钩爪抓取式振动壁面爬升机器人制造技术

本发明专利技术公开了一种钩爪抓取式振动壁面爬升机器人，包括第一本体结构，第二本体结构以及驱动第一本体结构和第二本体结构交替爬升的爬升驱动装置，第一本体结构上设置有四个抓取钩爪，第二本体结构上也设置有四个抓取钩爪，在第一本体结构上铰接有第一连接杆和第二连接杆，第一连接杆和第二连接杆的另一端则铰接在第二本体结构上，第一连接杆、第二连接杆与所述第一本体结构和第二本体结构形成的四个铰接点形成一个平行四边形，爬升驱动装置的输出端连接在所述的第二连接杆上。发明专利技术结构简单合理，维修方便，可有较高的爬升速度，可应用于大型斜拉桥索塔的检测工作，也可用于偏远山区危险环境下高架桥墩的壁面检测工作。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术专利涉及一种钩爪式粗糙混凝土壁面检测机器人，具体的说，是涉及一种用于高空中振动的粗糙混凝土墙壁、水刷石墙壁检测的爬壁机器人，属于机器人

技术介绍
随着我国交通事业的迅速发展，斜拉桥和危险高空建筑物在我国已经得到了广泛的应用。在组成斜拉桥的三部分(索塔、拉索和主梁)中，除主梁可应用专用的养护工程车检测外，高达几百米的索塔和斜拉索都存在一个难以检查的现实，桥梁养护工程师很难近距离观察他们的每一处，甚至根本无法接近需要检查的部位，这种现状已经持续多年，至今仍未改变。随着更大跨度桥梁的不断出现，人工检测的周期将更长、危险性更高、难度更大，开发用于桥梁索塔和偏远山区高架桥桥墩安全检测的自动化装置，成为必然要求。在实际的工程应用中，爬壁机器人应具有吸附和移动两大基本功能，目前的吸附方式主要有磁吸附、真空吸附、负压吸附和仿生粘性吸附等方式。磁吸附方式吸力较大，噪音小，控制也比较方便，但要求壁面为导磁材料；真空和负压吸附方式不受壁面材料限制，但当壁面存在较大裂缝、凹凸不平时，吸盘容易发生气体泄漏现象，导致吸附力不足，此类机器人较难应用于岩石、水刷石的表面。近年来，通过研究壁虎、蟑螂等爬行动物脚掌的粘性、抓取吸附机理，国内外学者研制出高分子合成的粘性吸附材料，这些材料利用分子之间的范德华力，在很小的接触面积上就可获得较大的吸附力，具有吸附力与表面材料特性无关的优点，但目前这些材料存在受壁面灰尘影响较大，加工较困难，使用寿命较短，使用一定次数之后就失去粘性等缺点，仍要进一步研究。由于混凝土墙壁的裂缝容易导致吸盘的漏气，表面不确定的灰尘对仿生粘结剂吸附有较大影响，传统的吸附方式难以满足在带有裂缝的混凝土、水刷石、砖块和岩石等多孔或粗糙的表面上爬升的要求。特别是斜拉桥索塔和偏远山区的高架桥桥墩，表面积灰严重，受高空风载影响较大，加之过往车辆引起索塔的随机振动，导致机器人爬升时随索塔一起振动，这对机器人的吸附装置提出了更高的要求。针对此类振动壁面的特殊性，哈尔滨工程大学所提出的钩爪式爬壁机器人，利用钩刺挂附于粗糙墙壁表面通过对手臂伸缩实现爬行，其技术方案公布在专利号为200710072237.0的专利文件中。东南大学提出了抓取钩爪的斜拉桥混凝土索塔表面检测机器人，利用一根软轴驱动微小尖钩抓取墙壁实现吸附，其技术方案公布在专利号为201110030032. 2的专利文件中，当曲柄滑块机构的曲柄和连杆重合时，产生急回特性，会引起机器人的振动现象，钩爪抓取壁面时，对软轴的刚性要求较高，导致机器人本体结构、费用较高。所提出的钩爪抓取式爬壁机器人，应用索驱动方式带动钩爪运动，其技术方案公布在专利号为201010290721. 2的专利文件中，本专利的套索驱动机构本体过于复杂，套索和套管较多，套索驱动易受套管的摩擦影响，路径不确定与壁面突起容易刮擦、干涉，传动特性较难实现精确控制。南京航空航天大学的仿生结构与材料防护研究所，还对大黄蜂、甲虫等昆虫脚爪的微结构与其生存环境表面形貌进行了研究，设计了仿生脚掌，其脚爪前端的尖爪能钩到粗糙壁面上的凹凸点，将机器人挂在墙壁上，实现爬升动作。另外，国外也有一些关于钩爪式爬壁机器人的报道，如1.Sintov A, Avramovich Tj Shapiro A. Design and motion planning of anautonomous climbing robot with claws. Robotics and Autonomous Systems, 2011，59(11) : 1008-1019. 2.M. J. Spenkoj G. C. Haynes, J. A. Saunders. Biologically InspiredClimbing with a Hexapedal Robot [J]. Journal of Field Robotics, 2008， 25(4-5):223 - 242. 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. 