一种基于气动人工肌肉的力、角度可控钩爪的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及高空建筑物粗糙表面爬升机器人的抓取钩爪(如粗糙混凝土壁面，悬崖壁面，水刷石壁面)，尤其涉及一种能够稳定、有效实现对高空建筑物壁面抓取的角度可控的变刚度钩爪，属于智能仿生机器人领域。
【背景技术】
[0002]目前，爬升机器人已经广泛应用于光滑壁面的检测工作，但对于以粗糙混凝土、方砖和岩石为材料的灰尘较多、处于小幅低频振动的高空壁面，尚未出现较好的吸附方法。近年来，国内的高空建筑事故屡见不鲜，如2007年湖南凤凰桥桥梁坍塌事故，2007年常州公路桥坍塌，2012年哈尔滨阳明摊大桥断裂，2013年河南义昌大桥坍塌事故，等等。因此，对高空建筑物进行定期检测具有重要意义，人工检测的周期长，危险性极高，难度大，开发出专用的高空建筑物检测机器人取代人工检测工作成为必然要求。
[0003]与常规磁吸附、真空、负压吸附方式不同，本专利所提出的机器人与粗糙墙面的吸附方式是通过钩爪对墙面的抓取动作实现的，其作用原理与蟑螂、大黄蜂、甲虫等攀爬墙面的原理基本相同，钩爪相当于小动物的脚爪。钩爪与墙面的抓取力及稳定性受到钩爪自身结构、墙面的表面状态、外部扰动载荷等诸多方面因素的影响，作用机理极其复杂。钩爪式吸附方式作为高空建筑物攀爬机器人的最核心的技术，对机器人实现稳定、高效、安全的攀爬作业具有决定性作用。
[0004]现有技术中存在以下不足:
[0005]1、不能够实现抓取角度的控制:在机器人实际爬墙的过程中，钩尖与墙面间的角度对抓取稳定性具有决定性影响。钩尖与墙面间的角度与墙面的粗糙度，表面材料，表面潮湿程度等诸多因素相关，在机器人爬升过程中，需要对抓取角度进行实时调整；
[0006]2、整个机构仅有一个驱动机构，不能够实现分别对每个钩尖的抓取动作和抓取力的精确控制，对抓取稳定性不利。
[0007]3、结构过于复杂，部件太多，制造装配困难，抓取力小。
【实用新型内容】
[0008]本实用新型针对上述不足提供了一种基于气动人工肌肉的力、角度可控钩爪。
[0009]本实用新型采用如下技术方案:
[0010]本实用新型所述的基于气动人工肌肉的力、角度可控钩爪，包括导向盘，气动弹簧组件，钩爪，悬架，联接盘;所述的联接盘与导向盘相互对齐盖合，导向盘与联接盘内设有气动弹簧组件;钩爪的上部安装悬架;钩爪与悬架嵌置在对齐的联接盘与导向盘内；钩爪与悬架之间穿插气动弹簧组件;通过气动弹簧组件的膨胀与收缩控制钩爪与悬架的运动。
[0011]本实用新型所述的基于气动人工肌肉的力、角度可控钩爪，所述的联接盘面向导向盘的端面内设有内卡槽，内卡槽外侧同轴设有外卡槽;联接盘面向导向盘的端面上还沿径向均布设有若干个滑槽与固定槽；内卡槽与外卡槽内布置若干个孔;联接盘的中心设置有中心孔。
[0012]本实用新型所述的基于气动人工肌肉的力、角度可控钩爪，所述的内卡槽与外卡槽为环形;外卡槽的直径大于内卡槽的直径;滑槽成十字形排列且穿过内卡槽与外卡槽;十字形的滑槽之间设有固定槽。
[0013]本实用新型所述的基于气动人工肌肉的力、角度可控钩爪，所述的导向盘上设有若干个导向槽与若干个下卡槽;若干个导向槽沿径向排列；下卡槽位于联接盘的边缘处，成半圆弧形；下卡槽与导向槽相互交错;导向盘内的导向槽、下卡槽分别与联接盘上的滑槽、外卡槽对齐。
[0014]本实用新型所述的基于气动人工肌肉的力、角度可控钩爪，所述的气动弹簧组件包括接头，内圈气动人工肌肉，外圈气动人工肌肉；所述的接头为工字形，接头垂直设有通气孔；内圈气动人工肌肉与外圈气动人工肌肉呈半圆弧段；
[0015]所述的内圈气动人工肌肉与接头拼接形成内圈气动组件，每段内圈气动人工肌肉之间相互隔断；外圈气动人工肌肉与接头拼接形成外圈气动组件，每段外圈气动人工肌肉之间相互隔断；内圈气动组件与外圈气动组件之间相互隔断，内圈气动组件与外圈气动组件放置于内卡槽与外卡槽内；接头的通气孔从联接盘上孔向外侧延伸。
