本發(fā)明屬于仿人機器人技術領域，涉及一種模擬人爬桿的機器人結構和控制系統(tǒng)。

背景技術：

隨著城市的發(fā)展，高層建筑和高空桿狀城市建筑如電線桿、電線電纜、天然氣管道、路燈桿、橋拉索等越來越多，這些建筑的噴漆、清洗、維護工作主要依靠人工“蜘蛛俠”完成和大型設備，對于工人來說不但工作效率低、勞動強度大、危險，而且清洗使用的化學對工人身體也有一定程度的傷害，大型設備則受工作場地范圍和資金的限制，因此需要一款能夠在桿體和繩索上爬行的機器人。

中國專利201220172033.0、201410656160.1、201510556898.5、201520834209.8、201510492046.4、201520939589.1、201610698791.9、201610007351.4均采用電機驅動爬桿機器人。

中國專利201420188928.2、201410672757.5均采用氣缸作為驅動元件設計了爬桿機器人。

電機頻繁正反轉容易燒，剛性較大、并且在易燃易爆地區(qū)不宜使用，液壓缸和氣缸的同樣存在剛性太大的缺點，容易運動過程中剛性的碰撞導致?lián)p壞。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對上述現(xiàn)有的技術缺陷，提供了一種基于氣動肌肉仿人爬桿機器人，不但可以具有剛性的桿還可以爬柔性的繩索，本發(fā)明結構緊湊，干凈、防爆等。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術方案是：

一種基于氣動肌肉仿人爬桿機器人，其包括：上端抓緊機構1、提升機構3、多桿伸縮機構4、下端抓緊機構5，所述的提升機構3的兩端以及所述的多桿伸縮機構4的兩端均分別與所述的上端抓緊機構1和所述的下端抓緊機構5相連，所述的爬桿機器人為左右對稱的結構。

進一步的，所述的桿可替換為繩、電纜、天然氣管道、路燈桿、橋拉索等細長類物件。

更進一步的，所述的上端抓緊機構1包括上端抓緊板一8、上端抓緊板二9、氣動肌肉五38、氣動肌肉六39，所述的上端抓緊板一8和所述的上端抓緊板二9的一端有缺口，兩個所述的上端抓緊板有缺口的一端相對放置，使兩個缺口組成供被爬桿穿過的孔，所述的氣動肌肉五38和所述的氣動肌肉六39前后設置，其兩端均分別與所述的上端抓緊板一8、上端抓緊板二9可轉動連接；

所述的下端抓緊機構5包括下端抓緊板一6、下端抓緊板二11、氣動肌肉七51、氣動肌肉八52，所述的下端抓緊機構5各部件的連接關系與所述的上端抓緊機構1相同；

所述的多桿伸縮機構4為左右對稱結構，以右半部分為例介紹其結構：

其包括伸縮桿四18、伸縮桿五24、支撐板26，所述的伸縮桿四18兩端分別與所述的支撐板26和所述的上端抓緊板二9可轉動連接；

所述的伸縮桿五24兩端分別與所述的支撐板26和所述的下端抓緊板二11可轉動連接；

所述的多桿伸縮機構4還包括氣動肌肉三12和氣動肌肉四17，所述的氣動肌肉三12和氣動肌肉四17前后布置，其兩端均與所述的支撐板26可轉動連接；

所述的提升機構3包括氣動肌肉一7和氣動肌肉二10，所述的氣動肌肉一7和氣動肌肉二10左右布置，所述的氣動肌肉一7兩端分別與所述的上端抓緊板一8和所述的下端抓緊板一6可轉動連接，所述的氣動肌肉二10兩端分別與所述的上端抓緊板二9和所述的下端抓緊板二11可轉動連接。

一種控制上述基于氣動肌肉仿人爬桿機器人的系統(tǒng)，該系統(tǒng)還包括計算機40、plc41、消聲器42、消聲罐43、開關閥44、氣動三聯(lián)體45、保壓罐46、行程開關47、48、49、50；

