專利名稱：鉤爪抓取式振動(dòng)壁面爬升機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型專利涉及一種鉤爪式粗糙混凝土壁面檢測(cè)機(jī)器人，具體的說(shuō)，是涉及一種用于高空中振動(dòng)的粗糙混凝土墻壁、水刷石墻壁檢測(cè)的爬壁機(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，斜拉橋和危險(xiǎn)高空建筑物在我國(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)用專用的養(yǎng)護(hù)工程車檢測(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，甚至根本無(wú)法接近需要檢查的部位，這種現(xiàn)狀已經(jīng)持續(xù)多年，至今仍未改變。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)用于橋梁索塔和偏遠(yuǎn)山區(qū)高架橋橋墩安全檢測(cè)的自動(dòng)化裝置，成為必然要求。在實(shí)際的工程應(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，此類機(jī)器人較難應(yīng)用于巖石、水刷石的表面。近年來(lái)，通過(guò)研究壁虎、蟑螂等爬行動(dòng)物腳掌的粘性、抓取吸附機(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)的漏氣，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，加之過(guò)往車輛引起索塔的隨機(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)此類振動(dòng)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)方案公布在專利號(hào)為200710072237.0的專利文件中。東南大學(xué)提出了抓取鉤爪的斜拉橋混凝土索塔表面檢測(cè)機(jī)器人，利用一根軟軸驅(qū)動(dòng)微小尖鉤抓取墻壁實(shí)現(xiàn)吸附，其技術(shù)方案公布在專利號(hào)為201110030032.2的專利文件中，當(dāng)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的曲柄和連桿重合時(shí)，產(chǎn)生急回特性，會(huì)引起機(jī)器人的振動(dòng)現(xiàn)象，鉤爪抓取壁面時(shí)，對(duì)軟軸的剛性要求較高，導(dǎo)致機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)、費(fèi)用較高。所提出的鉤爪抓取式爬壁機(jī)器人，應(yīng)用索驅(qū)動(dòng)方式帶動(dòng)鉤爪運(yùn)動(dòng)，其技術(shù)方案公布在專利號(hào)為201010290721.2的專利文件中，本專利的套索驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)本體過(guò)于復(fù)雜，套索和套管較多，套索驅(qū)動(dòng)易受套管的摩擦影響，路徑不確定與壁面突起容易刮擦、干涉，傳動(dòng)特性較難實(shí)現(xiàn)精確控制。[0006]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.Sintov A, Avramovich T, Shapiro A.Design and motion planning of anautonomous climbing robot with claws.Robotics and Autonomous Systems, 2011,59(11): 1008-1019.[0009]2.M.J.Spenko, G.C.Haynes, J.A.Saunders.Biologically InspiredClimbing with a Hexapedal Robot [J].Journal of Field Robotics, 2008, 25(4-5):223 - 242.