一种类藤蔓仿生自生长手爪

1.本发明涉及攀爬附着手爪技术领域，具体涉及一种类藤蔓仿生自生长手爪。


背景技术：

2.近年来攀爬作业的任务越来越繁重，在建筑、消防、石化等行业都需要攀爬作业，而且现有城市的发展出现了越来越多的高层建筑，高层建筑的室外清洗和维护工作如果仅靠人工作业，其工作效率很低，而且其工作人员稍有不慎将可能造成伤亡事故的发生，同时，高层建筑自身也存在着很多安全隐患，给传统的人工作业带来了很大的难度与挑战，因此攀爬机器人的应用前景得到了广泛关注。
3.但是现如今用于配合攀爬机器人的附着手爪大多为刚性结构，其体积比较庞大、重量沉，导致整体机构较为笨重，手爪的抓握尺度不能自适应，无法很灵活迅速地做到变管径运动；而少部分新兴气动式手爪的结构较为复杂，对气源以及装置密封性具有较高的要求；目前，常规的刚性手爪和气动手爪在抓取物体时体积变化小、运行速度较慢，在受限空间内快速抓取物体受到应用限制。


技术实现要素：

4.因此，本发明要解决的技术问题在于现有的配合攀爬机器人的附着手爪大多为刚性结构，整体机构较为笨重，手爪的抓握尺度不能自适应，无法很灵活迅速地做到变管径运动；而新兴气动式手爪的结构较为复杂，对气源以及装置密封性具有较高的要求；且两种形式的手爪在抓取物体时体积变化小、运行速度较慢，在受限空间内快速抓取物体受到应用限制。
5.为了解决上述技术问题，本发明提供一种类藤蔓仿生自生长手爪，包括对合设置的第一抓取部和第二抓取部，外壳以及设置在其内的驱动电机、第一螺旋壳、第一卷绕轴、第一扭簧、第一双层齿轮、不完全齿轮、第一储能齿轮、第二螺旋壳、第二卷绕轴、第二扭簧、第二双层齿轮和第二储能齿轮，所述第一抓取部和所述第二抓取部均为具有弹性的卷簧，所述第一抓取部和所述第二抓取部各卷绕在所述第一卷绕轴和所述第二卷绕轴上，所述第一卷绕轴和所述第二卷绕轴各自固定在所述第一螺旋壳和所述第二螺旋壳内部中心，所述第一扭簧和所述第二扭簧分别固定在所述第一卷绕轴和所述第二卷绕轴的内部，所述驱动电机固定在所述第一螺旋壳的外壁上，所述驱动电机的旋转轴与所述不完全齿轮中心固定，所述第一双层齿轮包括第一过渡大齿轮和第一过渡小齿轮，同轴转动连接在所述第一螺旋壳上，所述第一储能齿轮固定在所述第一卷绕轴的一端，所述不完全齿轮和所述第一过渡大齿轮可以啮合，所述第一过渡小齿轮与所述第一储能齿轮啮合，所述第二双层齿轮包括第二过渡大齿轮和第二过渡小齿轮，同轴转动连接在所述第二螺旋壳上，所述第二储能齿轮固定在所述第二卷绕轴的一端，所述第二过渡小齿轮与所述第二储能齿轮啮合，所述第一过渡大齿轮和所述第二过渡大齿轮相互啮合。
6.优选的，所述外壳其中的一个端面设有安装孔。
7.优选的，第一抓取部和所述第二抓取部伸出螺旋外壳的一端均转动连接一个滚轮。
8.优选的，所述第一螺旋壳外螺旋部分和所述第二螺旋壳外螺旋部分内部各设有若干光滑销。
9.本发明技术方案，具有如下优点：
10.本发明提供的一种类藤蔓仿生自生长手爪，包括两个对合设置的卷簧爪、驱动组件、驱动电机和外壳，外壳将驱动组件和驱动电机包覆在其内，驱动电机单向圆周旋转，使得驱动组件运转，从而使得两个卷簧爪同时伸长或缩短，从而实现对圆柱体物件的松开或环抱，本发明的驱动组件的零部件数量较少，驱动电机也只有一个，结构简单，体积较为小巧，克服了刚性手爪体积庞大、重量沉重，较为笨重的缺点。
11.本发明结构简单，不采用气源作为动力源，克服了气动式手爪的结构较为复杂，对气源以及装置密封性具有较高的要求的缺点。
12.本发明的第一抓取部和第二抓取部均由具有弹性的卷簧制成，并且由于卷簧爪属于柔性手爪，具有自生长特性和快速抓取能力，能够根据被抓圆柱体物件的直径值来自适应伸长，因此可以轻松做到变管径运动，自适应性好。
附图说明
13.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
