本發(fā)明涉及爬壁機(jī)器人，具體涉及一種適用于圓柱壁面的鷹爪攀爬結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

1、機(jī)器人是自動(dòng)執(zhí)行工作的機(jī)器裝置。它既可以接受人類指揮，又可以運(yùn)行預(yù)先編排的程序，也可以根據(jù)以人工智能技術(shù)制定的原則綱領(lǐng)行動(dòng)。機(jī)器人在生產(chǎn)業(yè)、建筑業(yè)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，尤其常見用于協(xié)助或替代人類進(jìn)行危險(xiǎn)作業(yè)或在人類無法到達(dá)的區(qū)域進(jìn)行作業(yè)。

2、爬壁機(jī)器人是機(jī)器人中常見的類型，其能在外墻壁面行走且具有停留能力。在爬壁機(jī)器人得到廣泛應(yīng)用之前，高層建筑的頂端檢測(cè)一直是相關(guān)工程領(lǐng)域的技術(shù)難題，特別是頂端的檢測(cè)難于進(jìn)行并且存在安全隱患。爬壁機(jī)器人于高層建筑頂端檢測(cè)中的應(yīng)用使爬壁機(jī)器人代替人類在陡峭壁面上開展作業(yè)，有效提高作業(yè)效率，保障作業(yè)安全。

3、現(xiàn)有技術(shù)中，爬壁機(jī)器人利用電磁吸附、氣壓吸附等方式吸附壁面，已在高層建筑外墻清潔、罐體外壁檢測(cè)、船體焊接等主要以平面攀爬任務(wù)為主的領(lǐng)域得到了較為成熟的應(yīng)用。但現(xiàn)有的爬壁機(jī)器人難以實(shí)現(xiàn)曲率半徑較小的圓柱型壁面的攀爬，且無法停留于物體頂端進(jìn)行勘測(cè)。

4、通過現(xiàn)有技術(shù)檢索，存在以下已知的技術(shù)方案：

5、現(xiàn)有技術(shù)1：一種停留自鎖爬桿機(jī)器人

6、申請(qǐng)?zhí)枺篶n201921041680.6，申請(qǐng)日：2019?.07?.05，公開（公告）日：2020.05.19。

7、現(xiàn)有技術(shù)1公開了一種停留時(shí)能夠保持自鎖狀態(tài)的爬桿機(jī)器人，其完全利用自身結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)自鎖，不消耗額外能源，且自鎖狀態(tài)不會(huì)阻礙爬桿機(jī)器人的正常爬升。本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案如下：一種停留自鎖爬桿機(jī)器人，其包括一個(gè)長方形主體框架，兩個(gè)u型框架，主體框架一側(cè)面的四個(gè)角分別固定連接有l(wèi)型連接件，主體框架上下兩端的兩個(gè)l型連接件之間各安裝有輪軸，輪軸兩端安裝有輪子，兩個(gè)u型框架的一條開口邊分別通過合頁與主體框架上下橫梁連接在一起，每個(gè)u型框架的另一條開口邊內(nèi)側(cè)通過l型連接件安裝有輪軸和輪子，兩個(gè)u型框架遠(yuǎn)離主體框架的開口邊之間連接有電動(dòng)伸縮桿。

8、但現(xiàn)有技術(shù)1依靠輪子花紋的摩擦力實(shí)現(xiàn)爬升和自鎖，桿體濕滑的情況很容易發(fā)生打滑，且現(xiàn)有技術(shù)1并不適用于側(cè)壁有異物及枝杈的柱體的攀爬。

9、現(xiàn)有技術(shù)2：一種新型爬樹修枝機(jī)器人

10、申請(qǐng)?zhí)枺篶n201920018753.3，申請(qǐng)日：2019?.01?.07，公開（公告）日：2020.05.08。

11、現(xiàn)有技術(shù)2涉及一種攀爬機(jī)器人，具體地說是一種新型攀爬樹木修枝機(jī)器人，包括機(jī)架、攀爬部分、抱緊夾持部分、切割部分和控制系統(tǒng)，所述攀爬、抱緊夾持、切割部分均安裝在機(jī)架上，所述控制系統(tǒng)與攀爬部分、抱緊夾持部分通過邏輯電路連接，控制攀爬電機(jī)2和步進(jìn)電機(jī)推拉桿6。

12、但現(xiàn)有技術(shù)2攀爬樹木時(shí)需剪切掉上方枝杈才能往上攀爬，不具備隱蔽性，且其適用場(chǎng)合與自然界中的實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合具有較大差距。

13、通過以上的檢索發(fā)現(xiàn)，以上技術(shù)方案沒有影響本發(fā)明的新穎性；并且以上現(xiàn)有技術(shù)的相互組合沒有破壞本發(fā)明的創(chuàng)造性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明正是為了避免上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足之處，提供了一種適用于圓柱壁面的鷹爪攀爬結(jié)構(gòu)。