[0010]3.Asbeck A T, Kim S, Cutkosky M R, Provancher W R, M.Lanzetta.Scalinghard vertical surfaces with compliant microspine array [J].1nternationalJournal of Robotics Research, 2006, 25(12): 1165-1179.[0011]隨著斜拉橋的跨度越來(lái)越大，索塔高度不斷增大，檢測(cè)的安全性受風(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，對(duì)拉索和索塔的檢測(cè)均越來(lái)越困難。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?00810019166.2，200810142308.4，2006101576019.9，200620016413.X)。本實(shí)用新型主要針對(duì)偏遠(yuǎn)危險(xiǎn)的混凝土、水刷石壁面,如斜拉橋橋墩、斜拉橋索塔、偏遠(yuǎn)山區(qū)的高架橋橋墩等高空建筑,設(shè)計(jì)一種新型鉤爪式爬壁機(jī)器人，使鉤爪在抓取墻壁的同時(shí)，對(duì)墻壁的作用力形成了形封閉和力封閉，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。本專利主要針對(duì)粗糙的索塔混凝土壁面設(shè)計(jì)了專用檢測(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。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)以上所提爬壁機(jī)器人不足，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，適合于振動(dòng)的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。本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案:一種鉤爪抓取式振動(dòng)壁面爬升機(jī)器人，包括第一本體結(jié)構(gòu)，第二本體結(jié)構(gòu)以及驅(qū)動(dòng)所述第一本體結(jié)構(gòu)和第二本體結(jié)構(gòu)交替爬升的爬升驅(qū)動(dòng)裝置，所述的第一本體結(jié)構(gòu)上設(shè)置有四個(gè)抓取鉤爪，所述的第二本體結(jié)構(gòu)上也設(shè)置有四個(gè)抓取鉤爪，其特征在于:在所述的第一本體結(jié)構(gòu)上鉸接有第一連接桿和第二連接桿，所述的第一連接桿和第二連接桿的另一端則鉸接在所述的第二本體結(jié)構(gòu)上，所述的第一連接桿、第二連接桿與所述第一本體結(jié)構(gòu)和第二本體結(jié)構(gòu)形成的四個(gè)鉸接點(diǎn)形成一個(gè)平行四邊形，所述的爬升驅(qū)動(dòng)裝置的輸出端連接在所述的第二連接桿上。所述的抓取鉤爪包括一套鉤爪驅(qū)動(dòng)裝置、第一鉤爪盒和第二鉤爪盒，以及設(shè)置在第一鉤爪盒和第二鉤爪盒中的至少三個(gè)微小尖鉤和三個(gè)拉伸彈簧，所述鉤爪驅(qū)動(dòng)裝置包括鉤爪驅(qū)動(dòng)舵機(jī)以及相互嚙合傳動(dòng)的兩個(gè)輸出軸，所述的第一鉤爪盒和第二鉤爪盒均成L型，第一鉤爪盒和第二鉤爪盒的中部分別連接在一個(gè)輸出軸上，第一鉤爪盒和第二鉤爪盒的兩個(gè)自由端分別連接在微小尖鉤的中部和非鉤端；所述的微小尖鉤包括鉤尖和鉤身，應(yīng)用扭簧將鉤尖和鉤身鉸接在一起，在鉤尖和鉤身均設(shè)有使鉤尖和鉤身可在預(yù)設(shè)的微小范圍內(nèi)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的限位槽。所述的爬升驅(qū)動(dòng)裝置包括爬升驅(qū)動(dòng)舵機(jī)，控制電路板，舵機(jī)固定板和舵機(jī)輸出軸，所述的舵機(jī)固定板固定在所述的第二本體結(jié)構(gòu)上，所述的舵機(jī)輸出軸與所述的第二連接桿連接。