具有主动粘/脱附的接触力自感知与自适应仿壁虎脚掌制造技术

一种具有主动粘/脱附的接触力自感知与自适应仿壁虎脚掌，属于机器人技术应用领域。它包括小腿梁（1）、一维力传感器（2）、牵线舵机支架(3)、旋转支撑架(4)、牵线舵机(5)、旋转法兰(6)、二维力传感器(7)、球头(8)、球关节盖、弹簧、脚趾片基底和粘附材料。本发明专利技术可以主动驱动多个脚趾，实现主动粘附和主动脱附功能；采用不同方向的一维力和二维力传感器组合，与主动粘附和脱附机构运动解耦，避免了运动与力感知的耦合问题；增加了具有8个复位弹簧约束的3自由度的球关节，脚掌具有空间表面自适应能力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于机器人技术应用领域，具体涉及一种具有主动粘/脱附的接触力自感知与自适应仿壁虎脚掌，主要应用微小型粘附足式机器人结构设计中。
技术介绍
壁虎能够在空间任意表面行走，仿生设计的微小型粘附足式机器人模拟壁虎的运动功能，开展了在空间表面粘附爬行实验，该研究具有重要的学术价值和应用前景，未来将在空间微重力环境下进行初步应用，为空间站的在轨维修服务提供技术保障。目前国内外微小型粘附足式机器人可在墙面爬行，有足/轮式、足式、足/履带式等结构形式（C.Menon,M.Sitti,ABiomimeticClimbingRobotBasedontheGecko,JournalofBionicEngineering,Vol.3,No.3,pp:115-125,2006.；M.Henrey,J.Krahn,A.Ahmed,K.WormnesandC.Menon,Climbingwithstructureddryadhesives:stickyrobotsforscalingsmoothverticalsurfaces,the12thSymposiumonAdvancedSpaceTechnologiesinRoboticsandAutomation,2013；P.Birkmeyer,A.G.Gillies,R.S.Fearing,Dynamicclimbingofnear-verticalsmoothsurfaces,theIEEE/RSJInternationalConferenceonIntelligentRobotsandSystems,Vilamoura,Algarve,Portugal,pp:286-292,2012；B.Aksak,M.P.MurphyandM.Sitti,GeckoInspiredMicro-FibrillarAdhesivesforWallClimbingRobotsonMicro/NanoscaleRoughSurfaces,IEEEInternationalConferenceonRoboticsandAutomation,Pasadena,CA,USA,pp:3058-3063,2008；T.Seo,M.Sitti,Tank-LikeModule-BasedClimbingRobotUsingPassiveCompliantJoints,IEEE/ASMETRANSACTIONSONMECHATRONICS,Vol.18,No.1,pp:397-408,2013.）。文献（R.Chen,R.Liu,J.ChenandJ.Zhang,AGeckoInspiredWall-climbingRobotBasedonElectrostaticAdhesionMechanism,ProceedingoftheIEEEInternationalConferenceonRoboticsandBiomimetics,Shenzhen,China,pp:396-401,2013.