包括接頭14，內(nèi)圈氣動人工肌肉15，外圈氣動人工肌肉16 ;所述的接頭14為工字形，接頭14垂直設(shè)有通氣孔21 ;內(nèi)圈氣動人工肌肉15與外圈氣動人工肌肉16呈半圓弧段；
所述的內(nèi)圈氣動人工肌肉15與接頭14拼接形成內(nèi)圈氣動組件，每段內(nèi)圈氣動人工肌肉15之間相互隔斷；外圈氣動人工肌肉16與接頭14拼接形成外圈氣動組件，每段外圈氣動人工肌肉16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6與外卡槽7內(nèi)；接頭14的通氣孔21從聯(lián)接盤5上孔8向外側(cè)延伸。
[0028]鉤爪3成條形，條形的鉤爪3的一端向上彎沿出圓弧段一 17 ;鉤爪3上端面成內(nèi)凹圓弧段二 18 ;條形的鉤爪3的底端設(shè)有勾尖19 ;鉤爪3嵌置在導(dǎo)向盤I上的導(dǎo)向槽12與聯(lián)接盤5內(nèi)滑槽9內(nèi)對齊。
[0029]內(nèi)圈氣動人工肌肉15與鉤爪3上的圓弧段一 17相接觸，外圈氣動人工肌肉16與鉤爪3上的圓弧段二 18相接觸，內(nèi)圈氣動人工肌肉15與外圈氣動人工肌肉16通過氣壓產(chǎn)生橢圓或圓形變形，從而驅(qū)動鉤爪3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。
[0030]懸架4固定聯(lián)接在聯(lián)接盤5的上表面且與導(dǎo)向盤I上的導(dǎo)向槽12和聯(lián)接盤5上的滑槽9相對齊，所述懸架4的兩端分別吊耳；鉤爪3的圓弧段一 17的上端面設(shè)有吊耳，鉤爪3的圓弧段二 18的前端設(shè)有吊耳；鉤爪3上的吊耳與懸架4上的吊耳分別通過通過彈簧一 20與彈簧二 21相互連接。
[0031]如圖11、12所示:氣動人工肌肉通氣后，會產(chǎn)生徑向膨脹，但是由于卡槽的限制作用，只能沿限定的方向變形，在氣動彈簧中通入氣體后膨脹成“橢圓”。
[0032]在相應(yīng)的通氣孔內(nèi)通入高壓氣體，相應(yīng)的氣動人工肌肉會產(chǎn)生膨脹，內(nèi)圈氣動人工肌肉通氣膨脹，驅(qū)動鉤爪向聯(lián)接盤中心運動，實現(xiàn)抓取，氣壓不同抓取力不同，可實現(xiàn)力的控制；外圈氣動人工肌肉通氣膨脹，實現(xiàn)鉤爪的角度調(diào)節(jié)。結(jié)合前副圖，通過控制系統(tǒng)，八個通氣孔中通入不同壓力的氣體，可以分別實現(xiàn)對四個鉤爪的抓取力及抓取角度的控制。
[0033]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。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。
[0034]圖14所示:鉤尖與墻面的局部凸起處的法線間的夾角較大，容易脫離，抓取不穩(wěn)；通過角度調(diào)整鉤尖與法線間的角度較小，容易形成機械自鎖，抓取穩(wěn)定性顯著提升；結(jié)合前面的圖，可以實現(xiàn)對每個鉤爪，抓取力及抓取角度的控制，抓取穩(wěn)定性提升明顯。
[0035]非線性剛度特性曲線:其中F為抓取力，Λ L為彈簧/氣動人工肌肉的變形量，SI表示現(xiàn)有技術(shù)中鉤尖的剛度曲線，S2為表示本申請中鉤尖的剛度特性曲線，具有明顯的非線性剛度特性。S2曲線的前半段，彈簧的剛度很弱，a與al:為鉤尖與墻面凸起特征法向的夾角，其中a為調(diào)整前夾角，al為調(diào)整后。有利于爪尖靈活、快速地找到最佳抓取點；曲線的右半段，彈簧的剛度較大，有利于產(chǎn)生較大的抓取力。由此可見，此變剛度特性能夠兼顧靈活、快速尋找抓取點和產(chǎn)生較大抓取力這兩方面的要求。
【主權(quán)項】
1.一種基于氣動人工肌肉的力、角度可控鉤爪，其特征在于: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。