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，本實(shí)用新型爬壁機(jī)器人具有如下優(yōu)點(diǎn):1、本實(shí)用新型所提出的平行四加形機(jī)構(gòu)實(shí)質(zhì)上是平面鉸鏈四連桿機(jī)構(gòu)的衍生機(jī)械，平面鉸鏈四連桿機(jī)構(gòu)的機(jī)架一般固定，多用于平面?zhèn)鲃?dòng)，其具有運(yùn)行平衡、可靠的優(yōu)點(diǎn)。本實(shí)用新型所提出的四邊形爬升機(jī)構(gòu)，類似于交替變換固定機(jī)架的四連桿機(jī)構(gòu)，使其保留了運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性和可靠性的同時(shí)，成為一個(gè)沿壁面移動(dòng)的平面鉸鏈四連桿機(jī)構(gòu)。由于始終都有一個(gè)連桿“固定”在墻面上，所以本實(shí)用新型所提出的機(jī)構(gòu)比專利號(hào)為201110030032.2(當(dāng)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的曲柄和連桿重合時(shí)，產(chǎn)生急回特性，會(huì)引起機(jī)器人的振動(dòng)現(xiàn)象，鉤爪抓取壁面時(shí)，對(duì)軟軸的剛性要求較高，導(dǎo)致機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)、費(fèi)用較高。)和201010290721.2(套索驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)本體過(guò)于復(fù)雜，套索和套管較多，套索驅(qū)動(dòng)易受套管的摩擦影響，路徑不確定與壁面突起容易刮擦、干涉，傳動(dòng)特性較難實(shí)現(xiàn)精確控制)所述機(jī)器人更為穩(wěn)定、可靠。2、本實(shí)用新型應(yīng)用一個(gè)拉伸彈簧連接鉤爪的微小尖鉤與鉤爪盒，并且每個(gè)微小鉤爪與鉤爪盒通過(guò)鉸鏈連接，鉤尖與鉤身通過(guò)扭簧連接，在抓取過(guò)程中，鉤爪均可在拉伸彈簧的行程范圍內(nèi)，在鉤爪扭簧作用下尋找合適的抓取點(diǎn)。當(dāng)其中一個(gè)微小尖鉤抓到墻壁突起時(shí)，在拉伸彈簧和扭簧的聯(lián)合作用下，保持抓取力的同時(shí)，其它微小尖鉤可繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，以保證每個(gè)尖鉤尋找到可抓取點(diǎn)；一旦在此范圍沒(méi)有搜尋到合適的可抓取的突起點(diǎn)，可通過(guò)四邊形機(jī)構(gòu)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、抓取可靠。3、本實(shí)用新型采用抓取鉤爪作為爬壁機(jī)器人的吸附方式，可完成“抓取”和“掛取”兩種動(dòng)作。每個(gè)鉤爪設(shè)置有多個(gè)微小尖鉤，用于鉤取水刷石或粗糙混凝土壁面的微小突起，能有效克服壁面振動(dòng)、墻面灰塵、墻壁裂縫對(duì)吸附方式穩(wěn)定性能的影響，使爬壁機(jī)器人的適應(yīng)范圍更加廣泛。機(jī)器人的抓取采用成對(duì)的尖鉤完成，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)器人在整個(gè)運(yùn)行過(guò)程中，可采取“抓取”和“掛取”兩種方式，可越過(guò)較大的障礙，適應(yīng)巖石等具有較大的凸起的壁面，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，由于多個(gè)鉤爪均能形成力封閉和形封閉，可提供指向壁面的分力，本機(jī)器人也可信償試應(yīng)用于室內(nèi)頂篷的檢測(cè)工作。4、本實(shí)用新型的每個(gè)手爪的驅(qū)動(dòng)裝置均由相應(yīng)的舵機(jī)，拉伸彈簧和扭簧組成，可很容易的設(shè)置在驅(qū)動(dòng)四邊形的兩條邊上，方便調(diào)整、平衡傾翻力矩，使機(jī)器人爬升更穩(wěn)定。5、實(shí)施本壁面檢測(cè)機(jī)器人時(shí)，其舵機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，檢測(cè)設(shè)備均采用鋰電池的供電方式，而不采用有源電纜供電，更適合高空作業(yè)環(huán)境，使機(jī)器人受風(fēng)力影響較小，運(yùn)行更可靠。
