【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及机器人，具体涉及一种采用灵活的支撑臂作为本体，且适用于建筑物支撑构件或树木攀爬的双手夹持式机器人。
技术介绍
1、木结构古建筑支撑构件及立柱需要监测与定期维护，以确保建筑的安全性和稳定性。同时，城市中的树木也需要定期监测和养护，以维持城市环境美观，这些维护工作通常涉及高空作业，而传统的高空作业任务主要依赖人工操作，如使用梯子、脚手架等工具，这些方式不仅效率低，而且存在极高的安全隐患。
2、目前，国内也有多种用于建筑支撑构件或树木的攀爬设备。在本专利技术之前，中国专利技术专利“一种翻转式攀爬机器人”，申请号为202210894042.9，公开号为cn115230836a中提出一种翻转式攀爬机器人，包括双向弯曲的柔性躯体和设置于躯体两端的柔性抓手。柔性躯体包括第一柔性脊以及两侧的第一气动弯曲装置，而柔性抓手则包括第二柔性脊以及一侧的第二气动弯曲装置；两个柔性抓手的第二柔性脊分别连接于第一柔性脊两端，形成整体结构；通过控制装置连接并驱动第一气动弯曲装置和第二气动弯曲装置，实现柔性躯体和柔性抓手的弯曲和翻转。这种双向弯曲能力使机器人能够在不同角度拼接的杆件之间过渡转移，翻转式攀爬使得机器人可以保持较快的爬行速度。该专利技术设计时采用柔性材料，虽然有着攀爬速度快、被攀爬杆件直径范围大的特点，但仅适用于单一攀爬，无法保证机器人在攀爬的同时完成各类工作的稳定性与安全性，如携带检测设备、各类工具等；所述柔性抓手设计为一种柱形夹持形态，导致被夹持物仅可限于略微平滑的柱状、杆状构件，并不适用于表面复杂崎岖的柱状物体，对于粗
3、中国专利技术专利“一种具有柔性关节的气动攀爬机器人”，申请号为201911278018.7，公开号为cn111055943a中提出一种具有柔性关节的气动攀爬机器人，由柔性脊柱机构、脊柱驱动机构和抱合机构三部分组成。柔性脊柱机构包括橡胶管、弹簧、椎节块和弹性环，提供柔性和弯曲能力；脊柱驱动机构包括脊柱气动肌肉和脊椎拉索，用于驱动柔性脊柱机构的弯曲和伸展；抱合机构包括第一箱体、第二箱体和软体抱爪，用于在攀爬过程中牢固地抱住树干或杆件。通过脊柱气动肌肉的收缩和扩张，驱动脊椎拉索拉动或释放椎节块，实现柔性脊柱机构的弯曲和伸展。所述抱和机构由橡胶管、弹簧、椎节块和弹性环组成，对于不规则构件的夹持效果得以提升，整体结构采用软体设计，提高了机器人的灵活度，可以实现不同方向的攀爬，但抱爪式夹持的力度相对较弱，采用软体材料设计抱爪，无法实现自动锁紧，不能保证在攀爬过程中夹持的稳定性；在湿滑或不规则表面上，软体抱爪的变形和抓紧力略有不足；过轻的设计使机器人对于需要负载的任务无法保证其承重能力，不能完成除攀爬之外的工作需要。
4、此外，在机器人进行攀爬过程之前，首先需要对柱状结构进行夹持和固定，现有夹持机构如申请号为202211293241.0，公开号为cn115351812a的“一种机器人双爪夹持装置”，一种机器人双爪夹持装置，包括直线导轨、滑座、安装架、连接架和夹持机构。直线导轨提供滑动轨道，滑座在导轨上滑动，安装架和连接架用于固定和支撑夹持机构。此外，还配备了覆膜机构和滚珠丝杆，用于驱动筒状防护膜在管状物体外侧进行移动式缠绕包裹。夹持机构的两爪通过滚珠式或辊式转动，实现对管状物体的夹持。覆膜机构利用滚珠丝杆驱动筒状防护膜以驱动环框中心进行稳定转动，从而对管状物体进行防护膜包裹式防护。但此结构夹持机构的形状和尺寸限制了其能夹持的管状物体的种类和范围；对于非管状物体或形状不规则的物体，两爪并不能契合物体形状，导致夹持力度不稳定；防护膜的缠绕和拆卸需要额外的时间和操作，结构略微复杂，并不能实现快拆快装；虽然夹持机构采用双爪滚珠式或辊式转动设计，但没有自动锁紧的功能，无法保证精确夹持力度。
