[发明专利]一种柔性仿生的气动爬壁机器人

说明书

本发明公开了一种柔性仿生的气动爬壁机器人，涉及机器人技术领域。该爬壁机器人包括位于头部的转向柔性机构、位于尾部的直行仿生机构以及吸附机构。爬壁机器人在行进运动时，可分为直线行进模式和转弯行进模式。通过对柔性关节的控制可以实现爬壁机器人的转弯动作，使得爬壁机器人在转弯行进模式下具有良好的柔顺性和灵活性；基于仿生学原理设计了气缸驱动仿生关节，使得爬壁机器人的直线行进运动与尺蠖爬行前进的运动原理相似，因此爬壁机器人在直线行进模式下具有很强的仿生性，对爬壁环境的适应能力更强。

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种柔性仿生的气动爬壁机器人。

背景技术

爬壁机器人是一种能够在倾斜或垂直壁面进行移动作业的特种机器人，通常应用于高空风叶检测、船体喷涂与检测、高层建筑玻璃清洗、工业大型储罐检测、外太空作业以及反恐救援等极限环境，从而避免了人工作业的危险性。

目前的爬壁机器人根据移动方式的不同可分为轮式、履带式、足式以及混合形式，依据吸附方式的不同又可分为负压吸附、磁吸附、真空吸附以及其它吸附形式。单一的轮式或履带式运动机构移动速度快但适应曲面能力有限，单一的足式爬壁机器人的综合攀爬能力和灵活性强但移动速度慢。负压吸附爬壁机器人适应能力较强，对壁面的平整度要求不高，但吸附力有限；磁吸附爬壁机器人能够产生可观的吸附力，但只适用于导磁壁面；真空吸附爬壁机器人适用于较为平整的壁面，应用相对较广，技术最为成熟。

随着爬壁机器人技术的不断发展，人们对爬壁机器人的功能性、灵活性等提出了更高的要求。仿生机器人具有灵活性强、柔顺性好等优点，将生物仿生学应用于爬壁机器人的结构优化，是提高爬壁机器人运动性能的一个重要研究方向。

发明内容

本发明为解决当前爬壁机器人因结构特点而存在的或适应能力有限、或移动速度有限、且缺乏仿生机器人所具有的灵活性和柔顺性等不足，而提供的一种柔性仿生的气动爬壁机器人。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

一种柔性仿生的气动爬壁机器人，其特征在于：包括位于头部的转向柔性机构、位于尾部的直行仿生机构以及吸附机构；

转向柔性机构，包括前后平行设置的前横梁和后横梁，于前、后横梁之间设有柔性关节；所述柔性关节具有间隔且呈镜像设置的两组，所述柔性关节的前端与前横梁活动连接，后端与后横梁固定，每一柔性关节由一气动系统单独控制，通过每一柔性关节变形后直线长度的改变，分别用于驱动前横梁向左转向和向右转向；

直行仿生机构，包括导行杆、连接轴、支撑臂和直行气缸；所述导行杆与转向柔性机构位于同一爬行面内，其前端固定于后横梁的中部，其后端沿其长度开设有第二调节长孔；所述连接轴包括平行设置的前轴体和后轴体，所述前轴体与导行杆的前端固定，所述后轴体位于第二调节长孔内，且后轴体的中部截面呈与第二调节长孔相匹配的矩形，所述前轴体和后轴体的两端均等长延伸至导行杆的两侧；所述支撑臂包括呈夹角设置的前支臂和后支臂，所述前支臂与后支臂的上端铰接，且于二者之间固定有用于驱动二者夹角复位缩小的第二弹簧体，所述前支臂和后支臂的下端分别与前轴体和后轴体可转动连接；所述直行气缸连接有气动系统，用于驱动两支撑臂夹角改变；

吸附机构，与爬行面垂直设置，包括至少固定于前横梁两端的第一吸盘、固定于前轴体或后横梁两端的第二吸盘、以及固定于后轴体两端的第三吸盘，每一组吸盘连接有一独立控制的真空吸附系统。

进一步的技术方案在于：每一所述柔性关节包括前连接件、后连接件、板弹簧和转向气缸；所述前连接件呈钝角结构，其开口朝内设置，于前连接件的前端开设有第一调节长孔，所述第一调节长孔与前横梁通过竖直设置的第一轴体活动连接；所述后连接件与后横梁固定；所述板弹簧的两端分别与前连接件和后连接件固定；所述转向气缸连接有气动系统，其两端借助L形的支座固定于板弹簧的外侧，所述转向气缸与支座铰接，且转向气缸与板弹簧之间具有空间。