圖1是本實(shí)用新型機(jī)器人的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是整個(gè)鉤爪結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本實(shí)用新型的單個(gè)尖鉤結(jié)構(gòu)；圖4鍵傳動(dòng)示意圖；圖5是單個(gè)尖鉤抓取示意圖；圖6單個(gè)尖鉤可抓取范圍示意圖；圖7機(jī)器人縱向運(yùn)動(dòng)步態(tài)示意圖，其中a起始狀態(tài)，bBC邊向上爬升，cAD邊向上爬升;圖8機(jī)器人橫向運(yùn)動(dòng)步態(tài)示意圖，其中a起始狀態(tài)，bAD邊向上爬升，cBC邊向上爬升，dAD邊爬升，eBC邊向上爬升。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型做詳細(xì)說(shuō)明:如圖1所示為本實(shí)用新型的一種鉤爪抓取式振動(dòng)壁面爬升機(jī)器人，包括機(jī)器人的爬升驅(qū)動(dòng)裝置I，第一本體結(jié)構(gòu)2，第二本體結(jié)構(gòu)3、第一連接桿4、第二連接桿14。其中，爬升驅(qū)動(dòng)裝置1，第一本體結(jié)構(gòu)2，第二本體結(jié)構(gòu)3、第一連接桿4與第二連接桿14組成一個(gè)平行四邊形機(jī)構(gòu)AB⑶。爬升驅(qū)動(dòng)裝置I設(shè)置在該平行四邊形的⑶邊上，第一本體結(jié)構(gòu)2設(shè)置在該平行四邊形的BC邊上，第二本體結(jié)構(gòu)3設(shè)置在該平行四邊形的AD邊上。爬升驅(qū)動(dòng)裝置I上設(shè)置有主驅(qū)動(dòng)電機(jī)11 ;第一本體結(jié)構(gòu)2上設(shè)置有第一抓取鉤爪21，第二抓取鉤爪22，第三抓取鉤爪23，第四抓取鉤爪24;第二本體結(jié)構(gòu)3上設(shè)置有第五抓取鉤爪31，第六抓取鉤爪32，第七抓取鉤爪33，第八抓取鉤爪34。每個(gè)鉤爪包括至少兩個(gè)鉤爪盒，分別為第一鉤爪盒212和第二鉤爪盒213。如圖1所示，爬升驅(qū)動(dòng)裝置I包括驅(qū)動(dòng)舵機(jī)11，控制電路板12，舵機(jī)固定板13和舵機(jī)輸出軸。如圖2所示,所述的八個(gè)鉤爪結(jié)構(gòu)相同，每套鉤爪都包含了一套鉤爪驅(qū)動(dòng)裝置211，兩個(gè)鉤爪盒，第一鉤爪盒212和第二鉤爪盒213，以及設(shè)置在第一鉤爪盒中的至少三個(gè)微小尖鉤和三個(gè)拉伸彈簧，分別為第一微型尖鉤2121、第二微型尖鉤2122、第三微型尖鉤2123，第一拉伸彈簧2124、第二拉伸彈簧2125、第三拉伸彈簧2126(其中2125和2126在平面示意圖中未畫(huà)出)；設(shè)置在第二鉤爪盒中的至少三個(gè)微型尖鉤和和三個(gè)拉伸彈簧，分別為第四微型尖鉤2131、第五微型尖鉤2132、第六微型尖鉤2133，第四拉伸彈簧2134、第五拉伸彈簧2135、第六拉伸彈簧2136 (其中2135和2136在平面示意圖中未畫(huà)出)。該成對(duì)的兩個(gè)微型尖鉤的尖鉤彎曲方向相對(duì)，所述的鉤爪驅(qū)動(dòng)裝置用以將鉤爪打開(kāi)、閉合或抓取。如圖3所示，每個(gè)尖鉤都包括了鉤尖2127和鉤身2129，應(yīng)用扭簧2128將鉤尖和鉤身鉸接在一起，在鉤尖和鉤身均設(shè)有限位槽，使鉤尖和鉤身可在預(yù)設(shè)的微小范圍內(nèi)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。如圖2所示，鉤爪驅(qū)動(dòng)裝置211包括了一個(gè)鉤爪驅(qū)動(dòng)舵機(jī)2111，一個(gè)連軸器2112，第一驅(qū)動(dòng)軸2113，第二驅(qū)動(dòng)軸2114，第一齒輪2115和第二齒輪2116。