[发明专利]一种刚柔耦合的攀爬机器人

说明书

本发明公开了一种刚柔耦合的攀爬机器人，包括至少两个用于环抱于被攀爬物的环形气囊、一一对应固定于两环形气囊一端的两个环抱滚轮驱动模块、一一对应固定于两环抱滚轮驱动模块的两个伸缩滚轮驱动模块和连接于两伸缩滚轮驱动模块之间的长条形气囊；环抱滚轮驱动模块设有使穿过其的环形气囊相对移动的辊子对Ⅰ；伸缩滚轮驱动模块设有使穿过其的长条形气囊相对移动的辊子对Ⅱ；本发明采用模块化设计与刚柔耦合原理，通过具有一定形状的气囊设计环抱机构与伸缩机构实现机器人的总体设计，由于充气气囊具有的一定刚度，可在一定程度上提升机器人的负载能力，同时减小机器人体积，实现便携设计，通过气囊的长短组合实现不同杆径与形状杆状物的适应。

技术领域

本发明专利涉及机器人研究领域尤其是攀爬机器人领域，具体涉及一种可用于杆状物攀爬，对管道、电缆等进行检测与检修的便携式模块化刚柔耦合攀爬机器人。

背景技术

管道、线缆、桁架的检修与操作对人而言都是困难且高危的任务，采用攀爬机器人代替人工作业在安全性、稳定性及精确性等方面具有明显优势。

20世纪80年代，美国、日本等发达国家先后开展了攀爬机器人研究工作，早期，日本早稻田大学成功研制woody-1爬树机器人，该机器人通过两个环形夹持器的交替运动使得机器人沿着树干上下移动。以此为基础，大量的刚性杆状物攀爬机器人(如文献《Designof a micro pole-climbing robot》)被研究出来，主要包括环抱式、勾爪式和夹持式三种类型，由于均是采用刚性结构件制造而成，这些机器大都笨重复杂，对杆状物的大小与形状适应性有限，像勾爪式机器人还会损伤攀爬对象。后来软体机器人得到了迅速发展，基于软体结构，研究者们也相继开发了各类气动爬杆机器人，其中以蠕动式运动最为常见，通常采用两个夹持或环抱结构与一套伸缩结构组合(例如论文《The design and development ofBranch Bot:a branch-crawling,caterpillar-inspired,soft robot》与《Soft Rod-Climbing Robot Inspired by Winding Locomotion of Snake》的研究)，从而实现蠕动运动。但这一类软体机器人通常需要通过气泵进行驱动，为机器人的便携性带来了挑战。同时软体机器人自身的刚度不足、负载较差也阻碍了其发展。此外，上述杆状物攀爬机器人的适应性都十分有限，通常只能攀爬少数甚至单一尺寸或形状的杆状物，难以同时满足不同杆径与不同形状杆状物的适应性要求。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是针对杆状物攀爬机器人的便携性与适应性难题，采用模块化设计与刚柔耦合原理设计便携式模块化刚柔耦合杆状物攀爬机器人，通过可在使用前简易充气的具有一定形状的气囊设计环抱机构与伸缩机构实现机器人的总体设计，由于充气气囊具有的一定刚度，可在一定程度上提升当前软体机器人的负载能力，同时减小机器人体积，实现便携设计。通过气囊的长短组合实现不同杆径与形状杆状物的适应。

本发明的一种刚柔耦合的攀爬机器人，包括至少两个用于环抱于被攀爬物的环形气囊、一一对应固定于两环形气囊一端的两个环抱滚轮驱动模块、一一对应固定于两环抱滚轮驱动模块的两个伸缩滚轮驱动模块和连接于两伸缩滚轮驱动模块之间的长条形气囊；所述环抱滚轮驱动模块设有使穿过其的环形气囊相对移动的辊子对Ⅰ；所述伸缩滚轮驱动模块设有使穿过其的长条形气囊相对移动的辊子对Ⅱ；

进一步，所述环抱滚轮驱动模块包括连接外壳Ⅰ、安装于连接外壳Ⅰ内的两组辊子对Ⅰ、驱动电机Ⅰ和用于将驱动电机Ⅰ的动力传递至辊子对Ⅰ的传动机构；

进一步，所述伸缩滚轮驱动模块包括连接外壳Ⅱ、安装于连接外壳内的两组辊子对Ⅱ、驱动电机Ⅱ和用于将驱动电机Ⅱ的动力传递至辊子对Ⅱ的传动机构；

进一步，所述传动机构包括连接于驱动电机输出轴与其中一个辊子之间的一级带传动机构、连接于两辊子对中任一辊子之间的二级带传动机构和固定于辊子对的两辊子端部且相互啮合的齿轮；

进一步，连接壳体外可拆卸连接有用于为驱动电机供电的电源和控制驱动电机运动的控制器；