[发明专利]一种仿生可伸缩有源钩刺式履带攀附机构

说明书

本发明公开了一种仿生可伸缩有源钩刺式履带攀附机构，包括骨架板、电机组件、转筒、定滑轮组件、导轨组件、推板、连杆、大带轮、小带轮、镂空履带和钩刺单元。相比于现有技术，本发明通过模仿猫科动物脚掌钩刺的伸缩运动原理，设计出基于曲柄滑块方式的尖刺推动运动机构，配合阵列布置在镂空履带上的可伸缩尖刺，再与本体机械连接，以一定角度前行，能够提供更大的攀附力。

技术领域

本发明涉及攀附机构技术领域，特别是涉及一种仿生可伸缩有源钩刺式履带攀附机构。

背景技术

表面攀爬机器人系统在大型设施表面检测、表面清理、表面涂覆、重大设施的故障诊断、故障预警、状态维护等方面具有重要的应用前景，是代替工作人员在复杂、危险、狭窄、污染等环境中完成作业任务的重要工具。在自然/人工环境中，建筑设施和重大装备的表面材料性质不同、表面形貌各异、环境湿度有别、表面附着物(紧致/松散、粘黏性、湿滑性等)状态纷繁复杂，给攀爬机器人的稳定可靠攀附和移动作业，提出了很大的技术挑战。

针对固体表面攀附移动机器人系统，国内外已经开展了较多研究。以往针对平整表面攀爬任务，关于仿壁虎机器人的研究受到关注(如斯坦福大学的“黏虫”Stickybot和南京航空航天大学授权公告号CN105128971A)，但是仿壁虎脚掌需要具备自清洁能力，给仿生机器人设计制造和应用带来一定困难；关于在一般粗糙固体表面的攀爬任务，仿猫科动物脚掌结构的研究较多，但是已有仿生可伸缩机构设计通常采用气动方式，并基于微机械系统制造工艺，结构复杂、制造困难，同时这类勾爪式攀附机构通常用于多腿仿生攀爬机器人系统，机器人的运动灵活性和攀爬运动效率不高。

发明内容

本发明的目的是提供一种仿生可伸缩有源钩刺式履带攀附机构，通过模仿猫科动物脚掌钩刺的伸缩运动原理，改善钩刺式攀附机构的运动效率、提高履带式移动机器人系统的攀附力稳定性和带载移动能力。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明公开了一种仿生可伸缩有源钩刺式履带攀附机构，包括骨架板、电机组件、转筒、定滑轮组件、导轨组件、推板、连杆、大带轮、小带轮、镂空履带和钩刺单元；

所述电机组件固定安装于所述骨架板上；所述转筒与所述电机组件相连，所述电机组件驱动所述转筒旋转；所述定滑轮组件安装于所述骨架板上，且位于所述导轨组件的两侧，所述导轨组件的上部边缘嵌入所述定滑轮组件的轮槽内，所述定滑轮组件用于使所述导轨组件做直线运动；所述推板安装于所述导轨组件的下部；所述连杆的一端与所述转筒转动连接，所述连杆的另一端与所述推板转动连接；所述大带轮与所述小带轮转动安装于所述骨架板上，所述大带轮位于所述骨架板的攀附侧；所述镂空履带套在所述大带轮、所述小带轮形成的整体结构的外侧；所述钩刺单元位于所述镂空履带的内侧，所述钩刺单元包括推动件、固定件、尖刺、压缩弹簧和空心铆钉，所述固定件固定于所述镂空履带上，所述固定件套设于所述推动件外侧，所述尖刺的一端与所述推动件固定相连，所述尖刺的另一端穿过所述空心铆钉，所述压缩弹簧套设于所述尖刺外侧且两端分别与所述空心铆钉、所述推动件相连；在所述电机组件的驱动下，所述连杆能够推动所述导轨组件向攀附侧运动或远离攀附侧，所述导轨组件能够将所述推动件与所述尖刺向外推出，使所述尖刺伸出所述镂空履带，所述导轨组件收回时，所述尖刺收回所述镂空履带内侧。

优选地，所述钩刺单元还包括微型轴承和固定轴，所述固定轴固定于所述推动件的靠近所述导轨组件的一端，所述微型轴承安装于所述固定轴上，所述微型轴承用于和所述导轨组件滚动接触。

优选地，所述尖刺为短跑鞋钉，所述尖刺与所述推动件螺纹连接。

优选地，所述定滑轮组件呈矩形分布。

优选地，还包括约束板，所述约束板固定于所述导轨组件的上部，所述导轨组件沿直线运动时具有两个极限位置，在两个极限位置均通过所述约束板与所述定滑轮组件的接触对所述导轨组件限位。