技术实现思路
1、为解决建筑物支撑构件或树木高空作业困难、设备攀爬方式单一等问题，本专利技术提供一种用于柱状物的轻型双手夹持式攀爬机器人。
2、采用的技术方案如下：
3、夹持机械手，由方形框架、连接于方形框架一侧的单点夹持机构以及连接于方形框架另一侧的四点夹持机构组成；旋转机构，由旋转驱动电机与两侧挡板组成；主、副支撑臂，由驱动机构、两侧镂空挡板以及内部的镂空框架组成。
4、一种用于柱状物的轻型双手夹持式攀爬机器人，包括：
5、方形框架是一种用于固定电机的长方形围挡结构，由上、下底座组成，底座之间通过散热挡板固定连接。方形框架内部固定步进电机，步进电机上方设置传动系统，下方连接旋转机构，两侧设置有固定框架，分别连接四点夹持机构与单点夹持机构。
6、四点夹持机构，由上、下层快拆框架、四个夹持单元组成，通过曲杆与方形框架上方的蜗杆导向块连接，并在蜗杆导向快与方形框架间设置一根起固定作用的导向杆，保持蜗杆导向块的垂直移动。底端与方形框架之间设置旋转轴，使四点夹持机构可以绕旋转轴旋转；传动系统中的驱动蜗杆使蜗杆导向块实现伸缩收紧，带动四点夹持机构完成旋转夹持。所述上、下层快拆框架固定有四个夹持单元，且快拆框架之间设置楔形块，可以通过增减楔形块数量调整弯曲程度，构成一个弧形结构，配合四点夹持单元，模拟四根手指向被夹持物体自然靠拢的动作形态，与单点夹持机构实现完整的夹持动作。
7、单点夹持机构，由若干快拆框架、一个夹持单元组成。所述快拆框架之间设置楔形块，可以通过增减楔形块数量调整弯曲程度，拼接构成一个模拟人手拇指的弯曲结构；所述单点夹持机构与方形框架一侧的从动蜗杆连接，并设置起固定和导向作用的导向杆，步进电机通过驱动圆锥齿轮，进而带动蜗杆转动，蜗杆驱动滑块在水平方向移动，使单点夹持机构向被夹持物靠拢，配合四点夹持机构，实现一种模拟四指、拇指靠拢并锁紧的人手夹持动作。
8、旋转机构是一种用于连接方形框架与支撑臂的结构，使得夹持机械手以支撑臂为轴实现自由旋转，由圆形框架、镂空支撑架组成。所述镂空支撑架内部设置键槽固定电机轴；所述圆形框架由上、下端圆形底座组成，内部固定步进电机；所述上端及下端圆形底座之间通过短固定杆连接，电机轴连接固定有旋转杆，所述旋转机构与两支撑臂之间通过短挡板连接。
9、主、副支撑臂是一种连接两端夹持机械手并实现攀爬的关键结构，两条支撑臂连接，配合实现翻转式攀爬或蠕动式攀爬动作，由驱动机构、两侧镂空挡板以及内部的镂空框架组成，在镂空框架之间设置三组电池组做能源供应。所述驱动机构，由上、下端圆形底座及若干轻型挡板组成；所述圆形底座之间通过短固定杆连接，内部固定步进电机，电机轴连接固定有旋转杆；所述轻型挡板固定在驱动机构两侧，一侧的下端圆形底座连接一个轻型挡板，并通过轻型挡板连接一侧的镂空挡板，通过旋转杆连接，另一侧连接在旋转杆一端，同样与另一侧的镂空档板连接，所述支撑臂之间通过短挡板连接。
10、优选的，所述夹持机械手，可以通过增减楔形块数量调整四点夹持机构或单点夹持机构的弯曲程度，以适应多种攀爬对象。
11、优选的，所述四点夹持机构设置多触点夹持，共有四个夹持单元。本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于柱状物的轻型双手夹持式攀爬机器人，其特征在于，包括：
2.旋转机构，连接于夹持机械手与支撑臂之间，使夹持机械手以支撑臂为轴实现自由旋转，完成多个方向的攀爬，所述旋转机构包括旋转驱动电机与两侧挡板；
