[发明专利]一种基于人工肌肉的柔性管道爬行机器人

说明书

一种基于人工肌肉的柔性管道爬行机器人，它涉及一种管道爬行机器人，以解决现有管道爬行机构结构复杂、尺寸和重量大，以及难以适应复杂微小型精密管道作业的问题，它包括伸缩人工肌肉、两个箝位关节和两个连接组件；所述箝位关节包括箝位人工肌肉和N个弹性薄壁梁，其中，N为大于等于2的整数，N个弹性薄壁梁均匀布置在箝位人工肌肉外侧，箝位人工肌肉的首端和N个弹性薄壁梁的首端固定连接，箝位人工肌肉的末端和N个弹性薄壁梁的末端固定连接，两个箝位关节分别设置在伸缩人工肌肉的两端，箝位关节和伸缩人工肌肉采用连接组件固接。本发明用于微小型精密管道作业。

技术领域

本发明涉及一种管道爬行机器人，属于柔性机器人技术领域。

背景技术

柔性机器人技术及微小型机器人技术近年来成为了机器人技术领域的重要分支，由于传统刚性机器人自由度较少、结构刚度较大，在一些应用上存在局限性。而柔性机器人具有高灵活性、可变形性和能量吸收特性等特点，对环境具有较强的适应性，可以用更简单的方式完成一些复杂作业动作。

目前应用较多的柔性机构多为电活性聚合物、绳驱动器、形状记忆合金以及流体驱动器等。这些柔性机构一般体积较大、价格昂贵且需要复杂的外部辅助系统，难以组合使用，也难以实现微小型化。

现有管道爬行机构大多为刚性结构，尺寸及重量较大，结构相对复杂；而复杂微小型精密管道的检测作业又对管道爬行机器人的尺寸及柔性提出了新的要求。

发明内容

本发明是为解决现有管道爬行机构结构复杂、尺寸和重量大，以及难以适应复杂微小型精密管道作业的问题，进而提供一种基于人工肌肉的柔性管道爬行机器人。

本发明所采用的技术方案是：一种基于人工肌肉的柔性管道爬行机器人包括伸缩人工肌肉、两个箝位关节和两个连接组件；所述箝位关节包括箝位人工肌肉和N个弹性薄壁梁，其中，N为大于等于2的整数，N个弹性薄壁梁均匀布置在箝位人工肌肉外侧，箝位人工肌肉的首端和N个弹性薄壁梁的首端固定连接，箝位人工肌肉的末端和N个弹性薄壁梁的末端固定连接，两个箝位关节分别设置在伸缩人工肌肉的两端，箝位关节和伸缩人工肌肉采用连接组件固接。

进一步地，弹性薄壁梁初始状态为弓形结构，且其初始弦长与箝位人工肌肉的初始长度相等。

进一步地，箝位人工肌肉和伸缩人工肌肉为聚合物纤维扭转而成的螺旋卷绕型结构，且在加热时会产生长度的变化。

进一步地，箝位人工肌肉和伸缩人工肌肉为聚合物纤维和金属丝共同扭转而成的螺旋卷绕型结构，且在加热时会产生长度的变化。

进一步地，连接组件为柔性结构。

进一步地，一种基于人工肌肉的柔性管道爬行机器人还包括传感器，所述传感器为距离传感器或视觉传感器，传感器与箝位关节的首端或末端固接。

本发明的有益效果：本发明的一种基于人工肌肉的柔性管道爬行机器人，结构简单、尺寸及重量小，全部组件均为柔性结构，使得机器人本体可以在一定范围内弯曲或扭转。大大提高了其在复杂微小型精密管道中的通过能力，可以到达常规管道爬行机构难以到达的位置，在复杂狭小空间探查、搜救等领域具有广泛应用前景。

基于聚合物纤维(尼龙等)扭转而成的螺旋卷绕型人工肌肉驱动器迟滞小、寿命长且成本低廉(尼龙的价格约30元/公斤)，其载重能力是同等长度和重量的人体肌肉的100倍以上。且这类聚合物螺旋卷绕型人工肌肉结构尺寸小、具有高度柔性和可编织特性，更易于组合使用。

附图说明

图1为箝位关节包含两个弹性薄壁梁的一种基于人工肌肉的柔性管道爬行机器人的常规状态结构示意图；

图2为箝位关节包含两个弹性薄壁梁的一种基于人工肌肉的柔性管道爬行机器人的某种自然弯曲状态结构示意图；