[0037]如圖5和圖6所示，鉤爪盒212和213設(shè)計(jì)成“L”形?！癓”形鉤爪盒212和213的上端與微型尖鉤2121中部鉸接，“L”形鉤爪盒212和213的右下端通過(guò)拉伸彈簧2124與微小尖鉤2121下端連接。由圖4可見(jiàn)，“L”形鉤爪盒212和213的左下端設(shè)有圓孔2117，并開(kāi)設(shè)鍵槽2118，能過(guò)傳動(dòng)鍵2119與驅(qū)動(dòng)軸2112和2113相連。本實(shí)用新型的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例是，如圖1所示，驅(qū)動(dòng)舵機(jī)11和控制電路板12均設(shè)置在舵機(jī)固定板13上，舵機(jī)輸出軸與平行四邊形的CD邊緊固在一起，通過(guò)舵機(jī)軸的擺動(dòng)行為，驅(qū)動(dòng)四邊行機(jī)構(gòu)沿壁面運(yùn)動(dòng)。本實(shí)用新型的又一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例是，如圖2所示，每套鉤爪都包含了一套鉤爪驅(qū)動(dòng)裝置211，鉤爪驅(qū)動(dòng)舵機(jī)2111通過(guò)連軸器2112與第一驅(qū)動(dòng)軸2113相連，第一鉤爪盒212設(shè)置在第一驅(qū)動(dòng)軸2113上，通過(guò)傳動(dòng)鍵2117將動(dòng)力傳遞給設(shè)置在第一鉤爪盒212中的微小尖鉤。通過(guò)設(shè)置在第一驅(qū)動(dòng)軸2113上的第一齒輪2115和設(shè)置在第二驅(qū)動(dòng)軸2114上的第二齒輪2116，將驅(qū)動(dòng)舵機(jī)2111的動(dòng)力同時(shí)傳遞給第二鉤爪盒213，通過(guò)傳動(dòng)鍵將動(dòng)力傳遞給設(shè)置在第二鉤爪盒213中的微小尖鉤。本實(shí)用新型的再一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例是，如圖5所示，每套鉤爪都包含了兩個(gè)鉤爪盒，第一鉤爪盒212和第二鉤爪盒213。從圖2和圖5中可見(jiàn)，在第一鉤爪盒中設(shè)置有至少三個(gè)微小尖鉤和三個(gè)拉伸彈簧，分別為第一微型尖鉤2121、第二微型尖鉤2122、第三微型尖鉤2123，第一拉伸彈簧2124、第二拉伸彈簧2125、第三拉伸彈簧2126。通過(guò)連軸器2112和第一驅(qū)動(dòng)軸2113，鉤爪驅(qū)動(dòng)舵機(jī)2111驅(qū)動(dòng)第一鉤爪盒212貼近墻壁，在鉤爪驅(qū)動(dòng)舵機(jī)2111的驅(qū)動(dòng)力和第一拉伸彈簧2124、第二拉伸彈簧2125、第三拉伸彈簧2126共同作用下，所述的第一微型尖鉤2121、第二微型尖鉤2122、第三微型尖鉤2123，同時(shí)在墻壁上尋找可抓取點(diǎn)。本實(shí)用新型的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例是，從圖2和圖5中可見(jiàn)，在第二鉤爪盒中設(shè)置有至少三個(gè)微小尖鉤和三個(gè)拉伸彈簧，分別為第四微型尖鉤2131、第五微型尖鉤2132、第六微型尖鉤2133，第四拉伸彈簧2134、第五拉伸彈簧2135、第六拉伸彈簧2136。通過(guò)連軸器2112、第一驅(qū)動(dòng)軸2113、第一齒輪2115、第二齒輪2116和第二驅(qū)動(dòng)軸2114，驅(qū)動(dòng)舵機(jī)2111的動(dòng)力可被傳遞給第二鉤爪盒213，在鉤爪驅(qū)動(dòng)舵機(jī)2111的驅(qū)動(dòng)力和第四拉伸彈簧2134、第五拉伸彈簧2135、第六拉伸彈簧2136共同作用下，所述的第四微型尖鉤2131、第五微型尖鉤2132、第六微型尖鉤2133，同時(shí)在墻壁上尋找可抓取點(diǎn)。