一种具备姿态调控功能的变结构攀爬机器人制造技术

本发明专利技术属于攀爬机器人技术领域，涉及一种具备姿态调控功能的变结构攀爬机器人，包括若干个设于底盘系统上的粘附轮系统；所述粘附轮系统包括柔性磁敏橡胶粘附层、轮毂、驱动电机；所述柔性磁敏橡胶粘附层覆贴于所述轮毂的外圈上；所述驱动电机固定设于所述底盘系统上，并与轮毂连接，驱动轮毂转动；所述柔性磁敏橡胶粘附层与轮毂之间设有用于检测轮毂压力变化的环形压阻传感器；所述柔性磁敏橡胶粘附层采用磁流变弹性体材料制成；所述轮毂的内圈中还设有电磁感应线圈，通过控制所述电磁感应线圈产生的磁场，实现所述柔性磁敏橡胶粘附层表面摩擦系数的改变。本发明专利技术借鉴壁虎科动物足端的粘附特性与攀附机理，具备姿态检测及结构可调控等优点。调控等优点。调控等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种具备姿态调控功能的变结构攀爬机器人


[0001]本专利技术属于攀爬机器人
，涉及一种具备姿态调控功能的变结构攀爬机器人。

技术介绍

[0002]对高山大桥、建筑楼宇等的安全监测、健康维护，以及对隧道涵洞、矿井等狭隘陡峭地形的勘探一直以来都是工程界的难题。针对这类壁面凹凸不平整、垂直与倾斜共存、作业空间通常为高空的环境，传统人工作业方式高危、低效、高成本、低质量。
[0003]攀爬机器人有望代替人工实现高空安全作业，目前攀爬机器人根据粘附方式的差异主要分为永磁或电磁吸附、负压吸附、静电吸附等，如Stickybot，Geckobot，Tankbot，Waalbot等，张东文人研发了基于永磁铁吸附的攀爬机器人在铁质介面攀附具有强稳定性、运动速度快`特点，但是攀附表面单一，无法实现在复杂介质表面攀爬，此类攀爬机器人仅适用于船体、钢架等金属材质；杨文昊等基于负压吸附设计了负压吸附机器人，该机器人依赖于压强差实现在光滑墙面的攀附，此类机器人攀附稳定性主要受攀附表面平整度与吸盘裙边的适应性影响，无法适应复杂的实际工程环境；De等基于静电吸附研发的攀爬机器人相较传统攀爬机器人具有体积小、质量轻的特性，该类机器人在狭小空间的巡检工作，同时由于自身的粘附力小也导致其负载能力受限，难以搭载设备完成复杂的工程。以上方式均具有一定的缺陷，存在负载能力小、攀附介质表面单一、难以快速变化运动姿态，在攀附介质复杂多变的情况下，难以适应变化，易发生倾覆、滑落等问题。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的在于解决现有的攀爬机器人不能适应多变的攀爬介质，容易倾覆、滑落的问题，提供一种具备姿态调控功能的变结构攀爬机器人。
[0005]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]一种具备姿态调控功能的变结构攀爬机器人，包括若干个设于底盘系统上的粘附轮系统；所述粘附轮系统包括柔性磁敏橡胶粘附层、轮毂、驱动电机；所述柔性磁敏橡胶粘附层覆贴于所述轮毂的外圈上；所述驱动电机固定设于所述底盘系统上，并与轮毂连接，驱动轮毂转动；所述柔性磁敏橡胶粘附层与轮毂之间设有用于检测轮毂压力变化的环形压阻传感器；所述柔性磁敏橡胶粘附层采用磁流变弹性体材料制成；所述轮毂的内圈中还设有电磁感应线圈，通过控制所述电磁感应线圈产生的磁场，实现所述柔性磁敏橡胶粘附层表面摩擦系数的改变。
[0007]进一步，所述底盘系统包括固定底盘、转动装置、折叠底盘；所述折叠底盘通过所述转动装置与所述固定底盘转动连接；所述折叠底盘有两个，分别设于所述固定底盘的两侧，所述粘附轮系统固定设于两个所述折叠底盘上；所述转动装置驱动折叠底盘转动，从而改变折叠底盘与固定底盘之间的夹角，以使所述粘附轮系统适应不同曲率的攀爬介质。
[0008]进一步，所述转动装置包括双轴舵机、舵臂，所述双轴舵机固定设于所述折叠底盘
上；所述舵臂一端与所述双轴舵机的转动轴固定连接，另一端与所述固定底盘固定连接；通过所述双轴舵机带动舵臂旋转，从而改变折叠底盘与固定底盘之间的夹角，使两侧的粘附轮系统夹紧攀爬介质。