2、本發(fā)明為解決技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案：一種適用于圓柱壁面的鷹爪攀爬結(jié)構(gòu)，上關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)、下關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)和末端結(jié)構(gòu)依次安裝連接，所述上關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的固定端與機(jī)器人的機(jī)架安裝連接，輸出端輸出驅(qū)動(dòng)所述下關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)和所述末端結(jié)構(gòu)向前伸出或向后回縮的運(yùn)動(dòng)；所述下關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的固定端與所述上關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的輸出端安裝連接，輸出端輸出驅(qū)動(dòng)所述末端結(jié)構(gòu)上仰或下俯的運(yùn)動(dòng)；

3、所述末端結(jié)構(gòu)包括腳掌和至少兩個(gè)腳趾結(jié)構(gòu)，各所述腳趾結(jié)構(gòu)中，至少一個(gè)作為后腳趾結(jié)構(gòu)，布置于所述腳掌后端，其余作為前腳趾結(jié)構(gòu)，布置于所述腳掌前端；

4、所述腳趾結(jié)構(gòu)的前端為腳趾驅(qū)動(dòng)機(jī)，末端為針狀的刺針；所述腳趾驅(qū)動(dòng)機(jī)的固定端與所述腳掌安裝固定，輸出端輸出驅(qū)動(dòng)所述刺針上抬或下抓以脫附或抓附壁面的運(yùn)動(dòng)。

5、進(jìn)一步的，所述腳趾結(jié)構(gòu)還包括驅(qū)動(dòng)齒輪、傳動(dòng)齒輪、傳動(dòng)帶輪、從動(dòng)帶輪、傳動(dòng)帶、指節(jié)和指尖，所述刺針安裝固定至所述指尖的后端；

6、所述指節(jié)的前端和后端分別與所述腳掌和所述指尖轉(zhuǎn)動(dòng)安裝連接，所述指節(jié)前端與所述腳掌之間形成支持所述指節(jié)相對(duì)于所述腳掌上抬或下抓擺動(dòng)的一級(jí)轉(zhuǎn)動(dòng)副，所述指尖的前端與所述指節(jié)的后端之間形成支持所述指尖相對(duì)于所述指節(jié)上抬或下抓擺動(dòng)的二級(jí)轉(zhuǎn)動(dòng)副；

7、所述傳動(dòng)齒輪及所述傳動(dòng)帶輪與所述一級(jí)轉(zhuǎn)動(dòng)副共軸設(shè)置，兩者安裝固定為整體，且與所述指節(jié)安裝固定，所述從動(dòng)帶輪與所述二級(jí)轉(zhuǎn)動(dòng)副共軸設(shè)置，且與所述指尖安裝固定，所述傳動(dòng)帶張緊設(shè)于所述傳動(dòng)帶輪及所述從動(dòng)帶輪上；

8、所述驅(qū)動(dòng)齒輪與所述傳動(dòng)齒輪?嚙合，且與所述腳趾驅(qū)動(dòng)機(jī)的輸出端安裝固定。

9、進(jìn)一步的，所述腳掌上與所述腳趾驅(qū)動(dòng)機(jī)及所述指節(jié)一一對(duì)應(yīng)設(shè)置有驅(qū)動(dòng)機(jī)安裝座和指節(jié)安裝座；

10、所述腳趾驅(qū)動(dòng)機(jī)的固定端通過對(duì)應(yīng)的所述驅(qū)動(dòng)機(jī)安裝座與所述腳掌安裝固定，所述指節(jié)的前端通過所述指節(jié)安裝座與所述腳掌轉(zhuǎn)動(dòng)安裝連接。

11、進(jìn)一步的，所述指節(jié)、所述指尖和所述刺針整體呈上凸的弧形結(jié)構(gòu)。

12、進(jìn)一步的，所述上關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)包括上關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)和連桿結(jié)構(gòu)；

13、所述上關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)的固定端作為所述上關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的固定端，與機(jī)器人的機(jī)架安裝連接，其輸出端與所述連桿結(jié)構(gòu)的輸入端安裝固定；所述連桿結(jié)構(gòu)的輸出端作為所述上關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的輸出端，與所述下關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的輸入端安裝固定。

14、進(jìn)一步的，所述連桿結(jié)構(gòu)為不等長雙曲柄四連桿結(jié)構(gòu)，所述上關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)與所述不等長雙曲柄四連桿結(jié)構(gòu)中的雙曲柄前端安裝連接。

15、進(jìn)一步的，所述下關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)包括下關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)和下關(guān)節(jié)桿；

16、所述下關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)的固定端作為所述下關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的固定端，與所述上關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的輸出端安裝連接，其輸出端與所述下關(guān)節(jié)桿的前端安裝固定；所述下關(guān)節(jié)桿的后端作為所述下關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的輸出端，與所述腳掌安裝固定。

17、進(jìn)一步的，所述末端結(jié)構(gòu)中共設(shè)有一個(gè)所述后腳趾結(jié)構(gòu)和三個(gè)所述前腳趾結(jié)構(gòu)，三個(gè)所述前腳趾結(jié)構(gòu)均布設(shè)置于所述腳掌前端。

