[发明专利]柔性多爪攀爬机器人

说明书

本发明公开了一种柔性多爪攀爬机器人，包括真空泵、外柔躯干和至少一个两爪机构，当两爪机构的数量超过两个时，相邻两个两爪机构对称设在外柔躯干的两端。两爪机构包括刚性关节和两只外柔手臂；两只外柔手臂的一端均与刚性关节固定连接；每只外柔手臂和每个外柔躯干均包括若干个相互串联的单元模块；每个单元模块均包括内柔性骨架、气管、外柔性层、堵塞机构、形变堵头和堵塞堵头。本发明通过对各个单元模块中若干个形变孔内气体压力的控制，能实现对相应单元模块的拉伸、压缩或弯曲；通过对堵塞机构的吸真空操作，能使堵塞机构由柔性转变为刚性状态，从而能适应复杂杆系中杆体的攀爬。

技术领域

本发明涉及机器人研究领域，特别是一种柔性多爪攀爬机器人。

背景技术

在机器人研究领域，已经不再仅仅要求机器人具有更大负载能力，更大刚度，更高的精度，更要求机器人具有较好的柔性及复杂环境的适应能力。这种对复杂环境的适应性是目前的基于刚体的机器人无法实现的。

对于复杂环境的探索，一直是机器人领域研究的热点。对于像高压输电塔等复杂杆系的攀爬一直都是难点。目前的技术方案大都采用的是基于刚体理论的机器人机构，但是由于其灵活性方面的不足，因此距离取得实际应用还很远。

针对此问题，本发明研发了一种柔性多爪攀爬机构，有望以一种全新的思路和方法解决复杂杆系的攀爬难题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种柔性多爪攀爬机器人，该柔性多爪攀爬机器人对像高压输电塔等复杂杆系具有很强的环境适应能力，通过变刚度原理，既具有较大灵活性，能根据复杂杆系中杆体位置，快速改变自身形状，并与相应杆体相匹配；又具有较大刚性，当与相应杆体相匹配后，通过变刚度，使外柔手臂与杆体实现抓握，使得机器人向上攀爬。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种柔性多爪攀爬机器人，包括真空泵和两爪机构，两爪机构包括刚性关节和两只外柔手臂；两只外柔手臂的一端均与刚性关节固定连接。

每只外柔手臂均包括若干个相互串联的单元模块。

每个单元模块均包括内柔性骨架、气管、外柔性层、堵塞机构、形变堵头和堵塞堵头。

内柔性骨架具有中心通孔，位于中心通孔外周的内柔性骨架上沿周向均布有若干个形变孔。

外柔性层包覆在内柔性骨架的外周。

每个形变孔的两端各密封填充一个形变堵头。

堵塞机构固定在中心通孔内，堵塞机构包括支撑骨架、弹性连接绳索，大球颗粒、小球颗粒、收紧弹簧和密封薄膜。

位于堵塞机构两端的中心通孔内各填充一个堵塞堵头。

支撑骨架为对称结构，支撑骨架的数量为若干个，弹性连接绳索依次从每个支撑骨架的对称中心穿过，且每个支撑骨架均与弹性连接绳索固定连接；弹性连接绳索的两端分别与两个堵塞堵头固定连接。

相邻两个支撑骨架之间均具有容纳腔；大球颗粒以弹性连接绳索为中心，沿周向均布在容纳腔内，且大球颗粒之间均通过收紧弹簧相连接；小球颗粒填充在容纳腔的剩余空间内。

密封薄膜包覆在支撑骨架和小球颗粒的外周。

堵塞机构和每个形变孔内均各设置有一根气管，所有气管均与真空泵相连接。

相邻两个单元模块之间通过共用的堵塞堵头和形变堵头形成固定连接。

通过对各个单元模块中若干个形变孔内气体压力的控制，能实现对相应单元模块的拉伸、压缩或弯曲；通过对堵塞机构的吸真空操作，能使堵塞机构由柔性转变为刚性状态，从而能适应复杂杆系中杆体的攀爬。