本實(shí)用新型的又一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例是，從圖5和圖6中可見(jiàn)，每個(gè)尖鉤均可以在行程為“S”的范圍內(nèi)尋找可抓取點(diǎn)，當(dāng)在一個(gè)行程范圍內(nèi)沒(méi)有搜尋到合適凸起時(shí)，需控制驅(qū)動(dòng)舵機(jī)11，調(diào)整平行四邊形的運(yùn)動(dòng)步態(tài)，在其它的墻壁范圍內(nèi)繼續(xù)抓取爬升。本實(shí)用新型的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例是，從圖3可見(jiàn)，為增加微小尖鉤的柔性，避免當(dāng)一個(gè)尖鉤尋找到可抓取點(diǎn)后，與其它尖鉤成鋼性，互相限制可抓取的位置，所有尖鉤均增加一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，即應(yīng)用扭簧2129將鉤尖2127和鉤身2128，鉤尖和鉤身鉸接在一起，在鉤尖和鉤身均設(shè)有限位槽，使鉤尖和鉤身可在相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)其中一個(gè)鉤尖抓到壁面凸起時(shí)，其扭簧可產(chǎn)生變形，從而其它鉤尖可在壁面上繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，尋找可抓取的墻壁凸起。本實(shí)用新型的再一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例是，從圖6中可見(jiàn)，每個(gè)尖鉤均可以在行程為“S”的范圍內(nèi)尋找可抓取點(diǎn)，當(dāng)在一個(gè)行程范圍內(nèi)沒(méi)有搜尋到合適凸起時(shí)，需控制驅(qū)動(dòng)舵機(jī)11，調(diào)整平行四邊形ABCD的運(yùn)動(dòng)步態(tài)，在其它的墻壁范圍內(nèi)繼續(xù)抓取爬升。本實(shí)用新型的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例是，從圖7可見(jiàn)，當(dāng)機(jī)器人豎直爬升時(shí)，起始狀態(tài)見(jiàn)圖7-a，平行四邊形機(jī)構(gòu)AB⑶分為兩步完成，(I)當(dāng)AD邊，即第五抓取鉤爪31，第六抓取鉤爪32，第七抓取鉤爪33，第八抓取鉤爪34，抓緊壁面時(shí)，BC邊脫離壁面向上運(yùn)動(dòng)，見(jiàn)圖7-b ；(2)隨后，BC邊，即第一抓取鉤爪21，第二抓取鉤爪22，第三抓取鉤爪23，第四抓取鉤爪24，抓緊壁面，AD邊脫離壁面向上運(yùn)動(dòng)，見(jiàn)圖7-c，完成豎直爬升運(yùn)動(dòng)。本實(shí)用新型的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例是，從圖8可見(jiàn)，當(dāng)機(jī)器人橫向爬行時(shí)，平行四邊形機(jī)構(gòu)AB⑶分為四步完成，(I)首先，BC邊，即第一抓取鉤爪21，第二抓取鉤爪22，第三抓取鉤爪23，第四抓取鉤爪24，抓緊壁面，AD邊脫離壁面向上運(yùn)動(dòng)，見(jiàn)圖8-b ; (2)隨后，AD邊，即第五抓取鉤爪31，第六抓取鉤爪32，第七抓取鉤爪33，第八抓取鉤爪34，抓緊壁面時(shí)，BC邊脫離壁面向上運(yùn)動(dòng)，見(jiàn)圖8-c ; (3)接下來(lái)，BC邊，即第一抓取鉤爪21，第二抓取鉤爪22，第三抓取鉤爪23，第四抓取鉤爪24，抓緊壁面，AD邊脫離壁面向上運(yùn)動(dòng)，見(jiàn)圖8-d ;(4)最后，AD邊，即第五抓取鉤爪31，第六抓取鉤爪32，第七抓取鉤爪33，第八抓取鉤爪34，抓緊壁面，BC邊脫離壁面向上運(yùn)動(dòng)，見(jiàn)圖8-e。經(jīng)過(guò)以上四步，機(jī)器人完成橫向爬升運(yùn)動(dòng)?？傊?，上述實(shí)施例所描述的幾種實(shí)施方式，并不代表本實(shí)用新型所有的實(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、水刷石壁面、房屋頂篷，電線桿和巖石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。