随着斜拉桥的跨度越来越大，索塔高度不断增大，检测的安全性受风振的影也响越来越大，以苏通大桥为例，其索塔高达300m，对拉索和索塔的检测均越来越困难。针对斜拉桥拉索的检测工作，本课题组已经申请过多种检测机器人(申请号为200810019166.2，200810142308. 4，2006101576019. 9,200620016413. X)。本专利技术主要针对偏远危险的混凝土、水刷石壁面,如斜拉桥桥墩、斜拉桥索塔、偏远山区的高架桥桥墩等高空建筑,设计一种新型钩爪式爬壁机器人，使钩爪在抓取墙壁的同时，对墙壁的作用力形成了形封闭和力封闭，壁面的粗糙突起提供给机器人一个指向壁面的“吸力”，增加了壁面对机器人的约束，有效地克服了高空风载，壁面振动对机器人爬升性能的影响。本专利主要针对粗糙的索塔混凝土壁面设计了专用检测机构，机构同样实用于高架桥桥墩，普通建筑的混凝土壁面的检测工作。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对以上所提爬壁机器人不足，应用微小钩爪抓取墙壁粗糙物的吸附方案，提出一种结构简单，适合于振动的斜拉桥索塔和高架桥桥墩的高空作业壁面检测机器人。本专利技术采用如下技术方案一种钩爪抓取式振动壁面爬升机器人，包括第一本体结构，第二本体结构以及驱动所述第一本体结构和第二本体结构交替爬升的爬升驱动装置，所述的第一本体结构上设置有四个抓取钩爪，所述的第二本体结构上也设置有四个抓取钩爪，其特征在于在所述的第一本体结构上铰接有第一连接杆和第二连接杆，所述的第一连接杆和第二连接杆的另一端则铰接在所述的第二本体结构上，所述的第一连接杆、第二连接杆与所述第一本体结构和第二本体结构形成的四个铰接点形成一个平行四边形，所述的爬升驱动装置的输出端连接在所述的第二连接杆上。所述的抓取钩爪包括一套钩爪驱动装置、第一钩爪盒和第二钩爪盒，以及设置在第一钩爪盒和第二钩爪盒中的至少三个微小尖钩和三个拉伸弹簧，所述钩爪驱动装置包括钩爪驱动舵机以及相互啮合传动 的两个输出轴，所述的第一钩爪盒和第二钩爪盒均成L型，第一钩爪盒和第二钩爪盒的中部分别连接在一个输出轴上，第一钩爪盒和第二钩爪盒的两个自由端分别连接在微小尖钩的中部和非钩端；所述的微小尖钩包括钩尖和钩身，应用扭簧将钩尖和钩身铰接在一起，在钩尖和钩身均设有使钩尖和钩身可在预设的微小范围内相对转动的限位槽。所述的爬升驱动装置包括爬升驱动舵机，控制电路板，舵机固定板和舵机输出轴，所述的舵机固定板固定在所述的第二本体结构上，所述的舵机输出轴与所述的第二连接杆连接。所述的机器人本体连接架上还设有锂电池，壁面检测仪器等。与现有技术相比，本专利技术爬壁机器人具有如下优点1、本专利技术所提出的平行四加形机构实质上是平面铰链四连杆机构的衍生机械，平面铰链四连杆机构的机架一般固定，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钩爪抓取式振动壁面爬升机器人，包括第一本体结构（2），第二本体结构（3）以及驱动所述第一本体结构（2）和第二本体结构（3）交替爬升的爬升驱动装置（1），所述的第一本体结构上设置有四个抓取钩爪（21，22，23，24），所述的第二本体结构上也设置有四个抓取钩爪（31，32，33，34），其特征在于：在所述的第一本体结构（2）上铰接有第一连接杆（4）和第二连接杆（14），所述的第一连接杆和第二连接杆的另一端则铰接在所述的第二本体结构（3）上，所述的第一连接杆（4）、第二连接杆（14）与所述第一本体结构（2）和第二本体结构（3）形成的四个铰接点形成一个平行四边形，所述的爬升驱动装置的输出端连接在所述的第二连接杆（14）上。

【技术特征摘要】
1.一种钩爪抓取式振动壁面爬升机器人，包括第一本体结构(2)，第二本体结构(3)以及驱动所述第一本体结构(2)和第二本体结构(3)交替爬升的爬升驱动装置(1)，所述的第一本体结构上设置有四个抓取钩爪(21，22，23，24)，所述的第二本体结构上也设置有四个抓取钩爪(31，32，33，34)，其特征在于在所述的第一本体结构(2)上铰接有第一连接杆(4)和第二连接杆(14)，所述的第一连接杆和第二连接杆的另一端则铰接在所述的第二本体结构(3)上，所述的第一连接杆(4)、第二连接杆(14)与所述第一本体结构(2)和第二本体结构(3)形成的四个铰接点形成一个平行四边形，所述的爬升驱动装置的输出端连接在所述的第二连接杆(14)上。2.根据权利要求1所述的钩爪抓取式振动壁面爬升机器人，其特征在于所述的抓取钩爪包括一套钩爪驱动装置(211)、第一钩爪盒(212)和第二钩爪盒(213)，以及设置在第一钩...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐丰羽，蒋国平，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：