本技术旨在解决建筑结构和树木高空作业难题,以及设备攀爬限制问题,特提出一款创新的双手持握型攀爬机器人。该机器人由夹持机械手、旋转机构和两条支撑臂构成,夹持机械手采用方形设计,以提高攀爬效率和稳定性。
背景技术
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。
目前,国内也有多种用于建筑支撑构件或树木的攀爬设备。在本发明之前,中国发明专利“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。该发明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,对于粗糙、复杂表面的攀爬能力不足。
中国发明专利“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。
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。
实现思路