一種基于氣動人工肌肉的力、角度可控鉤爪的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及高空建筑物粗糙表面爬升機(jī)器人的抓取鉤爪(如粗糙混凝土壁面，懸崖壁面，水刷石壁面)，尤其涉及一種能夠穩(wěn)定、有效實現(xiàn)對高空建筑物壁面抓取的角度可控的變剛度鉤爪，屬于智能仿生機(jī)器人領(lǐng)域。
[0002]
【背景技術(shù)】
[0003]目前，爬升機(jī)器人已經(jīng)廣泛應(yīng)用于光滑壁面的檢測工作，但對于以粗糙混凝土、方磚和巖石為材料的灰塵較多、處于小幅低頻振動的高空壁面，尚未出現(xiàn)較好的吸附方法。近年來，國內(nèi)的高空建筑事故屢見不鮮，如2007年湖南鳳凰橋橋梁坍塌事故，2007年常州公路橋坍塌，2012年哈爾濱陽明攤大橋斷裂，2013年河南義昌大橋坍塌事故，等等。因此，對高空建筑物進(jìn)行定期檢測具有重要意義，人工檢測的周期長，危險性極高，難度大，開發(fā)出專用的高空建筑物檢測機(jī)器人取代人工檢測工作成為必然要求。
[0004]與常規(guī)磁吸附、真空、負(fù)壓吸附方式不同，本專利所提出的機(jī)器人與粗糙墻面的吸附方式是通過鉤爪對墻面的抓取動作實現(xiàn)的，其作用原理與蟑螂、大黃蜂、甲蟲等攀爬墻面的原理基本相同，鉤爪相當(dāng)于小動物的腳爪。鉤爪與墻面的抓取力及穩(wěn)定性受到鉤爪自身結(jié)構(gòu)、墻面的表面狀態(tài)、外部擾動載荷等諸多方面因素的影響，作用機(jī)理極其復(fù)雜。鉤爪式吸附方式作為高空建筑物攀爬機(jī)器人的最核心的技術(shù)，對機(jī)器人實現(xiàn)穩(wěn)定、高效、安全的攀爬作業(yè)具有決定性作用。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)中存在以下不足:
1、不能夠?qū)崿F(xiàn)抓取角度的控制:在機(jī)器人實際爬墻的過程中，鉤尖與墻面間的角度對抓取穩(wěn)定性具有決定性影響。鉤尖與墻面間的角度與墻面的粗糙度，表面材料，表面潮濕程度等諸多因素相關(guān)，在機(jī)器人爬升過程中，需要對抓取角度進(jìn)行實時調(diào)整；
2、整個機(jī)構(gòu)僅有一個驅(qū)動機(jī)構(gòu)，不能夠?qū)崿F(xiàn)分別對每個鉤尖的抓取動作和抓取力的精確控制，對抓取穩(wěn)定性不利。
[0006]3、結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，部件太多，制造裝配困難，抓取力小。
[0007]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明針對上述不足提供了一種基于氣動人工肌肉的力、角度可控鉤爪。
[0009]本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
本發(fā)明所述的基于氣動人工肌肉的力、角度可控鉤爪，包括導(dǎo)向盤，氣動彈簧組件，鉤爪，懸架，聯(lián)接盤；所述的聯(lián)接盤與導(dǎo)向盤相互對齊蓋合，導(dǎo)向盤與聯(lián)接盤內(nèi)設(shè)有氣動彈簧組件；鉤爪的上部安裝懸架；鉤爪與懸架嵌置在對齊的聯(lián)接盤與導(dǎo)向盤內(nèi)；鉤爪與懸架之間穿插氣動彈簧組件；通過氣動彈簧組件的膨脹與收縮控制鉤爪與懸架的運動。