；S.Kim,M.Spenko,S.Trujillo,B.Heyneman,V.Mattoli,M.R.Cutkosky,Wholebodyadhesion:hierarchical,directionalanddistributedcontrolofadhesiveforcesforaclimbingrobot,2007IEEEInternationalConferenceonRoboticsandAutomation,Roma,Italy,pp:1268-1273,2007）中了解可知，相似的粘附机器人脚掌只具有简单的脱附拉线传动，不具有主动粘附功能，且在空间表面适应性和三维接触力感知方面并未开展研究。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种具有主动粘/脱附的接触力自感知与自适应仿壁虎脚掌，该脚掌具有主动粘附和脱附运动功能、满足三维接触力感知和空间表面自适应要求，可应用于微小型粘附足式机器人结构设计中。一种主动粘/脱附的接触力自感知与自适应仿壁虎脚掌，包括小腿梁、一维力传感器、Z向应变片、牵线舵机支架、旋转支撑架、旋转支撑架a孔、旋转支撑架b孔、旋转支撑架c孔、旋转支撑架d孔、牵线舵机、旋转法兰、旋转法兰a端、旋转法兰b端、旋转法兰c端、旋转法兰d端、二维力传感器、二维力传感器一号孔、二维力传感器二号孔、二维力传感器三号孔、二维力传感器四号孔、X向应变片、Y向应变片、右螺钉、左螺钉、球头、球关节上盖、球关节上盖a孔、球关节上盖b孔、球关节上盖c孔、球关节上盖d孔、球关节下盖、一号脚趾片、一号脚趾片一号端、一号脚趾片二号端、一号脚趾片三号端、一号脚趾片四号端、一号脚趾片a脱附线、一号脚趾片b脱附线、一号脚趾片c粘附线、一号脚趾片d粘附线、二号脚趾片、二号脚趾片一号端、二号脚趾片二号端、二号脚趾片三号端、二号脚趾片四号端、二号脚趾片a脱附线、二号脚趾片b脱附线、二号脚趾片c粘附线、二号脚趾片d粘附线、三号脚趾片、三号脚趾片一号端、三号脚趾片二号端、三号脚趾片三号端、三号脚趾片四号端、三号脚趾片a脱附线、三号脚趾片b脱附线、三号脚趾片c粘附线、三号脚趾片d粘附线、四号脚趾片、四号脚趾片一号端、四号脚趾片二号端、四号脚趾片三号端、四号脚趾片四号端、四号脚趾片a脱附线、四号脚趾片b脱附线、四号脚趾片c粘附线、四号脚趾片d粘附线、一号脚趾片粘附材料、二号脚趾片粘附材料、三号脚趾片粘附材料、四号脚趾片粘附材料、一号脚趾片a弹簧、一号脚趾片b弹簧、二号脚趾片a弹簧、二号脚趾片b弹簧、三号脚趾片a弹簧、三号脚趾片b弹簧、四号脚趾片a弹簧、四号脚趾片b弹簧。定义三维坐标系，Z轴为脚掌向上方向，Y轴为脚掌向后方向，X轴为脚掌向左方向。该具有主动粘/脱附的接触力自感知与自适应仿壁虎脚掌，其中一维力传感器一端与小腿梁固定，另一端与牵线舵机支架固定；一维力传感器的XY面贴有Z向应变片；牵线舵机置于牵线舵机支架内；旋转支撑架固定于牵线舵机支架上方，牵线舵机输出轴平行Z轴，牵线舵机输出轴穿出旋转支撑架，并与旋转法兰固定；二维力传感器顶端与牵线舵机支架下端固定，二维力传感器的YZ面和XZ面分别贴有X向应变片和Y向应变片。球头的上部为杆端、下部为球端，球头的杆端与二维力传感器底端固定，其中球关节盖由球关节上盖和球关节下盖组成，两者固定并将球头的球端包裹在内；球关节盖有四个均布的侧表面，每个侧表面固定有一脚趾片，每个脚趾片下方贴有粘附材料；球关节盖的每个侧表面与二维力传感器之间安装有弹簧。上述四个脚趾片按逆时针方向依次称为一号脚趾片、二号脚趾片、三号脚趾片、四号脚趾片；每个脚趾片前部两端和根部两侧各有一个定位端；其中一号脚趾片按逆时针方向前部两端的定位端依次为一号脚趾片一号端、一号脚趾片二号端，根部两侧的定位端依次为一号脚趾片三号端、一号脚趾片四号端；其中二号脚趾片按逆时针方向前部两端的定位端依次为二号脚趾片一号端、二号脚趾片二号端，根部两侧的定位端依次为二号脚趾片三号端、二号脚趾片四号端；其中三号脚趾片按逆时针方向前部两端的定位端依次为三号脚趾片一号端、三号脚趾片二号端，根部两侧的定位端依次为三号脚趾片三号端、三号脚趾片四本文档来自技高网...