14.图1为本发明实施方式中提供的一种类藤蔓仿生自生长手爪的整体示意图；
15.图2为本发明实施方式中提供的一种类藤蔓仿生自生长手爪的去掉外壳第一视角示意图；
16.图3为本发明实施方式中提供的一种类藤蔓仿生自生长手爪的去掉外壳第二视角示意图；
17.图4为本发明实施方式中提供的一种类藤蔓仿生自生长手爪的去掉外壳第三视角示意图；
18.图5为本发明实施方式中提供的螺旋外壳的立体图；
19.图6为本发明手爪在管径运动时变化示意图；
20.图7为本发明手爪在抓取圆柱体物件时手爪伸长示意图；
21.图8为本发明手爪储能收缩至放能伸长示意图；
22.图9为本发明第一过渡大齿轮和第一过渡小齿轮穿套在第一穿轴上的示意图；
23.图10为本发明第二过渡大齿轮和第二过渡小齿轮穿套在第二穿轴上的示意图。
24.附图标记说明：1、第一抓取部；2、第二抓取部；3、外壳；31、安装孔；4、驱动电机；5、第一螺旋壳；6、第一卷绕轴；7、第一扭簧；8、第一双层齿轮；81、第一过渡大齿轮；82、第一过渡小齿轮；9、不完全齿轮；10、第一储能齿轮；11、第二螺旋壳；12、第二卷绕轴；13、第二扭簧；14、第二双层齿轮；141、第二过渡大齿轮；142、第二过渡小齿轮；15、第二储能齿轮；16、滚轮；17、光滑销；18、第一穿轴；19、第二穿轴；20、压板。
具体实施方式
25.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
26.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
27.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
28.此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
29.本发明提供一种类藤蔓仿生自生长手爪，包括对合设置的第一抓取部1和第二抓取部2，外壳3以及设置在其内的驱动电机4、第一螺旋壳5、第一卷绕轴6、第一扭簧7、第一双层齿轮8、不完全齿轮9、第一储能齿轮10、第二螺旋壳11、第二卷绕轴12、第二扭簧13、第二双层齿轮14和第二储能齿轮15，第一抓取部1和第二抓取部2均为具有弹性的卷簧，第一抓取部1和第二抓取部2各卷绕在第一卷绕轴6和第二卷绕轴12上，第一卷绕轴6和第二卷绕轴12各自固定在第一螺旋壳5和第二螺旋壳11内部中心，第一扭簧7和第二扭簧13分别固定在第一卷绕轴6和第二卷绕轴12的内部，驱动电机4固定在第一螺旋壳5的外壁上，驱动电机4的旋转轴与不完全齿轮9中心固定，第一双层齿轮8包括第一过渡大齿轮81和第一过渡小齿轮82，同轴转动连接在第一螺旋壳5上，第一储能齿轮10固定在第一卷绕轴6的一端，不完全齿轮9和第一过渡大齿轮81可以啮合，第一过渡小齿轮82与第一储能齿轮10啮合，第二双层齿轮14包括第二过渡大齿轮141和第二过渡小齿轮142，同轴转动连接在第二螺旋壳11上，第二储能齿轮15固定在第二卷绕轴12的一端，第二过渡小齿轮142与第二储能齿轮15啮合，第一过渡大齿轮81和第二过渡大齿轮141相互啮合。
30.外壳3可以将整个手爪的其它零件全部包含在内，起到防晒、防尘和防水的作用，保护其它零部件不受太阳光直射，不受雨水、潮气侵蚀和防止灰尘附着在各零部件上。外壳3的其中一个端面设有四个安装孔31，可以与其它机器人进行安装配合。
31.本发明的手爪可以与其它机器人相互配合，辅助其它机器人在竖直设置的圆柱体物件上进行攀爬(攀爬的目的可能是为了探测)，当然该机器人本身就有向上驱动的力，但是该机器人的每一次行程有限，为了防止机器人在完成一次行程后掉落，需要本发明中的手爪抓住圆柱体物件。在本发明中的手爪与机器人配合攀爬的时候，手爪先是松开状态，机器人进行上移，机器人上移一段距离后，手爪抓住圆柱体物件，至此，完成一段距离的攀爬；继续攀爬时，再次松开手爪，机器人再次上移一段距离，最后手爪抓住圆柱体物件。攀爬的过程中，一直循环往复以上动作。