所述的氣動三聯(lián)體45、所述的保壓罐46、所述的開關閥44的進氣閥、所述的氣動肌肉、所述的開關閥的出氣閥、所述的消聲罐43、所述的消聲器42順次連接，所述的行程開關安裝在所述的上端抓緊板9、所述的支撐板26和所述的下端抓緊板11上；所述的plc的輸入接口與所述的行程開關相連，所述的plc41的輸出接口與開關閥44的輸入接口相連，所述的計算機連接所述的plc41。

本發(fā)明的有益效果是：

1.本發(fā)明利用多根柔性氣動肌肉與四桿機構配合，能夠實現(xiàn)系統(tǒng)的上升和下降，取代僅僅能以電機、液壓缸、氣缸等剛性原件驅動實現(xiàn)上升和下降的傳統(tǒng)觀點；

2.本發(fā)明利用氣動肌肉驅動具有較大的功率/質量比、質量輕、剛性小、結構緊湊等優(yōu)點；

3.本發(fā)明既可以用于爬剛性的桿狀物體，又可以爬柔性的繩索，可以實現(xiàn)上升和下降動作的自由切換。

附圖說明

圖1是氣動肌肉爬桿機器人結構圖；

圖2是提升機構爆炸圖；

圖3是多桿伸縮機構一爆炸圖；

圖4是氣動肌肉安裝配件爆炸圖；

圖5是多桿伸縮機構二爆炸圖；

圖6是上端抓緊機構爆炸圖；

圖7是氣動系統(tǒng)工作原理圖；

圖中：上端抓緊機構1、被爬桿2、提升機構3、多桿伸縮機構4、下端抓緊機構5、下端抓緊板一6、氣動肌肉一7、上端抓緊板一8、上端抓緊板二9、氣動肌肉二10、下端抓緊板二11、氣動肌肉三12、左右伸縮氣動肌肉安裝配件一13、伸縮桿一14、伸縮桿二15、伸縮桿三16、氣動肌肉四17、伸縮桿四18、左右伸縮氣動肌肉安裝配件二19、m4螺帽20、螺柱21、左右伸縮氣動肌肉安裝板22、m6螺栓一23、伸縮桿五24、m6螺栓二25、支撐板26、m6螺栓三27、m6螺栓四28、支撐座一29、m3螺栓一30、支撐座二31、m3螺栓二32、支撐座三33、支撐座四34、m3螺栓三35、m6螺栓四36、氣動肌肉安裝板一37、氣動肌肉五38、氣動肌肉六39、計算機40、plc41、消聲器42、消聲罐43、開關閥44、氣動三聯(lián)體45、保壓罐46、行程開關一47、行程開關二48、行程開關三49、行程開關四50、氣動肌肉七51、氣動肌肉八52。

具體實施方式

如圖1、2、3、4、5、6、7所示，本發(fā)明基于氣動肌肉仿人爬桿機器人系統(tǒng)包括：上端抓緊機構1、被爬桿2、提升機構3、多桿伸縮機構4、下端抓緊機構5、下端抓緊板一6、氣動肌肉一7、上端抓緊板一8、上端抓緊板二9、氣動肌肉二10、下端抓緊板二11、氣動肌肉三12、左右伸縮氣動肌肉安裝配件一13、伸縮桿一14、伸縮桿二15、伸縮桿三16、氣動肌肉四17、伸縮桿四18、左右伸縮氣動肌肉安裝配件二19、m4螺帽20、螺柱21、左右伸縮氣動肌肉安裝板22、m6螺栓一23、伸縮桿五24、m6螺栓二25、支撐板26、m6螺栓三27、m6螺栓四28、支撐座一29、m3螺栓一30、支撐座二31、m3螺栓二32、支撐座三33、支撐座四34、m3螺栓三35、m6螺栓四36、氣動肌肉安裝板一37、氣動肌肉五38、氣動肌肉六39、計算機40、plc41、消聲器42、消聲罐43、開關閥44、氣動三聯(lián)體45、保壓罐46、行程開關一47、行程開關二48、行程開關三49、行程開關四50、氣動肌肉七51、氣動肌肉八52。氣動肌肉爬桿機器人主要包括上端抓緊機構1、提升機構3、多桿伸縮機構4、下端抓緊機構5共四個部分。

