[发明专利]一种蛇形机器人

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种机器人，尤其是涉及一种蛇形机器人。

背景技术

架空高压输电路是电能传输的重要介质，它的安全稳定运行直接影响到电力系统的供电质量。高压输电线路长期暴露在野外，受持续机械张力、冰害、舞动、污秽以及材料老化因素的影响，容易出现断股、磨损、腐蚀，给电力供应造成安全隐患。架空高压输电线路自动巡检机器人可以在没有人工干预的情况下实现对输电线路自动巡检，是杜绝线路安全隐患的有效措施。

蛇形机器人是机器人领域一个新的研究方向，因其特殊的结构形式，灵活的控制方法，在医疗探伤、抢险救援、外太空探险等领域应用研究一直很活跃，但针对高压电缆攀爬的蛇形机器人的研究几乎还是空白。将蛇形机器人应用于攀爬高压输电线路的研究思路，最早由日本政法大学的Hideo Nakamura等人提出，他们提出了一种电气列车馈电电缆巡检机器人，但不适合跨越直径和间距较大的障碍物。本发明提出一种全新的高压线路用蛇形机器人技术方案，利用蛇形机器人自由度高度冗余，结构灵活的特点，以适应复杂多变的线路环境，拓展了蛇形机器人的应用范围。

目前，蛇形机器人主要分如下几种类型：地面爬行蛇形机器人、水下游行蛇形机器人、攀爬型蛇形机器人。其中攀爬型蛇形机器人又可以分为内攀爬型和外攀爬型。高压线上缠绕攀爬的蛇形机器人可以看成是外攀爬形蛇形机器人的一种，外攀爬形蛇形机器人的研究相对较少，具有代表性的研究机构有Carnegie Mellon大学choset设计一种可以在光滑竖直玻璃管上爬行的机器人modsnake，以及上海交通大学马培荪团队的机器人它采用的是利用机器人自身的缠绕和翻滚动作实现的。另外，上海交通大学的马培荪团队和华南理工的魏武团队分别对等一种外攀爬蛇形机器人的尺蠖般的蠕动步态进行深入研究.魏武团队将其用于对桥梁缆索的故障检测。上述外攀爬型机器人这两种运动方式都可以实现蛇形机器人在高压输电线缆上的无障碍环境攀爬，自身翻滚步态则很难实现对悬垂线夹的越障攀爬。这两种运行方式，攀爬效率都较低。

由于蛇形机器人机体与外部保持直接接触，因此，不可避免的存在机器人与外部环境的摩擦力。机器人能否能够高效运行，很大程度取决于如何有效的利用外部摩擦力。目前，较多的蛇形机器人采用驱动轮方式提供前进动力，如东京工业大学的hirose团队的ACM-R3和ACM-R4机器人，日本Okayama大学的Tetsushi团队机器人均采用驱动轮的方式提供动力，hirose团队的Souryu型机器人和美国密西根大学omnitread型机器人采用带履带驱动轮提供前进动力；Hirose团队的ACM-R5和ACM-S1型机器人的行走轮采用棘轮方式，借助机体的运动配合使得机器人能够在粗糙地面滑行；卡耐基-梅隆大学的Choset，上海交大的孙洪、马培荪等和华南理工的魏武等直接利用机器人机体与外界的干摩擦借助机体的翻滚或蠕动提供机器人前进动力；挪威科技大学的Liljeback借助机器人于外部凸起障碍的反作用力提供前进动力。韩国Mingu Lee等提出一种带滚动轮的蛇形机器人，模仿机器人腹鳞的逆止功能。

采用行走轮的方式由于需要额外的行走轮动力来源，因此增加了机械系统的复杂程度。另外，行走轮需要存在合适的摩擦接触姿态才能产生有效驱动力，这在外攀爬环境中难以调整到这种姿态。密西根大学采用四周履带包裹的机器人对姿态的要求不严格，但机械系统复杂，很难做到高压线路对机器人体积和重量要求。棘轮方式同样也存在接触姿态要求。韩国Mingu Lee提出的驱动模式存在对线路的伤害，另外驱动设计较为复杂。

发明内容

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种蛇形机器人，其特征在于，包括若干首尾连接的蛇形机器单元，所述蛇形机器单元包括一个鳞片套筒和一个主套筒；设置在主套筒内依次排列的偏转舵机组件、往复平移舵机组件、以及连接有舵盘连接器的回转舵机组件；所述主套筒上固定有若干滚轮组件，所述鳞片套筒内壁与滚轮组件接触，并套在所述主套筒外；所述主套筒上设有一个滑动槽，所述滑动槽内设有一与往复平移舵机组件配接并能在往复平移舵机组件的驱动下在滑动槽内做往复运动的拨叉；所述鳞片套筒与拨叉固定。

本发明创造性的提出一种带鳞片套筒的蛇形机器人，利用鳞片套筒伸缩运动和鳞片对环境摩擦力的方向不一致性，实现机器人缠绕行走和攀爬越障。这种机器人对高压输电线路的缠绕姿态要求低，可以实现对高压输电线路的高效攀爬。