[发明专利]一种自由伸缩弯曲机械臂和墙体爬行机器人及其爬行方法

说明书

本发明公开了一种自由伸缩弯曲机械臂和墙体爬行机器人和爬行方法。该机械臂包括一个或依次串联的多个关节单元；所述的关节单元包括下基座部分、上移动平台和三个弯折支臂。下基座部分与上移动平台三个弯折支臂连接；三个弯折支臂沿关节单元中心的周向依次排列。弯折支臂包括两个气袋执行器、两个主支撑板、四个辅助连接板和两个弹簧机构。本发明通过三个弯折支臂控制上移动平台相对于下基座部分的轴向移动和任意方向弯曲，实现了控制方式灵活度的关节单元；通过多个关节单元的串联，形成灵活控制的机械臂，并且各关节单元上对应位置的弯折支臂通过共用一条气动供应管线，从而实现整个机械臂的弯曲和伸缩控制。

技术领域

本发明属于仿生机器人领域，具体涉及一种自由伸缩弯曲机械臂和墙体爬行机器人及其爬行方法。

背景技术

目前，仿生机器人在国外十分流行。二十一世纪人类将进入老龄化社会，发展仿生机器人将弥补年轻劳动力的严重不足，解决老龄化社会的家庭服务和医疗等社会问题，并能开辟新的产业，创造新的就业机会，具有广阔的发展前景。但由于其学科交叉性，发展至今依然存在“形似而神不似”、达不到生物系统的精巧程度、实际应用有限等诸多问题。究其原因，主要是在生物机理、机构及驱动设计、仿生材料、仿生控制、生物能量利用等方面存在问题。

仿生机器人研究的前提是对生物本质的深刻认识以及对现有科学技术的充分掌握，研究涉及多学科的交叉融合，其发展趋势应该是将现代机构学和机器人学的新理论、新方法与复杂的生物特性相结合，实现结构仿生、材料仿生、功能仿生、控制仿生和群体仿生的统一，以达到与生物更加近似的性能，适应复杂多变的环境，最终实现宏观和微观相结合的仿生机器人系统，从而实现广阔的应用。因此，本文提出了一种新的用于墙体爬行的仿生机器人，用于实现叠加的、主动控制的、具有紧凑外形因素的高自由度机器人。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自由伸缩弯曲机械臂和墙体爬行机器人及其爬行方法。

第一方面，本发明提供一种自由伸缩弯曲机械臂，其包括一个或依次串联的多个关节单元；所述的关节单元包括下基座部分、上移动平台和三个弯折支臂。下基座部分与上移动平台三个弯折支臂连接；三个弯折支臂沿关节单元中心的周向依次排列。

所述的弯折支臂包括两个气袋执行器、两个主支撑板、四个辅助连接板和两个弹簧机构。两个主支撑板的内端与上移动平台、下基座部分分别转动连接。两个主支撑板的外端相互正对，并通过四个辅助连接板连接在一起。主支撑板的外端呈三角形，外端边缘为两条连接边。两个主支撑板外端相互正对的连接边形成一个连接缺口；使得弯折支臂的中部形成对称的两个连接缺口。

四个辅助连接板以两个为一组，分为两组。两组辅助连接板分别设置在两个连接缺口处。同组的两个辅助连接板的相邻侧边缘转动连接。同组的两个辅助连接板的相背侧边缘与两个主支撑板上的连接边分别转动连接。辅助连接板的两侧边缘不平行。

两个气袋执行器的一端与两块主支撑板分别固定；两个气袋执行器的另一端与下基座部分和上移动平台分别固定。两个弹簧机构的一端与两个主支撑板分别固定，另一端与下基座部分和上移动平台分别固定。气袋执行器充压时对主支撑板施加的转矩与弹簧机构对主支撑板施加的转矩相反。

作为优选，所述主支撑板的内端与上移动平台或下基座部分之间，主支撑板与辅助连接板之间，同组的两个辅助连接板之间均通过柔性铰链连接。

作为优选，同一弯折支臂内两个气袋执行器连接在一起，进行同步控制压力变化；不同弯折支臂内的气袋执行器独立控制压力变化。

作为优选，两个主支撑板和四个辅助连接板朝向弯折支臂中心位置的夹角处均开设有让位缺口。各让位缺口拼接在一起形成穿管孔道。为气袋执行器充压的气动软管通过穿管孔道伸入到关节单元的内侧，并连接至气源。

作为优选，该自由伸缩弯曲机械臂中有多个关节单元。前一个关节单元中的下基座部分与后一个关节单元中的上移动平台固定。