其中，氣動肌肉一7兩端分別連接下端抓緊板一6、上端抓緊板一8，氣動肌肉二10兩端分別連接上端抓緊板二9、下端抓緊板二11，氣動肌肉一7和氣動肌肉二10帶動上端抓緊板一8、上端抓緊板二9下降或者下端抓緊板一6、下端抓緊板二11上升。

以伸縮桿一14、伸縮桿二15、伸縮桿三16、伸縮桿四18為例說明多桿伸縮機構4左右伸縮構件的固定和連接方式，如圖3所示，氣動肌肉三12、氣動肌肉四17兩端分別連接左右伸縮氣動肌肉安裝配件一13、左右伸縮氣動肌肉安裝配件二19，驅動伸縮桿一14、伸縮桿二15、伸縮桿三16、伸縮桿四18實現(xiàn)左右收縮，進一步驅動上端抓緊板一8、上端抓緊板二9下降或者下端抓緊板一6、下端抓緊板二11上升。

以左右伸縮氣動肌肉安裝配件一13為例說明左右伸縮氣動肌肉安裝配件一13、左右伸縮氣動肌肉安裝配件二19的組成，如圖4所示，其包括m4螺帽20、螺柱21、左右伸縮氣動肌肉安裝板22。螺柱21一端通過m4螺帽20與伸縮桿一14、伸縮桿二15、伸縮桿三16、伸縮桿四18連接，另一端通過螺紋與左右伸縮氣動肌肉安裝板22連接，左右伸縮氣動肌肉安裝板22通過螺紋與氣動肌肉三12、氣動肌肉四17連接。

以伸縮桿四18、伸縮桿五24、支撐板26為例說明多桿伸縮機構4上下蠕動伸縮構件的固定和連接方式，如圖5所示，支撐座一29一端通過m3螺栓一30與上端抓緊板二9連接，另一端通過m6螺栓四28與伸縮桿四18連接；支撐座二31一端通過m6螺栓三27與伸縮桿四18連接，另一端通過m3螺栓二32與支撐板26連接；支撐座三33一端通過m3螺栓二32與支撐板26連接，另一端通過m6螺栓二25與伸縮桿五24連接；支撐座四34一端通過m6螺栓一23與伸縮桿五24連接，另一端通過m3螺栓三35與下端抓緊板二11連接。

以上端抓緊機構1為例說明上端抓緊機構1、下端抓緊機構5的固定和連接方式，如圖6所示，氣動肌肉安裝板一37一端通過m6螺栓四36與上端抓緊板一8連接，另一端通過螺紋與氣動肌肉五38、氣動肌肉六39連接。

基于氣動肌肉仿人爬桿機器人控制系統(tǒng)工作原理，如圖7所示，氣動三聯(lián)體45的出氣口連接保壓罐46的進氣口，保壓罐46的出氣口連接開關閥44進氣閥的進氣口，開關閥44進氣閥的出氣口分別連接氣動肌肉一7、氣動肌肉二10、氣動肌肉三12、氣動肌肉四17、氣動肌肉五38、氣動肌肉六39、氣動肌肉七51、氣動肌肉八52的進氣口，開關閥44出氣閥的出氣口一起連接消聲罐43的進氣口、消聲罐43的出氣口連接消聲器42，plc41的輸入接口分別與行程開關一47、行程開關二48、行程開關三49、行程開關四50相連，plc41的輸出接口與開關閥44的輸入接口相連，plc41與計算機40相連，行程開關一47、行程開關二48、行程開關三49、行程開關四50分別安裝在下端抓緊板11、支撐板26、上端抓緊板9、下端抓緊板11上。