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于氣動人工肌肉的力、角度可控鉤爪，其特征在于:所述的聯(lián)接盤(5)面向?qū)虮P(I)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P(I)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)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于氣動人工肌肉的力、角度可控鉤爪，其特征在于:所述的內(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)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于氣動人工肌肉的力、角度可控鉤爪，其特征在于:所述的導(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。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于氣動人工肌肉的力、角度可控鉤爪，其特征在于:所述的氣動彈簧組件(2)包括接頭(14)，內(nèi)圈氣動人工肌肉(15)，外圈氣動人工肌肉(16);所述的接頭(14)為工字形，接頭(14)垂直設(shè)有通氣孔(21);內(nèi)圈氣動人工肌肉(15)與外圈氣動人工肌肉(16)呈半圓弧段； 所述的內(nèi)圈氣動人工肌肉(15)與接頭(14)拼接形成內(nèi)圈氣動組件，每段內(nèi)圈氣動人工肌肉(15)之間相互隔斷；外圈氣動人工肌肉(16)與接頭(14)拼接形成外圈氣動組件，每段外圈氣動人工肌肉(16)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(6)與外卡槽(7)內(nèi)；接頭(14)的通氣孔(21)從聯(lián)接盤(5)上孔(8)向外側(cè)延伸。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于氣動人工肌肉的力、角度可控鉤爪，其特征在于:所述的鉤爪(3)成條形，條形的鉤爪(3)的一端向上彎沿出圓弧段一(17);鉤爪(3)上端面成內(nèi)凹圓弧段二(18);條形的鉤爪(3)的底端設(shè)有勾尖(19);鉤爪(3)嵌置在導(dǎo)向盤(I)上的導(dǎo)向槽(12)與聯(lián)接盤(5)內(nèi)滑槽(9)內(nèi)對齊。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的基于氣動人工肌肉的力、角度可控鉤爪，其特征在于:所述的內(nèi)圈氣動人工肌肉(15 )與鉤爪(3 )上的圓弧段一(17 )相接觸，外圈氣動人工肌肉(16 )與鉤爪(3)上的圓弧段二(18)相接觸，內(nèi)圈氣動人工肌肉(15)與外圈氣動人工肌肉(16)通過氣壓產(chǎn)生橢圓或圓形變形，從而驅(qū)動鉤爪(3)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。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的基于氣動人工肌肉的力、角度可控鉤爪，其特征在于:所述懸架(4)固定聯(lián)接在聯(lián)接盤(5)的上表面且與導(dǎo)向盤(I)上的導(dǎo)向槽(12)和聯(lián)接盤(5)上的滑槽(9)相對齊，所述懸架(4)的兩端分別吊耳；鉤爪(3)的圓弧段一(17)的上端面設(shè)有吊耳，鉤爪(3)的圓弧段二(18)的前端設(shè)有吊耳；鉤爪(3)上的吊耳與懸架(4)上的吊耳 分別通過通過彈簧一(20)與彈簧二(21)相互連接。
【專利摘要】本發(fā)明涉及高空建筑物粗糙表面爬升機器人的抓取鉤爪，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，屬于智能仿生機器人領(lǐng)域?；跉鈩尤斯ぜ∪獾牧Α⒔嵌瓤煽劂^爪導(dǎo)向盤內(nèi)設(shè)有氣動彈簧組件；鉤爪嵌置在導(dǎo)向盤，鉤爪的上端設(shè)有懸架；氣動彈簧組件置于鉤爪與懸架之間；聯(lián)接盤與導(dǎo)向盤相互蓋合；通過氣動彈簧組件的張合控制鉤爪與懸架的運動。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；每個機構(gòu)之間通入不同壓力的氣體，可以分別實現(xiàn)對鉤爪的抓取力及抓取角度的控制。
【IPC分類】B62D57-024
【公開號】CN104670358
【申請?zhí)枴緾N201510101038
【發(fā)明人】徐豐羽, 胡金龍
【申請人】南京郵電大學(xué)
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2015年3月9日