[0016]本实用新型所述的基于气动人工肌肉的力、角度可控钩爪，所述的钩爪成条形，条形的钩爪的一端向上弯沿出圆弧段一;钩爪上端面成内凹圆弧段二;条形的钩爪的底端设有勾尖;钩爪嵌置在导向盘上的导向槽与联接盘内滑槽内对齐。
[0017]本实用新型所述的基于气动人工肌肉的力、角度可控钩爪，所述的内圈气动人工肌肉与钩爪上的圆弧段一相接触，外圈气动人工肌肉与钩爪上的圆弧段二相接触，内圈气动人工肌肉与外圈气动人工肌肉通过气压产生椭圆或圆形变形，从而驱动钩爪的沿径向的平动和摆动从而实现抓取力和抓取角度的控制。
[0018]本实用新型所述的基于气动人工肌肉的力、角度可控钩爪，所述悬架固定联接在联接盘的上表面且与导向盘上的导向槽和联接盘上的滑槽相对齐，所述悬架的两端分别吊耳;钩爪的圆弧段一的上端面设有吊耳，钩爪的圆弧段二的前端设有吊耳;钩爪上的吊耳与悬架上的吊耳分别通过通过弹簧一与弹簧二相互连接。
[0019]有益效果
[0020]本实用新型提供的基于气动人工肌肉的力、角度可控钩爪能够实现角度抓取，抓取性能稳定;总共八个通气孔分别通入不同的气体压力可以实现对内圈四个、外圈四个(共八个)气体人工肌肉分别进行驱动，其中外圈四个气体人工肌肉分别控制抓取角度，内圈四个气体人工弹簧分别实现对抓取力的控制。
[0021]本实用新型的基于气动人工肌肉的力、角度可控钩爪结构较简单，装配制造难度低，气动人工肌肉是通过气压驱动产生径向膨胀驱动钩爪的，气动人工弹簧内通入高压气体后由于卡槽的体积限制作用按照特定的方向作“定向”膨胀，可以提供更大的抓取力。
【附图说明】
[0022]图1是本实用新型的整体结构示意图；
[0023]图2是本实用新型的整体结构部分剖面结构示意图；
[0024]图3是本实用新型的联接盘结构示意图；
[0025]图4是本实用新型的联接盘剖面结构示意图；
[0026]图5是本实用新型的导向盘结构不意图；
[0027]图6是本实用新型的导向盘剖面结构示意图；
[0028]图7是本实用新型的气动弹簧组件结构示意图；
[0029]图8是本实用新型的弹簧组件安装于连接盘示意图；
[0030]图9是本实用新型的钩爪结构不意图；
[0031]图10是本实用新型的内部截面机构示意图；
[0032]图11是本实用新型内圈膨胀钩爪运动示意图；
[0033]图12是本实用新型外圈膨胀钩爪运动示意图；
[0034]图13是本实用新型的钩尖角度调整前控制与调整示意图；
[0035]图14是本实用新型的另一种钩尖角度调整后的控制与调整示意图。
[0036]图15是本实用新型与现有技术的刚度特性曲线对比图。
【具体实施方式】
[0037]下面结合附图对本实用新型进一步详细说明:
[0038]如图所示:一种基于气动人工肌肉的力、角度可控钩爪，包括导向盘I，气动弹簧组件2，钩爪3，悬架4，联接盘5;所述的联接盘5与导向盘I相互对齐盖合，导向盘I与联接盘5内设有气动弹簧组件2;钩爪3的上部安装悬架4;钩爪3与悬架4嵌置在对齐的联接盘5与导向盘I内；钩爪3与悬架4之间穿插气动弹簧组件2;通过气动弹簧组件2的膨胀与收缩控制钩爪3与悬架4的运动。
[0039]联接盘5面向导向盘I的端面内设有内卡槽6，内卡槽6外侧同轴设有外卡槽7;联接盘5面向导向盘I的端面上还沿径向均布设有若干个滑槽9与固定槽10;内卡槽6与外卡槽7内布置若干个孔8;联接盘5的中心设置有中心孔11。
[0040]内卡槽6与外卡槽7为环形;夕卜卡槽7的直径大于内卡槽6的直径;滑槽9成十字形排列且穿过内卡槽6与外卡槽7;十字形的滑槽9之间设有固定槽1。
[0041 ]导向盘I上设有若干个导向槽12与若干个下卡槽13;若干个导向槽12沿径向排列；下卡槽13位于联接盘5的边缘处，成半