)，所述的鉤爪對(duì)(11)在所述的第二驅(qū)動(dòng)裝置的作用下打開(kāi)或抓取。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抓取鉤爪式爬壁機(jī)器人，其特征在于所述的第二驅(qū)動(dòng)裝置 包括與所述的微型尖鉤連接的扭簧以及套索傳動(dòng)裝置(12)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的抓取鉤爪式爬壁機(jī)器人，其特征在于所述的鉤爪對(duì)(11) 包括六個(gè)微型尖鉤，分別為第一微型尖鉤(1101)、第二微型尖鉤(1102)、第三微型尖鉤(1103)、第四微型尖鉤(1104)、第五微型尖鉤(1105)、第六微型尖鉤(1106)以及連接各尖 鉤的第一扭簧(1107)、第二扭簧(1108)、第三扭簧(1109)、第四扭簧(1110)組成；
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的抓取鉤爪式爬壁機(jī)器人，其特征在于所述的六個(gè)微型尖鉤 尾部設(shè)有鉸接孔(1112)，頂部設(shè)套索可穿過(guò)的微型小孔(1111)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的抓取鉤爪式爬壁機(jī)器人，其特征在于所述的套索傳動(dòng)裝置 (12)，包括四根套索，分別為第一套索(121)、第二套索(122)、第三套索(123)和第四套索 (124)；第一套索(121)作為尖鉤驅(qū)動(dòng)力的傳輸裝置，包括第一索繩(1216)，其上設(shè)置有第 一套索牽引件(1211)，第二套索牽引件(1212)，第三套索牽引件(1213)，第一套索固定件 (1214)，其外設(shè)置有第一索套(1215)；第二套索(122)作為尖鉤驅(qū)動(dòng)力的傳輸裝置，包括第 二索繩(1226)，其上設(shè)置有第四套索牽引件(1221)，第五套索牽引件(1222)，第六套索牽 引件(1223)，第二套索固定件(1224)，其外設(shè)置有第二索套(1225)，所述的第一套索固定 件(1214)連接在第三微型尖鉤(1103)上，第二套索固定件(1224)連接在第四微型尖鉤(1104)上；所述的第三套索(123)和第四套索(124)通過(guò)第三套索固定件(1231)和第四 套索固定件(1241)設(shè)置在內(nèi)圈支架(14)上，其外分別設(shè)置有第三索套(1232)和第四索套 (1242)，其第三索繩(1233)和第四索繩(1243)連接在剛性支架的第五支桿(135)上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抓取鉤爪式爬壁機(jī)器人，其特征在于所述的支架包括剛性 支架(13)以及內(nèi)圈支架(14)，所述的剛性支架(13)由多根桿件焊接而成，包括第一支桿 (131)、第二支桿(132)、第三支桿(133)、第四支桿(134)、第五支桿(135)。在兩套剛性支架 上，所述的兩根第五支桿(135)分別與第一關(guān)節(jié)內(nèi)置扭簧(136)和第二關(guān)節(jié)內(nèi)置扭簧(137) 鉸接，且均鉸鏈在內(nèi)圈支架(14)上；所述的第一支桿(131)與設(shè)置在鉤爪對(duì)(11)上的第一 扭簧1107和第一鉤爪1101鉸鏈；所述的第四支桿(134)與設(shè)置在鉤爪對(duì)(11)上的第二扭 簧1108和第二鉤爪1102鉸鏈。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抓取鉤爪式爬壁機(jī)器人，其特征在于所述的機(jī)器人本體結(jié) 構(gòu)(3)包括連接架(4)、機(jī)器人本體連接架(31)、第一驅(qū)動(dòng)裝置32和第二驅(qū)動(dòng)裝置33 ；所述 的連接架(32)與內(nèi)圈支架(14)連接；所述的第一驅(qū)動(dòng)裝置32包括第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)321和第 一主動(dòng)軸324，所述的第一主動(dòng)輪軸324與電機(jī)321的輸出軸之間設(shè)有第一聯(lián)軸器323，在 該主動(dòng)輪軸324上還設(shè)置有第一單向離合器325、第一傳動(dòng)帶輪323、第二單向離合器326、 第一套索驅(qū)動(dòng)件327 ；所述的驅(qū)動(dòng)裝置33包括第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)331和第二主動(dòng)軸334，所述第 二主動(dòng)輪軸334與電機(jī)331的輸出軸之間設(shè)有第二聯(lián)軸器333，在該主動(dòng)輪軸324上還設(shè)置有第三單向離合器335、第二傳動(dòng)帶輪333、第四單向離合器336、第二套索驅(qū)動(dòng)件337 ；所述 的傳動(dòng)帶34設(shè)置在第一單向離合器325和第三單向離合器335之間。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種鉤爪抓取式爬壁機(jī)器人，包括機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)，設(shè)置在機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)上的至少兩個(gè)抓取鉤爪模塊以及與所述至少兩個(gè)抓取鉤爪模塊連接用于驅(qū)動(dòng)至少兩個(gè)抓取鉤爪模塊的第一驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于所述的抓取鉤爪模塊包括支架、第二驅(qū)動(dòng)裝置以及設(shè)置在支架上的至少一組鉤爪對(duì)，該鉤爪對(duì)包括至少兩個(gè)成對(duì)的微型尖鉤，該成對(duì)的兩個(gè)微型尖鉤的尖鉤彎曲方向相對(duì)，所述的鉤爪對(duì)在所述的第二驅(qū)動(dòng)裝置的作用下打開(kāi)或抓取本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理，維修方便，可有較高的爬升速度，可應(yīng)用于大型斜拉橋索塔的檢測(cè)工作，也可用于偏遠(yuǎn)山區(qū)危險(xiǎn)環(huán)境下高架橋墩的壁面檢測(cè)工作。
文檔編號(hào)B62D57/024GK101973321SQ20101029072
公開(kāi)日2011年2月16日 申請(qǐng)日期2010年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月21日
發(fā)明者徐豐羽, 王興松 申請(qǐng)人:東南大學(xué)