一种仿螽斯运动形态的多模式仿生爬壁机器人制造技术

本发明专利技术涉及机器人技术领域，尤其是一种仿螽斯运动形态的多模式仿生爬壁机器人，包括躯干主体，所述躯干主体下部设有若干足部驱动机构，所述足部驱动机构上设置有与壁面接触的足端协同附着机构，所述躯干主体上设有无线接收器，通过无线接收器接收信号并控制躯干主体上若干足部驱动机构相互联动，同时控制足端协同附着机构与壁面接触或脱离，从而实现机器人攀爬或跳跃，创新地结合了主动调控“抓附‑黏附”结构以及连杆机构，可实现在多种复杂壁面的爬行与跳跃。

【技术实现步骤摘要】
一种仿螽斯运动形态的多模式仿生爬壁机器人
本专利技术涉及机器人
，尤其是涉及一种仿螽斯运动形态的多模式仿生爬壁机器人。
技术介绍
传统爬壁机器人采用的真空、强磁壁面附着方式仅适用于特定的应用场景，如真空附着主要面向于光滑无尘壁面，在粗糙壁面或负压环境中容易失效；强磁吸附只能用于导磁表面，此外，这些传统的爬壁机器人耗能较高、工作噪声较大，难以做到小型化、轻量化，无法实现狭小区域的作业。科研人员通过模仿壁虎、蜘蛛、昆虫等生物特殊的附着与运动能力，开发出了一系列的黏附及爪刺式仿生攀爬机器人，其黏附材料虽可用于多种光滑壁面的附着，但在黏附、脱附过程中需要较大的按压力与脱附力，其爪刺附着方式可适用于部分粗糙壁面，然而当壁面形貌特征变化较大时，抓附点往往也会存在失效现象。主要原因在于：当前仿生机构未考虑多种附着方式的相互协同作用，很大程度上限制了其自身的运动能力和自主性。面向机器人在三维空间壁面长时间执行检测、侦察、潜伏等任务，对机器人在不同壁面的攀爬、快速过渡能力提出了极高的要求，而现有的仿生爬壁机器人难以胜任，故亟需研究高效稳定的壁面攀爬技术。当前攀爬机器人附着方式相对较为单一，壁面适应能力较差，缺乏多种附着方式之间的协同作用，仿生攀爬机器人大多不具备壁面快速跳跃过渡能力，而跳跃机器人也未曾有应用于爬壁作业中的案例。因此，面向三维壁面空间内机器人自由、灵活、稳定运动的要求，开展兼具主动调控协同附着机构以及壁面间快速切换机制的攀爬机器人研究，是当前爬壁
亟需解决的问题之一，本项目的研究将为仿生爬壁机器人多种壁面适应性开启新的研究思路，具有重要的理论价值和实际的应用前景。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：为了克服现有技术中攀爬机器人附着方式相对较为单一、壁面适应能力较差和不具备壁面快速跳跃过渡能力的问题，提供一种仿螽斯运动形态的多模式仿生爬壁机器人，在爬壁过程中，在同一时刻保持三条腿处于支撑相状态，另外三条腿处于悬空相状态，机器人重心处于三条支撑足组成的三角形之中；通过控制前足、中足以及后足的交替动作，实现机器人在壁面全方位移动；在壁面跳跃过渡过程中，调节前足、中足各个起跳姿态，后足利用电机功率调制作用带动八连杆串联机构伸展与收缩，实现机器人空中姿态的调整以及壁面柔性主动调控接触。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种仿螽斯运动形态的多模式仿生爬壁机器人，包括躯干主体，所述躯干主体下部设有若干足部驱动机构，所述足部驱动机构上设置有与壁面接触的足端协同附着机构，所述躯干主体上设有无线接收器，通过无线接收器接收信号并控制躯干主体上若干足部驱动机构相互联动，同时控制足端协同附着机构与壁面接触或脱离，从而实现机器人攀爬或跳跃；所述足端协同附着机构包括连接板，所述连接板上设有电机，所述连接板下表面设有爪刺，所述连接板上设有浮动支座，所述浮动支座与连接板上开设的气体腔之间密封滑动式连接，所述气体腔内滑动设置有挤压活塞，所述挤压活塞与电机输出端传动连接，所述浮动支座下端面上设有若干足垫。所述足部驱动机构由若干前驱足部驱动机构和后驱跳跃机构构成，且前驱足部驱动机构和后驱跳跃机构均对称设置于躯干主体下部两侧。所述前驱足部驱动机构包括第一关节组件、第二关节组件、第三关节组件、大腿杆部和小腿杆部，所述第一关节组件固定于躯干主体上，且与大腿杆部传动连接并能够驱动大腿杆部往复偏转，所述大腿杆部另一端固定连接第二关节组件，所述第二关节组件传动连接小腿杆部并能够驱动小腿杆部往复偏转，所述小腿杆部另一端固定连接第三关节组件，所述第三关节组件传动连接足端协同附着机构并能够驱动足端协同附着机构往复偏转。