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技术领域

本发明涉及一种机器人领域的爬管机器人，具体涉及一种四爪式仿人爬管机器人。

背景技术

随着现代社会的发展，越来越多的工作环境在逐步转向用机器人代替人工。管道则是工厂或者企业不可或缺的，但由于管道错综复杂的排布，所输送的可能是高温、高压、有毒、有辐射的流体介质，一旦发生泄漏，将会导致重大的伤亡和财产损失，人们在这样的工况下进行作业其人身安全难以得到可靠的保障。

目前，有关管内的管道机器人研究较多，管外爬杆机器人的移动方式主要有蠕动式、螺旋式、滚动式、交替攀爬等，但是普遍存在如下缺点：不能跨越管道上的障碍，很难通过弯管或十字管道，负载能力较差无法携带一定重量的工作装置，运动过程中容易出现运行不平稳的现象等。如“两段式爬杆机器人”(CN 202693567 U)专利技术，该技术所述机器人攀爬管道的方式是通过中部安装的齿轮齿条机构，虽结构简单，但机器人只能攀爬直杆且无法翻越法兰盘等障碍。又如“夹紧式伸缩翻转一体化攀爬机器人”(CN 102631605 A)专利技术，该技术所述机器人采用螺旋丝杆传动原理设计伸缩机构，手爪夹紧机构不带有自锁性能，其工作效率低，携带负载能力差。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的不足，目的是提供一种工作稳定性好，能有效的攀爬直管，弯管以及带有法兰盘的管道，具有较好的地形适应能力，整体结构简单，能携带一定的负载的四爪式仿人爬管机器人。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种四爪式仿人爬管机器人，包括对称式设置的四肢和将四肢连接为一体的上部躯干和下部躯干；所述四肢结构一样，均为末端带机械爪的活动机械臂，四肢分别为左上肢、右上肢、左下肢和右下肢，其中左上肢和右上肢分别与上部躯干的左右两端相连，左下肢和右下肢分别与下部躯干的左右两端相连；

所述上部躯干包括躯干底板、两个挤压滑动块和分别设于躯干底板两端的四个支撑板，躯干底板左端的两个支撑板与躯干底板左边的侧板形成左C形滑动槽，躯干底板右端的两个支撑板与躯干底板右边的侧板形成右C形滑动槽，每个支撑板上均设有用于给挤压滑动块导向且水平方向设置的腰型孔，挤压滑动块两端分别设有与腰型孔滑动配合的突轴，两个挤压滑动块分别设于左C形滑动槽和右C形滑动槽内，并可在相应的C形滑动槽内自由滑动，两个挤压滑动块分别与躯干底板的左右两个侧板之间设有挤压弹簧，躯干底板左右两侧的挤压滑动块分别与左上肢、右上肢相连；

所述下部躯干与上部躯干结构一样，区别在于：下部躯干的躯干底板左右两端的挤压滑动块分别与左下肢和右下肢相连；

所述下部躯干与上部躯干之间通过腰部机构相连，所述腰部机构包括上部驱动舵机、第一腰部连接架、中部驱动舵机、第二腰部连接架以及下部驱动舵机，所述上部驱动舵机固定于第一腰部连接架的顶部，上部驱动舵机的输出轴与上部躯干的躯干底板固定相连；第一腰部连接架底部设有中部舵机连接架，中部驱动舵机通过舵机托架固定安装在第二腰部连接架顶部，中部驱动舵机的输出轴与中部舵机连接架固定相连，下部驱动舵机固定于第二腰部连接架的下端，下部驱动舵机的输出轴与下部躯干的躯干底板固定相连。