18、本發(fā)明提供了一種適用于圓柱壁面的鷹爪攀爬結(jié)構(gòu)，具有以下有益效果：

19、本發(fā)明的上關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)、下關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)及腳趾結(jié)構(gòu)協(xié)同動(dòng)作，腳趾結(jié)構(gòu)做彎曲握緊及伸展放松動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)曲率半徑較小的直立圓柱類壁面的側(cè)面抓附和脫附，以及實(shí)現(xiàn)曲率半徑較小的橫向圓柱類結(jié)構(gòu)的頂部停駐和脫離，上關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)做前伸和后縮動(dòng)作，帶動(dòng)下關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)、腳掌和腳趾結(jié)構(gòu)向前伸出或向后縮回，下關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)做俯仰動(dòng)作，帶動(dòng)腳掌和腳趾結(jié)構(gòu)上仰或下俯，使爬壁機(jī)器人能夠適應(yīng)該類壁面環(huán)境的作業(yè)，進(jìn)一步拓展了爬壁機(jī)器人的適用環(huán)境。

技術(shù)特征：

1.一種適用于圓柱壁面的鷹爪攀爬結(jié)構(gòu)，上關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)（1）、下關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)（2）和末端結(jié)構(gòu)依次安裝連接，其特征在于：所述上關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)（1）的固定端與機(jī)器人的機(jī)架安裝連接，輸出端輸出驅(qū)動(dòng)所述下關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)（2）和所述末端結(jié)構(gòu)向前伸出或向后回縮的運(yùn)動(dòng)；所述下關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)（2）的固定端與所述上關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)（1）的輸出端安裝連接，輸出端輸出驅(qū)動(dòng)所述末端結(jié)構(gòu)上仰或下俯的運(yùn)動(dòng)；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于圓柱壁面的鷹爪攀爬結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述腳趾結(jié)構(gòu)（4）還包括驅(qū)動(dòng)齒輪（42）、傳動(dòng)齒輪（43）、傳動(dòng)帶輪、從動(dòng)帶輪（44）、傳動(dòng)帶（45）、指節(jié)（46）和指尖（47），所述刺針（48）安裝固定至所述指尖（47）的后端；

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種適用于圓柱壁面的鷹爪攀爬結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述腳掌（3）上與所述腳趾驅(qū)動(dòng)機(jī)（41）及所述指節(jié)（46）一一對(duì)應(yīng)設(shè)置有驅(qū)動(dòng)機(jī)安裝座（31）和指節(jié)安裝座（32）；

4.根據(jù)權(quán)利要求1~3中任一項(xiàng)所述的一種適用于圓柱壁面的鷹爪攀爬結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述指節(jié)（46）、所述指尖（47）和所述刺針（48）整體呈上凸的弧形結(jié)構(gòu)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于圓柱壁面的鷹爪攀爬結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述上關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)（1）包括上關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)（11）和連桿結(jié)構(gòu)（12）；

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種適用于圓柱壁面的鷹爪攀爬結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述連桿結(jié)構(gòu)（12）為不等長雙曲柄四連桿結(jié)構(gòu)，所述上關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)（11）與所述不等長雙曲柄四連桿結(jié)構(gòu)中的雙曲柄前端安裝連接。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于圓柱壁面的鷹爪攀爬結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述下關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)（2）包括下關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)（21）和下關(guān)節(jié)桿（22）；

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于圓柱壁面的鷹爪攀爬結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述末端結(jié)構(gòu)中共設(shè)有一個(gè)所述后腳趾結(jié)構(gòu)和三個(gè)所述前腳趾結(jié)構(gòu)，三個(gè)所述前腳趾結(jié)構(gòu)均布設(shè)置于所述腳掌（3）前端。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種適用于圓柱壁面的鷹爪攀爬結(jié)構(gòu)，涉及爬壁機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，包括依次安裝連接的上關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)、下關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)和末端結(jié)構(gòu)，末端結(jié)構(gòu)包括腳掌及至少兩個(gè)分別設(shè)置于腳掌前端和后端的腳趾結(jié)構(gòu)；腳趾結(jié)構(gòu)的腳趾驅(qū)動(dòng)機(jī)的固定端與腳掌安裝固定，輸出端輸出驅(qū)動(dòng)腳趾結(jié)構(gòu)的刺針上抬或下抓以脫附或抓附壁面的運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明的上關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)、下關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)及腳趾結(jié)構(gòu)協(xié)同動(dòng)作，腳趾結(jié)構(gòu)做彎曲握緊及伸展放松動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)圓柱類壁面的抓附和脫附，上關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)做前伸和后縮動(dòng)作，帶動(dòng)腳掌和腳趾結(jié)構(gòu)向前伸出或向后縮回，下關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)做俯仰動(dòng)作，帶動(dòng)腳掌和腳趾結(jié)構(gòu)上仰或下俯，使爬壁機(jī)器人能夠適應(yīng)該類壁面環(huán)境的作業(yè)，進(jìn)一步拓展了爬壁機(jī)器人的適用環(huán)境。

技術(shù)研發(fā)人員：周爽,王美玲,孟丹,李磊,岳亮亮
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30