【技术保护点】
一个具有主动粘/脱附的接触力自感知与自适应仿壁虎脚掌，安装于小腿梁上，其特征在于:定义三维坐标系，Z轴为脚掌向上方向，Y轴为脚掌向后方向，X轴为脚掌向左方向；该具有主动粘/脱附的接触力自感知与自适应仿壁虎脚掌包括一维力传感器（2）、牵线舵机支架(3)、牵线舵机(5)、旋转支撑架(4)、旋转法兰(6)、二维力传感器(7)、球头(8)、球关节盖；其中一维力传感器(2)一端与小腿梁固定，另一端与牵线舵机支架(3)固定；一维力传感器(2)的XY面贴有Z向应变片(2a)；其中牵线舵机(5)置于牵线舵机支架(3)内；其中旋转支撑架(4)固定于牵线舵机支架(3)上方，牵线舵机(5)输出轴平行Z轴，牵线舵机(5)输出轴穿出旋转支撑架(4)，并与旋转法兰(6)固定；其中二维力传感器(7)顶端与牵线舵机支架(3)下端固定，二维力传感器(7)的YZ面和XZ面分别贴有X向应变片(7a)和Y向应变片(7b)；其中球头(8)的上部为杆端、下部为球端，球头的杆端与二维力传感器(7)底端固定，其中球关节盖由球关节上盖(9)和球关节下盖(10)组成，两者固定并将球头(8)的球端包裹在内；球关节盖有四个均布的侧表面，每个侧表面固定有一脚趾片，每个脚趾片下方贴有粘附材料；球关节盖的每个侧表面与二维力传感器（7）之间安装有弹簧；上述四个脚趾片按逆时针方向依次称为一号脚趾片（11）、二号脚趾片（12）、三号脚趾片(13)、四号脚趾片(14)；每个脚趾片前部两端和根部两侧各有一个定位端；其中一号脚趾片（11）按逆时针方向前部两端的定位端依次为一号脚趾片一号端（11‑1）、一号脚趾片二号端（11‑2），根部两侧的定位端依次为一号脚趾片三号端（11‑3）、一号脚趾片四号端（11‑4），其中二号脚趾片（12）按逆时针方向前部两端的定位端依次为二号脚趾片一号端（12‑1）、二号脚趾片二号端（12‑2），根部两侧的定位端依次为二号脚趾片三号端（12‑3）、二号脚趾片四号端（12‑4），其中三号脚趾片（13）按逆时针方向前部两端的定位端依次为三号脚趾片一号端（13‑1）、三号脚趾片二号端（13‑2），根部两侧的定位端依次为三号脚趾片三号端（13‑3）、三号脚趾片四号端（13‑4），其中四号脚趾片（14）按逆时针方向前部两端的定位端依次为四号脚趾片一号端（14‑1）、四号脚趾片二号端（14‑2），根部两侧的定位端依次为四号脚趾片三号端（14‑3）、四号脚趾片四号端（14‑4）；其中球关节盖的均匀布置四个轴向通孔，对应一号脚趾片（11）和二号脚趾片（12）之间的通孔称作球关节盖c孔（9c），对应二号脚趾片（12）和三号脚趾片（13）之间的通孔称作球关节盖d孔(9d)，对应三号脚趾片（13）和四号脚趾片（14）之间的通孔称作球关节盖a孔(9a)，对应四号脚趾片（14）和一号脚趾片（11）之间的通孔称作球关节盖b孔(9b)；其中二维力传感器（7）底部均匀布置四个轴向通孔，对应一号脚趾片（11）和二号脚趾片（12）之间的通孔称二维力传感器一号孔（7‑1），对应二号脚趾片（12）和三号脚趾片（13）之间的通孔称作二维力传感器二号孔（7‑2），对应三号脚趾片（13）和四号脚趾片（14）之间的通孔称作二维力传感器三号孔（7‑3），对应四号脚趾片（14）和一号脚趾片（11）之间的通孔称作二维力传感器四号孔（7‑4）；其中旋转支撑架（4）按逆时针方向均匀设置四个通孔，依次称为旋转支撑架a孔（4a）、旋转支撑架b孔（4b）、旋转支撑架c孔（4c）、旋转支撑架d孔（4d）；其中旋转法兰（6）按逆时针方向均匀设置四个固定端，依次称为旋转法兰a端（6a）、旋转法兰b端（6b）、旋转法兰c端（6c）、旋转法兰d端（6d）；该脚掌设置有16根线，分别为一号脚趾a脱附线(11a)、一号脚趾b脱附线(11b)、一号脚趾c粘附线(11c)、一号脚趾d粘附线(11d)、二号脚趾a脱附线(12a)、二号脚趾b脱附线(12b)、二号脚趾c粘附线(12c)、二号脚趾d粘附线(12d)、三号脚趾a脱附线(13a)、三号脚趾b脱附线(13b)、三号脚趾c粘附线(13c)、三号脚趾d粘附线(13d)、四号脚趾a脱附线(14a)、四号脚趾b脱附线(14b)、四号脚趾c粘附线(14c)、四号脚趾d粘附线(14d)；其中一号脚趾b脱附线(11b)一端固定于一号脚趾片二号端（11‑2），通过旋转支撑架a孔（4a）后，另一端固定于旋转法兰a端（6a）；其中二号脚趾a脱附线(12a) 一端固定于二号脚趾片一号端（12‑1），通过旋转支撑架a孔（4a）后，另一端固定于旋转法兰a端（6a）；其中二号脚趾b脱附线(12b)一端固定于二号脚趾片二号端（12‑2），通过旋转支撑架b孔（4b）后，另一端固定于旋转法兰b端（6b）；其中三号脚趾a脱附线(13...