所述后驱跳跃机构包括用于保机器人在跳跃初始-接触全周期阶段均能与机器人腹部保持水平的连杆机构、转动关节组件和阻尼缓冲机构，所述转动关节组件固定于躯干主体侧后端，所述转动关节组件传动连接连杆机构，所述阻尼缓冲机构固定于躯干主体后侧面，且与连杆机构传动连接，所述足端协同附着机构连接于连杆机构下端。所述连杆机构包括第一连杆机构和第二连杆机构，所述第一连杆机构包括第一杆、第二杆和第三杆，所述第一杆的一端与第二杆的一端铰接，所述第三杆的一端和第一杆的另一端铰接，所述第三杆的另一端与第二杆的另一端铰接，所述第二连杆机构包括第四杆、第五杆和第六杆，所述第四杆的一端与第五杆的一端铰接，所述第四杆的另一端与第六杆的一端铰接，所述第五杆的另一端与第二杆铰接，所述第六杆的另一端与第三杆铰接，所述第四杆、第五杆、第六杆和第五杆的铰接点及第六杆的铰接点之间形成四连杆机构。所述阻尼缓冲机构由磁流变阻尼器和功率调制电机构成，其功率调制电机输出端传动连接连杆机构。功率调制电机带动连杆机构实现机器人的跳跃功能，通过控制磁流变阻尼器电流大小，改变磁流变液的刚度系数，可实现附着机构在壁面接触过程中的柔顺过渡，同时，也可减少冲击载荷对功率调制电机的影响。连杆机构确保机器人在跳跃初始-接触全周期阶段均能与机器人腹部保持水平，确保机器人接触壁面时的姿态一致性。第一关节组件、第二关节组件、第三关节组件和转动关节组件均为驱动电机及设置在驱动电机输出端的齿轮组件，第一关节组件、第二关节组件和第三关节组件用来调节大腿杆部和小腿杆部的关节角度。转动关节组件用于调节转动连杆机构的角度。为了给予躯干主体足够的支撑性和稳定性，在躯干主体前部两侧各设置一个前驱足部驱动机构，在躯干主体中部两侧各设置一个前驱足部驱动机构。前驱足部驱动机构包括三个关节组件，分别实现足部的偏转、翻滚姿态调整，每个末端关节均连接足端协同附着机构，同螽斯足部自由度驱动方式类似。躯干主体前端头部设有两根无线接收器。足垫由聚氨酯制成。聚氨酯通过形状沉积工艺以及硅片刻蚀工艺制作而成，在足垫的表面有微纳米级的特征，通过微观角度下的范德华力作用，实现足垫与壁面稳定附着，机器人从悬空到与壁面接触的过程，通过控制磁流变阻尼器电流大小，改变磁流变液的刚度系数，可实现附着机构在壁面接触过程中的柔顺过渡，同时，也可减少冲击载荷对电机的影响，连杆机构确保机器人在跳跃初始-接触全周期阶段均能与机器人腹部保持水平，确保机器人接触壁面时的姿态一致性，连杆运动机构能够始终保持后驱跳跃机构“黏附-抓附”，足端协同附着机构与壁面接触时，始终保持与壁面的平行接触，无需通过调整功率调制电机以及转动关节组件改变接触姿态。本专利技术的有益效果是：本专利技术具有以下优点：1.本专利技术提供的一种仿螽斯运动形态的多模式仿生爬壁机器人，创新地结合了主动调控“抓附-黏附”结构以及连杆机构，可实现在多种复杂壁面的爬行与跳跃。2.机器人在爬壁过程中，采用的运动方式为三角步态，即：在同一时刻保持三条腿处于支撑相状态，另外三条腿处于悬空相状态，机器人重心处于三条支撑足组成的三角形之中。通过控制前足、中足以及后足的交替动作，实现机器人在壁面全方位移动。在壁面跳跃过渡过程中，调节前足、中足各个起跳姿态，后足利用电机功率调制作用带动八连杆串联机构伸展与收缩，实现机器人空中姿态的调整以及壁面柔性主动调控本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种仿螽斯运动形态的多模式仿生爬壁机器人，包括躯干主体(1)，其特征在于：所述躯干主体(1)下部设有若干足部驱动机构(2)，所述足部驱动机构(2)上设置有与壁面接触的足端协同附着机构(46)，所述躯干主体(1)上设有无线接收器(3)，通过无线接收器(3)接收信号并控制躯干主体(1)上若干足部驱动机构(2)相互联动，同时控制足端协同附着机构(46)与壁面接触或脱离，从而实现机器人攀爬或跳跃；/n所述足端协同附着机构(46)包括连接板(461)，所述连接板(461)上设有电机(462)，所述连接板(461)下表面设有爪刺(463)，所述连接板(461)上设有浮动支座(464)，所述浮动支座(464)与连接板(461)上开设的气体腔(465)之间密封滑动式连接，所述气体腔(465)内滑动设置有挤压活塞(466)，所述挤压活塞(466)与电机(462)输出端传动连接，所述浮动支座(464)下端面上设有若干足垫(467)。/n

