[实用新型]粗糙壁面攀爬机器人的抓取手爪机构

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种粗糙壁面攀爬机器人的抓取手爪机构，属于智能仿生机器人领域。

背景技术

目前，爬升机器人已经广泛应用于光滑壁面的检测工作，但对于存在不规则的凹凸裂缝的壁面，如粗糙混凝土、方砖和岩石为材料的灰尘较多、处于小幅低频振动的高空壁面，尚未出现较好的吸附方法。近年来，国内的建筑事故屡见不鲜，如2007年湖南凤凰桥桥梁坍塌事故，2007年常州公路桥坍塌，2012年哈尔滨阳明摊大桥断裂，2013年河南义昌大桥坍塌事故，等等。因此，对高空建筑物进行定期检测具有重要意义，由于人工检测的周期长，危险性高，难度大，开发专用的高空建筑物检测机器人取代人工检测工作成为必然要求。

机器人与粗糙墙面的附着是通过抓取机构的抓取动作实现的，其作用原理与蟑螂、大黄蜂、甲虫等攀爬墙面的原理基本相同，钩爪相当于小动物的脚爪。钩爪与墙面的抓取力及稳定性受到抓取机构、钩爪结构、墙壁的表面状态、外部扰动载荷等诸多因素的影响，作用机理较为复杂。抓取机构作为高空建筑物攀爬机器人的核心的技术，对机器人实现稳定、高效、安全的攀爬作业具有决定性作用。

针对此类壁面的特殊性，哈尔滨工程大学所提出的钩爪式爬壁机器人，利用倒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。根据该专利文件记载内容，可知：1、该机器人在墙面攀爬时，钩子（14）与墙面凹凸之间相互作用，仅能够产生沿墙面方向竖直向上的作用力，该作用力与机器人自身重力平衡，通过该力平衡状态能够实现竖直方向的攀爬。由于无法建立其他方向的力平衡状态，所以机器人在墙面的横向、转向等攀爬动作难以实现，其适应范围有限；2、该机构是通过钩子（14）“挂在”墙面上的，并未与墙面间形成稳定的抓取状态，因此其与墙面间的“黏附”作用稳定性不高，容易与墙面脱落，引发安全事故。

针对斜拉桥索塔表面的检测工作，应用套索驱动多个微型尖钩抓取壁面，设计了钩爪抓取式爬壁机器人，技术方案公布在专利号为201010290721.2的实用新型专利中，本设计的每个钩爪均设有多个微型尖钩，其抓取稳定，但应用了多根套索传递动力，结构较为复杂。

实用新型内容

本实用新型针对现有吸附方式的不足，从结构仿生角度出发，通过对蟑螂、大黄蜂、甲虫等小动物脚爪结构和运动特征的研究，设计了一种应用微小钩爪抓取墙壁粗糙突起的抓取机构，作为爬升机器人的吸附方式。1、钩爪与墙面间能够建立沿墙面各个方向的力平衡状态，该机构不仅可以做简单的竖直方向的攀爬动作，同时还能够完成横向、转向等复杂的攀爬动作，甚至可以像壁虎一样实现与墙面呈180°的棚顶表面的攀爬动作，适用性较强；2、该机构能够与墙面间建立起稳定的抓取状态，与墙面间的“黏附”作用稳定，具有较高的可靠性和安全性；3、本实用新型的抓取机构采用单个驱动机构即可实现“抓取”和“松开”两个动作，极大地简化了抓取机构，减轻了重量。本实用新型能够适应更为复杂的工作环境，如斜拉桥索塔和高架桥桥墩的高空作业壁面检测机器人，克服了壁面灰尘、裂缝和凹坑、高空风载和壁面振动对机器人爬升性能的影响，具有更广的应用范围。

为实现以上的技术目的，本实用新型将采取以下的技术方案：

一种粗糙壁面攀爬机器人的抓取手爪机构，包括底座、驱动机构以及与驱动机构的动力输出端连接的钩爪机构，所述的钩爪机构至少为一个，所述驱动机构包括驱动电机、往复直线移动机构以及柔性绳驱动机构，所述的驱动电机固定安装在底座上；每一个钩爪机构均配置一个柔性绳驱动机构，而每一个柔性绳驱动机构则配装一个柔性绳张紧机构；所述驱动电机的动力输出端经过往复直线移动机构分别与各柔性绳驱动机构连接，各柔性绳驱动机构的动力输出端则与相应的钩爪机构连接；柔性绳张紧机构一端与往复直线移动机构的动力输出端连接，另一端则与底座可旋转连接，且柔性绳张紧机构的可旋转端设置有导向座；所述钩爪机构的连接头可滑动地安装在导向座中。

作为本实用新型的进一步改进，所述往复直线移动机构为丝杠机构，包括丝杠以及与丝杠螺纹配合连接的驱动盘；丝杠与驱动电机的动力输出端连接，各柔性绳驱动机构以及相应的柔性绳张紧机构则分别与驱动盘固定连接。

作为本实用新型的进一步改进，所述柔性绳驱动机构包括柔性绳，所述柔性绳的一端通过第二弹簧与驱动盘连接，而柔性绳的另一端则与钩爪机构连接。