本發(fā)明的工作過程如下：

在爬升過程中，將氣動三聯(lián)體45的進氣口連接氣源，氣體通過氣動三聯(lián)體45的出氣口進入保壓罐46，打開計算機34和gxdeveloper編寫的控制程序，把gxdeveloper編寫的控制程序下載到plc41，然后打開vc++編寫的控制程序，點擊上升按鈕，一開始plc41輸出的開關量控制開關閥44給氣動肌肉五38、氣動肌肉六39充氣，氣動肌肉五38、氣動肌肉六39拉伸，夾緊被爬桿2，行程開關三49輸出開關量給plc41輸入接口；首先plc41輸出的開關量控制開關閥44給氣動肌肉一7、氣動肌肉二10充氣，氣動肌肉一7、氣動肌肉二10收縮，實現(xiàn)系統(tǒng)的第一次整體爬升，行程開關一47輸出開關量給plc41輸入接口；接著plc41輸出的開關量控制開關閥44給氣動肌肉七51、氣動肌肉八52充氣，氣動肌肉七51、氣動肌肉八52拉伸，夾緊被爬桿2，行程開關四50輸出開關量給plc41輸入接口；然后plc41輸出的開關量控制開關閥44給氣動肌肉五38、氣動肌肉六39放氣，氣動肌肉五38、氣動肌肉六39恢復到初始不充氣的狀態(tài)，行程開關三49輸出開關量給plc41輸入接口；再然后plc41輸出的開關量控制開關閥44給氣動肌肉三12、氣動肌肉四17，氣動肌肉三12、氣動肌肉四17收縮，實現(xiàn)多桿伸縮機構4的提升，行程開關二48輸出開關量給plc41輸入接口；最后plc41輸出的開關量控制開關閥44給氣動肌肉五38、氣動肌肉六39充氣，氣動肌肉五38、氣動肌肉六39拉伸，夾緊被爬桿2，行程開關三49輸出開關量給plc41輸入接口；plc41輸出的開關量控制開關閥44給氣動肌肉七51、氣動肌肉八52充氣，氣動肌肉七51、氣動肌肉八52收縮，恢復到初始不充氣的狀態(tài)，行程開關四50輸出開關量給plc41輸入接口；如此循環(huán)。

在下降過程中，將氣動三聯(lián)體45的進氣口連接氣源，氣體通過氣動三聯(lián)體45的出氣口進入保壓罐46，打開計算機34和gxdeveloper編寫的控制程序，把gxdeveloper編寫的控制程序下載到plc41，然后打開vc++編寫的控制程序，點擊下降按鈕，一開始plc41輸出的開關量控制開關閥44給氣動肌肉七51、氣動肌肉八52充氣，氣動肌肉七51、氣動肌肉八52收縮，系統(tǒng)依靠自身的重力下降，行程開關四50輸出開關量給plc41輸入接口；首先plc41輸出的開關量控制開關閥44給氣動肌肉五38、氣動肌肉六39充氣，氣動肌肉五38、氣動肌肉六39拉伸，夾緊被爬桿2，行程開關三49輸出開關量給plc41輸入接口；接著plc41輸出的開關量控制開關閥44給氣動肌肉七51、氣動肌肉八52放氣，氣動肌肉七51、氣動肌肉八52收縮，恢復到初始不充氣的狀態(tài)，行程開關四50輸出開關量給plc41輸入接口，然后plc41輸出的開關量控制開關閥44給氣動肌肉三12、氣動肌肉四17，氣動肌肉三12、氣動肌肉四17收縮，實現(xiàn)多桿伸縮機構4的下降，行程開關二48輸出開關量給plc41輸入接口；再然后plc41輸出的開關量控制開關閥44給氣動肌肉五38、氣動肌肉六39充氣，氣動肌肉五38、氣動肌肉六39拉伸，夾緊被爬桿2，行程開關三49輸出開關量給plc41輸入接口；最后plc41輸出的開關量控制開關閥44給氣動肌肉五38、氣動肌肉六39放氣，氣動肌肉五38、氣動肌肉六39恢復到初始不充氣的狀態(tài)，行程開關三49輸出開關量給plc41輸入接口；如此循環(huán)。

所述的桿可替換為繩、電纜、天然氣管道、路燈桿、橋拉索等細長類物件。

本發(fā)明，通過控制各模擬人體肌肉的氣動肌肉，實現(xiàn)仿人爬桿機器人的控制，可以動態(tài)形象的模擬人爬桿的動作，本發(fā)明擁有其他氣動肌肉仿人爬桿機器人無法比擬的優(yōu)勢。

以上所述的實施例，只是本發(fā)明較優(yōu)選的具體實施方式中的一種，本領域的技術人員在本發(fā)明技術方案范圍內(nèi)進行的通常變化和替換都應包含在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。