【技术特征摘要】
1.一个具有主动粘/脱附的接触力自感知与自适应仿壁虎脚掌，安装于小腿梁上，其特征在于:定义三维坐标系，Z轴为脚掌向上方向，Y轴为脚掌向后方向，X轴为脚掌向左方向；该具有主动粘/脱附的接触力自感知与自适应仿壁虎脚掌包括一维力传感器（2）、牵线舵机支架(3)、牵线舵机(5)、旋转支撑架(4)、旋转法兰(6)、二维力传感器(7)、球头(8)、球关节盖；其中一维力传感器(2)一端与小腿梁固定，另一端与牵线舵机支架(3)固定；一维力传感器(2)的XY面贴有Z向应变片(2a)；其中牵线舵机(5)置于牵线舵机支架(3)内；其中旋转支撑架(4)固定于牵线舵机支架(3)上方，牵线舵机(5)输出轴平行Z轴，牵线舵机(5)输出轴穿出旋转支撑架(4)，并与旋转法兰(6)固定；其中二维力传感器(7)顶端与牵线舵机支架(3)下端固定，二维力传感器(7)的YZ面和XZ面分别贴有X向应变片(7a)和Y向应变片(7b)；其中球头(8)的上部为杆端、下部为球端，球头的杆端与二维力传感器(7)底端固定，其中球关节盖由球关节上盖(9)和球关节下盖(10)组成，两者固定并将球头(8)的球端包裹在内；球关节盖有四个均布的侧表面，每个侧表面固定有一脚趾片，每个脚趾片下方贴有粘附材料；球关节盖的每个侧表面与二维力传感器（7）之间安装有弹簧；上述四个脚趾片按逆时针方向依次称为一号脚趾片（11）、二号脚趾片（12）、三号脚趾片(13)、四号脚趾片(14)；每个脚趾片前部两端和根部两侧各有一个定位端；其中一号脚趾片（11）按逆时针方向前部两端的定位端依次为一号脚趾片一号端（11-1）、一号脚趾片二号端（11-2），根部两侧的定位端依次为一号脚趾片三号端（11-3）、一号脚趾片四号端（11-4），其中二号脚趾片（12）按逆时针方向前部两端的定位端依次为二号脚趾片一号端（12-1）、二号脚趾片二号端（12-2），根部两侧的定位端依次为二号脚趾片三号端（12-3）、二号脚趾片四号端（12-4），其中三号脚趾片（13）按逆时针方向前部两端的定位端依次为三号脚趾片一号端（13-1）、三号脚趾片二号端（13-2），根部两侧的定位端依次为三号脚趾片三号端（13-3）、三号脚趾片四号端（13-4），其中四号脚趾片（14）按逆时针方向前部两端的定位端依次为四号脚趾片一号端（14-1）、四号脚趾片二号端（14-2），根部两侧的定位端依次为四号脚趾片三号端（14-3）、四号脚趾片四号端（14-4）；其中球关节盖的均匀布置四个轴向通孔，对应一号脚趾片（11）和二号脚趾片（12）之间的通孔称作球关节盖c孔（9c），对应二号脚趾片（12）和三号脚趾片（13）之间的通孔称作球关节盖d孔(9d)，对应三号脚趾片（13）和四号脚趾片（14）之间的通孔称作球关节盖a孔(9a)，对应四号脚趾片（14）和一号脚趾片（11）之间的通孔称作球关节盖b孔(9b)；其中二维力传感器（7）底部均匀布置四个轴向通孔，对应一号脚趾片（11）和二号脚趾片（12）之间的通孔称二维力传感器一号孔（7-1），对应二号脚趾片（12）和三号脚趾片（13）之间的通孔称作二维力传感器二号孔（7-2），对应三号脚趾片（13）和四号脚趾片（14）之间的通孔称作二维力传感器三号孔（7-3），对应四号脚趾片（14）和一号脚趾片（11）之间的通孔称作二维力传感器四号孔（7-4）；其中旋转支撑架（4）按逆时针方向均匀设置四个通孔，依次称为旋转支撑架a孔（4a）、旋转支撑架b孔（4b）、旋转支撑架c孔（4c）、旋转支撑架d孔（4d）；其中旋转法兰（6）按逆时针方向均匀设置四个固定端，依次称为旋转法兰a端（6a）、旋转法兰b端（6b）、旋转法兰c端（6c）、旋转...

【专利技术属性】
技术研发人员：俞志伟，谢家兴，石叶，杨新海，杨斌，戴振东，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32