權(quán)利要求1.一種鉤爪抓取式振動(dòng)壁面爬升機(jī)器人，包括第一本體結(jié)構(gòu)(2)，第二本體結(jié)構(gòu)(3)以及驅(qū)動(dòng)所述第一本體結(jié)構(gòu)(2)和第二本體結(jié)構(gòu)(3)交替爬升的爬升驅(qū)動(dòng)裝置(1)，所述的第一本體結(jié)構(gòu)上設(shè)置有四個(gè)抓取鉤爪(21，22，23，24)，所述的第二本體結(jié)構(gòu)上也設(shè)置有四個(gè)抓取鉤爪(31，32，33，34)，其特征在于:在所述的第一本體結(jié)構(gòu)(2)上鉸接有第一連接桿(4)和第二連接桿(14)，所述的第一連接桿和第二連接桿的另一端則鉸接在所述的第二本體結(jié)構(gòu)(3)上，所述的第一連接桿(4)、第二連接桿(14)與所述第一本體結(jié)構(gòu)(2)和第二本體結(jié)構(gòu)(3)形成的四個(gè)鉸接點(diǎn)形成一個(gè)平行四邊形，所述的爬升驅(qū)動(dòng)裝置的輸出端連接在所述的第二連接桿(14)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉤爪抓取式振動(dòng)壁面爬升機(jī)器人，其特征在于:所述的抓取鉤爪包括一套鉤爪驅(qū)動(dòng)裝置(211)、第一鉤爪盒(212)和第二鉤爪盒(213)，以及設(shè)置在第一鉤爪盒和第二鉤爪盒中的至少三個(gè)微小尖鉤和三個(gè)拉伸彈簧，所述鉤爪驅(qū)動(dòng)裝置(211)包括鉤爪驅(qū)動(dòng)舵機(jī)(2111)以及相互嚙合傳動(dòng)的兩個(gè)輸出軸，所述的第一鉤爪盒(212)和第二鉤爪盒(213)均成L型，第一鉤爪盒(212)和第二鉤爪盒(213)的中部分別連接在一個(gè)輸出軸上，第一鉤爪盒(212)和第二鉤爪盒(213)的兩個(gè)自由端分別連接在微小尖鉤的中部和非鉤端；所述的微小尖鉤包括鉤尖(2127 )和鉤身(2129 )，應(yīng)用扭簧(2128 )將鉤尖和鉤身鉸接在一起，在鉤尖和鉤身均設(shè)有使鉤尖和鉤身可在預(yù)設(shè)的微小范圍內(nèi)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的限位槽。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉤爪抓取式振動(dòng)壁面爬升機(jī)器人，其特征在于:所述的爬升驅(qū)動(dòng)裝置(I)包括爬升驅(qū)動(dòng)舵機(jī)(11)，控制電路板(12 )，舵機(jī)固定板(13 )和舵機(jī)輸出軸，所述的舵機(jī)固定板(13)固定在所述的第二本體結(jié)構(gòu)(3)上，所述的舵機(jī)輸出軸與所述的第二連接桿(14)連接。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種鉤爪抓取式振動(dòng)壁面爬升機(jī)器人，包括第一本體結(jié)構(gòu)，第二本體結(jié)構(gòu)以及驅(qū)動(dòng)第一本體結(jié)構(gòu)和第二本體結(jié)構(gòu)交替爬升的爬升驅(qū)動(dòng)裝置，第一本體結(jié)構(gòu)上設(shè)置有四個(gè)抓取鉤爪，第二本體結(jié)構(gòu)上也設(shè)置有四個(gè)抓取鉤爪，在第一本體結(jié)構(gòu)上鉸接有第一連接桿和第二連接桿，第一連接桿和第二連接桿的另一端則鉸接在第二本體結(jié)構(gòu)上，第一連接桿、第二連接桿與所述第一本體結(jié)構(gòu)和第二本體結(jié)構(gòu)形成的四個(gè)鉸接點(diǎn)形成一個(gè)平行四邊形，爬升驅(qū)動(dòng)裝置的輸出端連接在所述的第二連接桿上。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)B62D57/024GK202966473SQ20122066681
公開(kāi)日2013年6月5日 申請(qǐng)日期2012年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月6日
發(fā)明者徐豐羽, 蔣國(guó)平 申請(qǐng)人:南京郵電大學(xué)