一种基于钩爪与黏附足垫协同作用的仿生爬壁机器人制造技术

本发明专利技术提供了一种基于钩爪与黏附足垫协同作用的仿生爬壁机器人，爬壁机器人的前机体与后机体之间设置有柔性脊椎作为腰部关节，柔性脊椎由万向节、弹簧和脊椎架组成，使得爬壁机器人在爬行过程中能够实现小半径转弯功能。本发明专利技术所述爬壁机器人的附着装置中的脚掌包括了钩爪式脚掌和黏附垫式脚掌，在俯仰舵机和进退舵机的综合控制下，使得爬壁机器人不仅能实现在竖直的砖墙面、混凝土表面等粗糙壁面爬行，还能实现在竖直的玻璃面、亚克力板面等光滑壁面爬行，具有良好的环境适应能力和爬行能力。本发明专利技术通过阻尼转轴将爬壁机器人尾巴与后机体连接，可以调节尾巴角度，抵抗爬行时的倾覆力矩，保证爬行的稳定性。保证爬行的稳定性。保证爬行的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于钩爪与黏附足垫协同作用的仿生爬壁机器人


[0001]本专利技术属于攀爬机器人
，尤其涉及一种基于钩爪与黏附足垫协同作用的仿生爬壁机器人。

技术介绍

[0002]爬壁机器人是指能够在地面、墙面或天花板上自如运动的可控移动平台系统，是特种机器人的重要分支。爬壁机器人在反恐、救援、首脑保卫、特种侦察等有关公共和国家安全领域以及在狭小空间检测、城市市容服务等行业均具有广泛的应用。
[0003]目前，针对能够在不同粗糙度壁面甚至是天花板爬行的机器人的研究成果已有不少，但是距离真正实用还有较长的一段路要走，其中关键就在于大多数爬壁机器人仅能完成单一壁面的爬壁功能，无法像自然界诸多爬壁生物一样可以同时在粗糙与光滑表面爬行，更无法如同壁虎等生物一样在壁面上弯曲爬行，以上这些都制约着爬壁机器人技术的进一步发展和实际应用前景，成为了爬壁机器人领域亟待突破的技术问题。
[0004]目前国内外比较有代表性的能够在光滑与粗糙壁面爬行的机器人，包括中国科学技术大学的多模式轮履型仿生爬壁机器人和美国JPL（喷气推进实验室）的LEMUR 3机器人。这些机器人可以在一定程度上实现不同壁面爬行功能，但也存在着以下方面的不足：（1）爬壁机器人没有腰部关节，难以实现壁面小半径转弯功能；（2）爬壁机器人整体结构与控制相对复杂，制作工艺较难，不易于实现。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在的不足，本专利技术提供了一种基于钩爪与黏附足垫协同作用的仿生爬壁机器人，基于俯仰舵机和进退舵机的综合控制，利用钩爪式脚掌或黏附式脚掌，能够实现在粗糙壁面或光滑壁面的爬行动作，具有良好的环境适应能力。
[0006]本专利技术是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
[0007]一种基于钩爪与黏附足垫协同作用的仿生爬壁机器人，包括安装有控制装置的前机体，前机体通过柔性脊椎与后机体连接；前机体两侧、后机体两侧均对称安装有一组附着装置，前机体以及后机体上均对称安装有两个进退舵机，附着装置通过连接板与进退舵机连接；附着装置包括俯仰舵机架，仰舵机架相对的两侧壁上均安装有俯仰舵机，两个俯仰舵机的输出轴均分别连接有齿轮组，靠近柔性脊椎的齿轮组通过连杆与钩爪式脚掌连接，远离柔性脊椎的齿轮组通过第二L型连片与黏附垫式脚掌连接；进退舵机、俯仰舵机架均与控制装置信号连接。
[0008]进一步地，靠近所述柔性脊椎的俯仰舵机输出轴与第一主动齿轮连接，第一主动齿轮与安装在俯仰舵机架一侧的第一被动齿轮啮合传动，第一被动齿轮上固定有连杆，连杆另一端固定有钩爪式脚掌，钩爪式脚掌末端下表面安装有钩爪。
[0009]进一步地，远离所述柔性脊椎的俯仰舵机输出轴与第二主动齿轮连接，第二主动
齿轮与安装在俯仰舵机架另一侧的第二被动齿轮啮合传动；第二主动齿轮以及第二被动齿轮上均固定有第二L型连片，第二L型连片另一端下表面均安装有黏附垫式脚掌，黏附垫式脚掌下表面均安装有仿生黏附垫。
[0010]进一步地，所述俯仰舵机架底部安装有第一连接板，第一连接板另一端对称安装有两个第二连接板，第二连接板均与进退舵机的输出轴连接。
[0011]进一步地，所述后机体的后端通过阻尼转轴安装有尾巴，尾巴为倒三角结构，尾巴末端贴在爬行壁面上。
[0012]进一步地，所述柔性脊椎包括万向节、弹簧以及脊椎架，脊椎架分为前端脊椎架、后端脊椎架、中部脊椎架，其中，前端脊椎架一侧、后端脊椎架一侧、中部脊椎架两侧均设置有用于安装万向节的空心圆柱状凸起，脊椎架之间通过万向节相连，弹簧套设在万向节上。