[0010]本發(fā)明所述的基于氣動人工肌肉的力、角度可控鉤爪，所述的聯(lián)接盤面向?qū)虮P的端面內(nèi)設(shè)有內(nèi)卡槽，內(nèi)卡槽外側(cè)同軸設(shè)有外卡槽；聯(lián)接盤面向?qū)虮P的端面上還沿徑向均布設(shè)有若干個滑槽與固定槽；內(nèi)卡槽與外卡槽內(nèi)布置若干個孔；聯(lián)接盤的中心設(shè)置有中心孔。
[0011]本發(fā)明所述的基于氣動人工肌肉的力、角度可控鉤爪，所述的內(nèi)卡槽與外卡槽為環(huán)形；外卡槽的直徑大于內(nèi)卡槽的直徑；滑槽成十字形排列且穿過內(nèi)卡槽與外卡槽；十字形的滑槽之間設(shè)有固定槽。
[0012]本發(fā)明所述的基于氣動人工肌肉的力、角度可控鉤爪，所述的導(dǎo)向盤上設(shè)有若干個導(dǎo)向槽與若干個下卡槽；若干個導(dǎo)向槽沿徑向排列；下卡槽位于聯(lián)接盤的邊緣處，成半圓弧形；下卡槽與導(dǎo)向槽相互交錯；導(dǎo)向盤內(nèi)的導(dǎo)向槽、下卡槽分別與聯(lián)接盤上的滑槽、夕卜卡槽對齊。
[0013]本發(fā)明所述的基于氣動人工肌肉的力、角度可控鉤爪，所述的氣動彈簧組件包括接頭，內(nèi)圈氣動人工肌肉，外圈氣動人工肌肉；所述的接頭為工字形，接頭垂直設(shè)有通氣孔；內(nèi)圈氣動人工肌肉與外圈氣動人工肌肉呈半圓弧段；
所述的內(nèi)圈氣動人工肌肉與接頭拼接形成內(nèi)圈氣動組件，每段內(nèi)圈氣動人工肌肉之間相互隔斷；外圈氣動人工肌肉與接頭拼接形成外圈氣動組件，每段外圈氣動人工肌肉之間相互隔斷；內(nèi)圈氣動組件與外圈氣動組件之間相互隔斷，內(nèi)圈氣動組件與外圈氣動組件放置于內(nèi)卡槽與外卡槽內(nèi)；接頭的通氣孔從聯(lián)接盤上孔向外側(cè)延伸。
[0014]本發(fā)明所述的基于氣動人工肌肉的力、角度可控鉤爪，所述的鉤爪成條形，條形的鉤爪的一端向上彎沿出圓弧段一；鉤爪上端面成內(nèi)凹圓弧段二 ；條形的鉤爪的底端設(shè)有勾尖；鉤爪嵌置在導(dǎo)向盤上的導(dǎo)向槽與聯(lián)接盤內(nèi)滑槽內(nèi)對齊。
[0015]本發(fā)明所述的基于氣動人工肌肉的力、角度可控鉤爪，所述的內(nèi)圈氣動人工肌肉與鉤爪上的圓弧段一相接觸，外圈氣動人工肌肉與鉤爪上的圓弧段二相接觸，內(nèi)圈氣動人工肌肉與外圈氣動人工肌肉通過氣壓產(chǎn)生橢圓或圓形變形，從而驅(qū)動鉤爪的沿徑向的平動和擺動從而實現(xiàn)抓取力和抓取角度的控制。
[0016]本發(fā)明所述的基于氣動人工肌肉的力、角度可控鉤爪，所述懸架固定聯(lián)接在聯(lián)接盤的上表面且與導(dǎo)向盤上的導(dǎo)向槽和聯(lián)接盤上的滑槽相對齊，所述懸架的兩端分別吊耳；鉤爪的圓弧段一的上端面設(shè)有吊耳，鉤爪的圓弧段二的前端設(shè)有吊耳；鉤爪上的吊耳與懸架上的吊耳分別通過通過彈簧一與彈簧二相互連接。
[0017]有益效果
本發(fā)明提供的基于氣動人工肌肉的力、角度可控鉤爪能夠?qū)崿F(xiàn)角度抓取，抓取性能穩(wěn)定；總共八個通氣孔分別通入不同的氣體壓力可以實現(xiàn)對內(nèi)圈四個、外圈四個(共八個)氣體人工肌肉分別進(jìn)行驅(qū)動，其中外圈四個氣體人工肌肉分別控制抓取角度，內(nèi)圈四個氣體人工彈簧分別實現(xiàn)對抓取力的控制。
[0018]本發(fā)明的基于氣動人工肌肉的力、角度可控鉤爪結(jié)構(gòu)較簡單，裝配制造難度低，氣動人工肌肉是通過氣壓驅(qū)動產(chǎn)生徑向膨脹驅(qū)動鉤爪的，氣動人工彈簧內(nèi)通入高壓氣體后由于卡槽的體積限制作用按照特定的方向作“定向”膨脹，可以提供更大的抓取力。