【技术特征摘要】
1.一种仿螽斯运动形态的多模式仿生爬壁机器人，包括躯干主体(1)，其特征在于：所述躯干主体(1)下部设有若干足部驱动机构(2)，所述足部驱动机构(2)上设置有与壁面接触的足端协同附着机构(46)，所述躯干主体(1)上设有无线接收器(3)，通过无线接收器(3)接收信号并控制躯干主体(1)上若干足部驱动机构(2)相互联动，同时控制足端协同附着机构(46)与壁面接触或脱离，从而实现机器人攀爬或跳跃；
所述足端协同附着机构(46)包括连接板(461)，所述连接板(461)上设有电机(462)，所述连接板(461)下表面设有爪刺(463)，所述连接板(461)上设有浮动支座(464)，所述浮动支座(464)与连接板(461)上开设的气体腔(465)之间密封滑动式连接，所述气体腔(465)内滑动设置有挤压活塞(466)，所述挤压活塞(466)与电机(462)输出端传动连接，所述浮动支座(464)下端面上设有若干足垫(467)。


2.如权利要求1所述的一种仿螽斯运动形态的多模式仿生爬壁机器人，其特征在于：所述足部驱动机构(2)由若干前驱足部驱动机构(4)和后驱跳跃机构(5)构成，且前驱足部驱动机构(4)和后驱跳跃机构(5)均对称设置于躯干主体下部两侧。


3.如权利要求2所述的一种仿螽斯运动形态的多模式仿生爬壁机器人，其特征在于：所述前驱足部驱动机构(4)包括第一关节组件(41)、第二关节组件(42)、第三关节组件(43)、大腿杆部(44)和小腿杆部(45)，所述第一关节组件(41)固定于躯干主体(1)上，且与大腿杆部(44)传动连接并能够驱动大腿杆部(44)往复偏转，所述大腿杆部(44)另一端固定连接第二关节组件(42)，所述第二关节组件(42)传动连接小腿杆部(45)并能够驱动小腿杆部(45)往复偏转，所述小腿杆部(45)另一端固定连接第三关节组件(43)，所述第三关节组件(43)传动连接足端协同附着机构(46)并能够驱动足端协同附着机构(46)往复偏转。


4.如权利要求2所述的一种仿螽斯运动形态的多模式仿生爬壁机器人，其特征在于：所述后驱跳跃机构(5)包括用于保机器人在跳跃初始-接触全周期阶段均能与机器人腹部保持水平的连杆机构(51)、转动关节组件(52)和阻尼缓冲机构(53)，所述转...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘进福，蒋正炎，李娟，马锋，秦丹鹏，张硕，林思恒，黄丹敏，夏川伟，王宇杰，
申请(专利权)人：常州工业职业技术学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32