[0013]进一步地，所述脊椎架由树脂材料经3D打印制成。
[0014]进一步地，所述柔性脊椎两端均通过第一L型连片分别固定在前机体和后机体上。
[0015]进一步地，所述控制装置是以STM32为主控芯片的主控制板。
[0016]进一步地，所述爬壁机器人中的舵机驱动板采用5V供电，由7.4V的锂电池经过稳压模块后供给。
[0017]本专利技术具有如下有益效果：本专利技术所提供的爬壁机器人附着装置中的脚掌包括了钩爪式脚掌和黏附垫式脚掌，使得爬壁机器人不仅能实现在竖直的砖墙面、混凝土表面等粗糙壁面爬行，还能实现在竖直的玻璃面、亚克力板面等光滑壁面爬行，适用范围更广。本专利技术在前机体与后机体之间设置了柔性脊椎作为爬壁机器人的腰部关节，使得爬壁机器人在爬行过程中能够实现小半径转弯功能，运动更加灵活。
[0018]此外，本专利技术通过阻尼转轴将爬壁机器人尾巴与后机体连接，可以调节尾巴角度，抵抗爬行时的倾覆力矩，保证爬行的稳定性。本专利技术所提供的爬壁机器人整体结构易于设计，爬行稳定性好，易于控制，附着机构安排合理，具有良好的环境适应能力和爬行能力。
附图说明
[0019]图1为本专利技术所述爬壁机器人结构示意图；图2为本专利技术所述柔性脊椎结构示意图；图3为本专利技术所述附着装置结构示意图；图4为本专利技术所述爬壁机器人俯视图；图5为本专利技术所述爬壁机器人侧面结构示意图。
[0020]图中：1
‑
前机体；2
‑
控制装置；3
‑
附着装置；300
‑
俯仰舵机架；301
‑
俯仰舵机；302
‑
第一主动齿轮；303
‑
第一被动齿轮；304
‑
第二主动齿轮；305
‑
第二被动齿轮；306
‑
钩爪式脚掌；307
‑
黏附垫式脚掌；308
‑
第二L型连片；309
‑
连杆；310
‑
第一连接板；311
‑
第二连接板；4
‑
柔性脊椎；400
‑
万向节；401
‑
弹簧；402
‑
脊椎架；5
‑
后机体；6
‑
进退舵机；7
‑
尾巴。
具体实施方式
[0021]下面结合附图以及具体实施例对本专利技术作进一步的说明，但本专利技术的保护范围并不限于此。
[0022]在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术，因此不能理解为对本专利技术的限制；术语“第一”、“第二”的使用也均是为了区分各名称相同的部件，因此不能理解为对本专利技术的限制；术语“安装”、“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体的连接，可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通；对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。
[0023]如图1、4、5所示，本专利技术所述的基于钩爪与黏附足垫协同作用的仿生爬壁机器人，包括前机体1、控制装置2、柔性脊椎4、后机体5、附着装置3以及尾巴7。控制装置2安装在前机体1上，前机体1与后机体5之间通过柔性脊椎4连接本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于钩爪与黏附足垫协同作用的仿生爬壁机器人，其特征在于，包括安装有控制装置（2）的前机体（1），前机体（1）通过柔性脊椎（4）与后机体（5）连接；前机体（1）两侧、后机体（5）两侧均对称安装有一组附着装置（3），前机体（1）以及后机体（5）上均对称安装有两个进退舵机（6），附着装置（3）通过连接板与进退舵机（6）连接；附着装置（3）包括俯仰舵机架（300），仰舵机架（300）相对的两侧壁上均安装有俯仰舵机（301），两个俯仰舵机（301）的输出轴均分别连接有齿轮组，靠近柔性脊椎（4）的齿轮组通过连杆（309）与钩爪式脚掌（306）连接，远离柔性脊椎（4）的齿轮组通过第二L型连片（308）与黏附垫式脚掌（307）连接；进退舵机（6）、俯仰舵机架（300）均与控制装置（2）信号连接。2.根据权利要求1所述的基于钩爪与黏附足垫协同作用的仿生爬壁机器人，其特征在于，靠近所述柔性脊椎（4）的俯仰舵机（301）输出轴与第一主动齿轮（302）连接，第一主动齿轮（302）与安装在俯仰舵机架（300）一侧的第一被动齿轮（303）啮合传动，第一被动齿轮（303）上固...

【专利技术属性】
技术研发人员：吉爱红，韩青非，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：