[0019]【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)部分剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是本發(fā)明的聯(lián)接盤結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4是本發(fā)明的聯(lián)接盤剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5是本發(fā)明的導(dǎo)向盤結(jié)構(gòu)示意圖；
圖6是本發(fā)明的導(dǎo)向盤剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
圖7是本發(fā)明的氣動彈簧組件結(jié)構(gòu)示意圖；
圖8是本發(fā)明的彈簧組件安裝于連接盤示意圖；
圖9是本發(fā)明的鉤爪結(jié)構(gòu)示意圖；
圖10是本發(fā)明的內(nèi)部截面機(jī)構(gòu)示意圖；
圖11是本發(fā)明內(nèi)圈膨脹鉤爪運動示意圖；
圖12是本發(fā)明外圈膨脹鉤爪運動示意圖；
圖13是本發(fā)明的鉤尖角度調(diào)整前控制與調(diào)整示意圖；
圖14是本發(fā)明的另一種鉤尖角度調(diào)整后的控制與調(diào)整示意圖。
[0021]圖15是本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)的剛度特性曲線對比圖。
[0022]
【具體實施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明:
如圖所示:一種基于氣動人工肌肉的力、角度可控鉤爪，包括導(dǎo)向盤1，氣動彈簧組件2，鉤爪3，懸架4，聯(lián)接盤5 ;所述的聯(lián)接盤5與導(dǎo)向盤I相互對齊蓋合，導(dǎo)向盤I與聯(lián)接盤5內(nèi)設(shè)有氣動彈簧組件2 ;鉤爪3的上部安裝懸架4 ;鉤爪3與懸架4嵌置在對齊的聯(lián)接盤5與導(dǎo)向盤I內(nèi)；鉤爪3與懸架4之間穿插氣動彈簧組件2 ;通過氣動彈簧組件2的膨脹與收縮控制鉤爪3與懸架4的運動。
[0024]聯(lián)接盤5面向?qū)虮PI的端面內(nèi)設(shè)有內(nèi)卡槽6,內(nèi)卡槽6外側(cè)同軸設(shè)有外卡槽7 ；聯(lián)接盤5面向?qū)虮PI的端面上還沿徑向均布設(shè)有若干個滑槽9與固定槽10 ;內(nèi)卡槽6與外卡槽7內(nèi)布置若干個孔8 ;聯(lián)接盤5的中心設(shè)置有中心孔11。
[0025]內(nèi)卡槽6與外卡槽7為環(huán)形；外卡槽7的直徑大于內(nèi)卡槽6的直徑；滑槽9成十字形排列且穿過內(nèi)卡槽6與外卡槽7 ;十字形的滑槽9之間設(shè)有固定槽10。
[0026]導(dǎo)向盤I上設(shè)有若干個導(dǎo)向槽12與若干個下卡槽13 ;若干個導(dǎo)向槽12沿徑向排列；下卡槽13位于聯(lián)接盤5的邊緣處，成半圓弧形；下卡槽13與導(dǎo)向槽12相互交錯；導(dǎo)向盤I內(nèi)的導(dǎo)向槽12、下卡槽13分別與聯(lián)接盤5上的滑槽9、外卡槽7對齊。
[0027]氣動彈簧組件2