3.根据权利要求1所述的用于柱状物的轻型双手夹持式攀爬机器人，其特征在于，机器人能够实现翻转式攀爬和蠕动式攀爬两种运动形式。翻转式攀爬利用两支撑臂交替向上翻转，重复动作实现攀爬，该方式适应不同高度和角度的结构，效率高速度快；蠕动式攀爬模拟生物的运动方式，两支撑臂按顺序向上移动，使机器人能够在复杂表面上稳步移动。
4.根据权利要求2所述的用于柱状物的轻型双手夹持式攀爬机器人，其特征在于，所述夹持机械手，四点夹持机构的四个夹持单元与单点夹持机构的一个夹持单元，模拟人手的夹持动作，分别是四指与拇指配合锁紧夹持被攀爬物；与夹持单元连接的快拆框架之间设置球型万向接头，使每个夹持单元在靠拢被夹持物时可以进行多自由度的转动，适应不同形状和尺寸的柱状构件。
5.根据权利要求3所述的用于柱状物的轻型双手夹持式攀爬机器人，其特征在于，所述夹持机械
6.根据权利要求4所述的用于柱状物的轻型双手夹持式攀爬机器人，其特征在于，所述夹持机械手，由若干快拆框架构成的四点夹持机构与单点夹持机构，其中快拆框架之间设置楔形块，使两端机构组成一个模拟手指的弯曲结构。通过增减楔形块数量，调整单点夹持机构或四点夹持机构的弯曲程度，以适应多种任务需求或被攀爬物的形状；单点夹持机构，连接有夹持单元的上端快拆框架通过八方销与下方部位进行连接。
7.根据权利要求5所述的用于柱状物的轻型双手夹持式攀爬机器人，其特征在于，所述夹持机械手底端固定旋转机构，旋转机构由圆形框架、镂空支撑架组成，与方形框架底部连接，所述镂空支撑架内部设置键槽固定电机轴，电机轴固定旋转杆。通过旋转机构，实现夹持机械手围绕支撑臂的360°旋转，使机器人可以在攀爬过程中向多个方向移动。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的用于柱状物的轻型双手夹持式攀爬机器人，其特征在于，所述夹持机械手、支撑臂和旋转机构等部件，均采用轻型框架组装结构，便于快速拆卸和重新组装，且各个部件模块化设计，便于替换和降低成本。
...【技术特征摘要】
1.一种用于柱状物的轻型双手夹持式攀爬机器人，其特征在于，包括：
2.旋转机构，连接于夹持机械手与支撑臂之间，使夹持机械手以支撑臂为轴实现自由旋转，完成多个方向的攀爬，所述旋转机构包括旋转驱动电机与两侧挡板；
3.根据权利要求1所述的用于柱状物的轻型双手夹持式攀爬机器人，其特征在于，机器人能够实现翻转式攀爬和蠕动式攀爬两种运动形式。翻转式攀爬利用两支撑臂交替向上翻转，重复动作实现攀爬，该方式适应不同高度和角度的结构，效率高速度快；蠕动式攀爬模拟生物的运动方式，两支撑臂按顺序向上移动，使机器人能够在复杂表面上稳步移动。
4.根据权利要求2所述的用于柱状物的轻型双手夹持式攀爬机器人，其特征在于，所述夹持机械手，四点夹持机构的四个夹持单元与单点夹持机构的一个夹持单元，模拟人手的夹持动作，分别是四指与拇指配合锁紧夹持被攀爬物；与夹持单元连接的快拆框架之间设置球型万向接头，使每个夹持单元在靠拢被夹持物时可以进行多自由度的转动，适应不同形状和尺寸的柱状构件。
5.根据权利要求3所述的用于柱状物的轻型双手夹持式攀爬机器人，其特征在于，所述夹持机械手，采用单电机齿轮配合蜗杆驱动，具备夹持后的自动锁紧功能。通过运作步进电机控制驱动圆锥齿轮与驱动蜗杆，驱动蜗杆受到步进电机的驱动，带...
【专利技术属性】
技术研发人员：葛浙东，李俊翰，郑焕祺，杨霄霞，刘国政，刘晓彤，顾辰达，王宝来，
申请(专利权)人：山东建筑大学，
类型：发明
国别省市：
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