[發明專利]一種基于人工肌肉的柔性管道爬行機器人

有效

• 申請號: 201711241944.8
• 申請日: 2017-11-30
• 公開（公告）號: CN107965634B
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發明（設計）人: 劉英想;李凱;唐心田;陳維山;劉軍考
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: F16L55/32
• 分類號: F16L55/32;B25J9/06;F16L101/30
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 高志光

一種基于人工肌肉的柔性管道爬行機器人，它涉及一種管道爬行機器人，以解決現有管道爬行機構結構復雜、尺寸和重量大，以及難以適應復雜微小型精密管道作業的問題，它包括伸縮人工肌肉、兩個箝位關節和兩個連接組件；所述箝位關節包括箝位人工肌肉和N個彈性薄壁梁，其中，N為大于等于2的整數，N個彈性薄壁梁均勻布置在箝位人工肌肉外側，箝位人工肌肉的首端和N個彈性薄壁梁的首端固定連接，箝位人工肌肉的末端和N個彈性薄壁梁的末端固定連接，兩個箝位關節分別設置在伸縮人工肌肉的兩端，箝位關節和伸縮人工肌肉采用連接組件固接。本發明用于微小型精密管道作業。

技術領域

本發明涉及一種管道爬行機器人，屬于柔性機器人技術領域。

背景技術

柔性機器人技術及微小型機器人技術近年來成為了機器人技術領域的重要分支，由于傳統剛性機器人自由度較少、結構剛度較大，在一些應用上存在局限性。而柔性機器人具有高靈活性、可變形性和能量吸收特性等特點，對環境具有較強的適應性，可以用更簡單的方式完成一些復雜作業動作。

目前應用較多的柔性機構多為電活性聚合物、繩驅動器、形狀記憶合金以及流體驅動器等。這些柔性機構一般體積較大、價格昂貴且需要復雜的外部輔助系統，難以組合使用，也難以實現微小型化。

現有管道爬行機構大多為剛性結構，尺寸及重量較大，結構相對復雜；而復雜微小型精密管道的檢測作業又對管道爬行機器人的尺寸及柔性提出了新的要求。

發明內容

本發明是為解決現有管道爬行機構結構復雜、尺寸和重量大，以及難以適應復雜微小型精密管道作業的問題，進而提供一種基于人工肌肉的柔性管道爬行機器人。

本發明所采用的技術方案是：一種基于人工肌肉的柔性管道爬行機器人包括伸縮人工肌肉、兩個箝位關節和兩個連接組件；所述箝位關節包括箝位人工肌肉和N個彈性薄壁梁，其中，N為大于等于2的整數，N個彈性薄壁梁均勻布置在箝位人工肌肉外側，箝位人工肌肉的首端和N個彈性薄壁梁的首端固定連接，箝位人工肌肉的末端和N個彈性薄壁梁的末端固定連接，兩個箝位關節分別設置在伸縮人工肌肉的兩端，箝位關節和伸縮人工肌肉采用連接組件固接。

進一步地，彈性薄壁梁初始狀態為弓形結構，且其初始弦長與箝位人工肌肉的初始長度相等。

進一步地，箝位人工肌肉和伸縮人工肌肉為聚合物纖維扭轉而成的螺旋卷繞型結構，且在加熱時會產生長度的變化。

進一步地，箝位人工肌肉和伸縮人工肌肉為聚合物纖維和金屬絲共同扭轉而成的螺旋卷繞型結構，且在加熱時會產生長度的變化。

進一步地，連接組件為柔性結構。

進一步地，一種基于人工肌肉的柔性管道爬行機器人還包括傳感器，所述傳感器為距離傳感器或視覺傳感器，傳感器與箝位關節的首端或末端固接。

本發明的有益效果：本發明的一種基于人工肌肉的柔性管道爬行機器人，結構簡單、尺寸及重量小，全部組件均為柔性結構，使得機器人本體可以在一定范圍內彎曲或扭轉。大大提高了其在復雜微小型精密管道中的通過能力，可以到達常規管道爬行機構難以到達的位置，在復雜狹小空間探查、搜救等領域具有廣泛應用前景。

基于聚合物纖維(尼龍等)扭轉而成的螺旋卷繞型人工肌肉驅動器遲滯小、壽命長且成本低廉(尼龍的價格約30元/公斤)，其載重能力是同等長度和重量的人體肌肉的100倍以上。且這類聚合物螺旋卷繞型人工肌肉結構尺寸小、具有高度柔性和可編織特性，更易于組合使用。

附圖說明

圖1為箝位關節包含兩個彈性薄壁梁的一種基于人工肌肉的柔性管道爬行機器人的常規狀態結構示意圖；

圖2為箝位關節包含兩個彈性薄壁梁的一種基于人工肌肉的柔性管道爬行機器人的某種自然彎曲狀態結構示意圖；