作为改进，所述四肢中的左上肢包括第一摆杆、第二摆杆、第三摆杆、第四摆杆、主动齿轮、从动齿轮和C型轴承连接架以及肢体舵机，所述肢体舵机与上部躯干左端的挤压滑动块固定相连，第二摆杆前端与肢体舵机的输出轴固定相连，第一摆杆前端与上部躯干左端的挤压滑动块通过销轴铰接，第一摆杆和第二摆杆尾端分别通过第一轴和第二轴与C型轴承连接架相连，第二轴与第二摆杆之间通过轴承相连，第一轴与第一摆杆之间相对固定连接，第一轴与C型轴承连接架之间通过轴承连接，第一摆杆和第二摆杆形成第一平行四边形结构；主动齿轮和从动齿轮相互咬合且均设于C型轴承连接架的凹槽内，主动齿轮与第一轴固定相连，从动齿轮上设有第三轴，第三轴与C型轴承连接架之间通过轴承连接，第三轴伸出C型轴承连接架的一端与第三摆杆前端固定相连，C型轴承连接架上端设有第四轴，第四轴与第四摆杆的前端通过轴承相连，第三摆杆和第四摆杆形成第二平行四边形结构，第三摆杆和第四摆杆尾端均与机械爪铰接相连，四肢中的其他三肢与左上肢结构一样。

作为改进，所述机械爪包括基座、夹紧电机、夹紧电机托架、第一夹紧爪、第二夹紧爪、以及连杆托盘，所述第一夹紧爪和第二夹紧爪为S型爪，所述第一夹紧爪和第二夹紧爪的中部通过销轴铰接在夹紧电机托架前端伸出的固定板上，第一夹紧爪和第二夹紧爪的前端分别通过弧形连杆与连杆托盘铰接，第一夹紧爪和第二夹紧爪的尾端形成用于夹紧管道的环，连杆托盘与夹紧电机的输出轴固定相连，夹紧电机通过夹紧电机托架固定在基座上，基座与四肢的末端相连。

作为改进，所述上部躯干的挤压滑动块上设有两个弹簧安装柱，上部躯干的侧板上设有两个相应的弹簧固定柱，上部躯干的挤压滑动块与相应的侧板之间设有两根挤压弹簧，挤压弹簧的两端分别固定在弹簧安装柱和相应的弹簧固定柱上，所述下部躯干也与上部躯干一样，下部躯干的挤压滑动块与相应的侧板之间设有两根挤压弹簧，挤压弹簧的两端分别固定在弹簧安装柱和相应的弹簧固定柱上。

由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下积极效果：

本发明由上部躯干、左上肢、右上肢 、下部躯干、左下肢，右下肢组成。左上肢安装在上部躯干左侧，右上肢安装在上部躯干右侧，下部躯干两侧对称安装有左下肢和右下肢。本发明采用四爪式仿人爬管设计，手爪夹紧机构可自锁，活动机械臂作为主要驱动件运用平行四边形的原理设计，故工作稳定性好，可负载能力强。上部躯干和下部躯干通过腰部机构相连，能适应一定程度的变步长以及机器人的过弯和竖管到横管的过渡，肢体舵机的输出轴与第二摆杆固定连接，第二摆杆的摆动带动第一摆杆摆动，两侧挤压滑动块通过挤压弹簧进行位移补偿，主动齿轮与从动齿轮啮合。从动齿轮通过第三轴带动固定相连的第三摆杆摆动，第三摆杆摆动带动机械爪运动，同时带动第四摆杆摆动，第三摆杆和第四摆杆也组成平行四边形结构，增加了第三摆杆摆动的稳定性，从而实现机器整体上升，移动效率高。

本发明是一种能够在竖直及水平面实现前进、后退、变步长以及越障的四足式仿人爬管机器人，适用于城市高楼分布式管道的攀爬检修以及日常维护等工作，特别是在输送高温高压气体管道的检修及维护工作具有重要的应用价值。

因此，本发明具有工作稳定性好、行走效率高，能有效的攀爬直管，弯管以及带有法兰盘的管道，具有较好的地形适应能力，整体结构简单，且能携带一定的负载等特点。