32.本发明提及的机器人主要为连续体机器人，可以在曲面上进行自适应性移动，可在任意部位产生柔性变形，具有许多自由度，比如授权公告号为中国专利的cn114012713b，公开的一种连续体机器人。
33.本发明手爪仅仅由一个驱动电机4进行驱动，这样结构较为简单，操作更加方便，减小了手爪的整体负重，可以更加灵活地驱动手爪抓取圆柱体物件(比如树干)。
34.本发明手爪松开圆柱体物件的工作原理：当驱动电机4的旋转轴顺时针旋转时，可以带动不完全齿轮9顺时针旋转，当不完全齿轮9的凸齿部分与第一过渡大齿轮81啮合时，可以带动第一过渡大齿轮81逆时针旋转，同时，第一过渡小齿轮82也逆时针旋转，进而使得第一储能齿轮10顺时针旋转，从而使得第一卷绕轴6顺时针旋转，最终使得第一抓取部1被卷绕进第一螺旋壳5内；第一过渡大齿轮81逆时针旋转时会带动第二过渡大齿轮141顺时针旋转，同时，第二过渡小齿轮142也顺时针旋转，进而使得第二储能齿轮15逆时针旋转，从而使得第二卷绕轴12逆时针旋转，最终使得第二抓取部2被卷绕进第二螺旋壳11内。
35.手爪抓住圆柱体物件的工作原理：在第一抓取部1分和第二抓取部2分被分别收卷在第一螺旋壳5和第二螺旋壳11内的同时，第一扭簧7和第二扭簧13会旋转，从而储蓄力量。在驱动电机4的旋转轴顺时针旋转的过程中，当不完全齿轮9的凸齿部分与第一过渡大齿轮81非啮合时，第一储能齿轮10和第二储能齿轮15无法继续按照原来的方向旋转，第一扭簧7和第二扭簧13在弹性势能的作用下反向旋转，第一抓取部1和第二抓取部2分别从第一螺旋壳5和第二螺旋壳11中快速释放。第一抓取部1和第二抓取部2在快速释放的过程中，与圆柱体物件形成接触，完成抓取动作。
36.具体的，第一螺旋壳5外表面固定第一穿轴18，第一过渡大齿轮81和第一过渡小齿轮82均穿套在第一穿轴18上，驱动电机4的旋转轴与不完全齿轮9固定连接，驱动电机4的旋转轴的端部伸出不完全齿轮9一部分，驱动电机4旋转轴端部和第一穿轴18的端部均固定压板20，这样可以将第一过渡大齿轮81和第一过渡小齿轮82限位在压板20内，防止它们从第一穿轴18上掉落。第一穿轴18为两阶梯圆柱体，将第一过渡大齿轮81和第一过渡小齿轮82隔开。
37.第二螺旋壳11外表面固定第二穿轴19，第二过渡大齿轮141和第二过渡小齿轮142均穿套连接在第二穿轴19上，第二穿轴19为三阶梯圆柱体，将第二过渡大齿轮141和第二过渡小齿轮142隔开，并且可以防止第二过渡大齿轮141和第二过渡小齿轮142从第二穿轴19上掉落下来。
38.第一抓取部1和第二抓取部2伸出螺旋外壳3的一端均转动连接一个滚轮16。当第一抓取部1和第二抓取部2与表面粗糙度较大的圆柱体物件接触时，比如树干，可以显著减小摩擦力，不仅避免摩擦力阻碍第一抓取部1和第二抓取部2的快速释放和收卷，而且有效降低第一抓取部1和第二抓取部2的受损度。
39.第一螺旋壳5外螺旋部分和第二螺旋壳11外螺旋部分内部各设有若干光滑销17，可以有效降低第一抓取部1和第二抓取部2在被收卷和释放过程中与螺旋壳内壁接触时受到的摩擦力，不仅避免摩擦力阻碍第一抓取部1和第二抓取部2的快速释放和收卷，而且有效降低第一抓取部1和第二抓取部2的受损度。
40.本发明的手爪由于是卷簧，属于柔性手爪，具有自生长特性和快速抓取能力，因此可以轻松做到变管径运动，自适应性好，可以根据圆柱体物件的直径值来释放出合适的长
度值。
41.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。