[0009]进一步，所述环形压阻传感器采用柔性压阻材料制成；所述环形压阻传感器上设有用于监测其电阻变化的电阻监测装置；所述柔性压阻材料为由聚二甲基硅氧烷基体及其改性添加剂制备而成，所述改性添加剂为碳纳米管或石墨。当环形压阻传感器垂直方向收到外力，其内部发生形变，导电敏感单元接触点数量发生变化导致阻值发生改变，通过计算阻值变化计算接触力大小。
[0010]进一步，所述柔性磁敏橡胶粘附层的外表面为类壁虎足掌刚毛结构，由高分子聚合物及磁性填充物组成的磁流变弹性体材料注塑成型。磁流变弹性体材料可采用聚二甲基硅氧烷等高分子聚合物及磁性颗粒混合制备而成，刚毛结构与壁面接触产生范德华力，实现机器人在壁面的稳定攀附。
[0011]进一步，所述电磁线圈由金属线螺旋缠绕形成环状，所述电磁线圈与所述柔性磁敏橡胶粘附层同轴设置，产生与柔性磁敏橡胶粘附层平行的磁场。通过外置平行磁场作用于柔性磁敏橡胶粘附层表面的类刚毛结构，改变类刚毛结构的弹性模量，通过控制电磁线圈输入从而控制感应磁场参数，进而实现控制柔性磁敏橡胶粘附层的模量及表面摩擦系数。
[0012]进一步，还包括正压吸附发生系统；所述正压吸附发生系统包括无刷电机、螺旋桨；所述无刷电机一端与所述底盘系统固定连接；另一端与所述螺旋桨连接，所述无刷电机驱动螺旋桨旋转，对底盘系统产生向下或向上的作用力，从而改变所述轮毂与攀爬介质的接触力，实现摩擦力控制。
[0013]进一步，所述正压吸附发生系统有多个，呈对称设于所述折叠底盘上。
[0014]进一步，还包括控制系统，所述粘附轮系统、底盘系统、正压吸附发生系统均与控制系统连接，并受控制系统控制；
[0015]所述控制系统包括驱动模块、检测模块、主控电路、无线通讯模块、摄像头；
[0016]所述无线通讯模块用于传输所述摄像头采集的图像数据以及远程控制指令；
[0017]所述检测模块用于获取环形压阻传感器以及底盘系统姿态角的实时数据；
[0018]所述驱动模块与主控电路用于处理检测模块获取到的数据，并控制驱动所述粘附轮系统、底盘系统、正压吸附发生系统的运动。
[0019]进一步，所述粘附轮系统有多个，且呈对称设于所述底盘系统的两侧。
[0020]本专利技术的有益效果在于：
[0021]1、本专利技术采用了可变摩擦系数的粘附轮系统、可折叠的底盘系统。采用的粘附机理和形态结构均是对壁虎科生攀爬形态的仿生，并且可根据攀附界介质特性及自身运动状态对本体结构与姿态进行调控，从而实现攀爬机器人的稳定攀附。针对高山大桥、建筑楼宇、隧道桁架等复杂攀附介质，适应性更强，攀爬稳定性更好。
[0022]2、本专利技术可结合底盘系统的姿态角数据与粘附轮系统的压力数据，判断攀爬机器人的攀爬状态，从而通过控制底盘系统及正压吸附发生系统调控整体姿态，实现攀爬状态的调节。
[0023]3、本专利技术采用的正压吸附、轮式驱动结合的攀附方式，与足式、履带式等传统驱动
方式相比，能效更高、负载能力强、可控性高。
[0024]本专利技术的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本专利技术的实践中得到教导。本专利技术的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
[0025]为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作优选的详细描述，其中：
[0026]图1为本专利技术中的具备姿态调控功能的变结构攀爬机器人整体示意图；
[0027]图2为图1的侧视图；
[0028]图3为本专利技术中轮毂结构示意图；
[0029]图4为本专利技术中柔性磁敏橡胶粘附层的制备流程示意图；
[0030]图5为本专利技术中环形压阻传感器的制备流程示意图；
[0031]图6为本专利技术中攀爬本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具备姿态调控功能的变结构攀爬机器人，其特征在于：包括若干个设于底盘系统上的粘附轮系统；所述粘附轮系统包括柔性磁敏橡胶粘附层、轮毂、驱动电机；所述柔性磁敏橡胶粘附层覆贴于所述轮毂的外圈上；所述驱动电机固定设于所述底盘系统上，并与轮毂连接，驱动轮毂转动；所述柔性磁敏橡胶粘附层与轮毂之间设有用于检测所述轮毂压力变化的环形压阻传感器；所述柔性磁敏橡胶粘附层采用磁流变弹性体材料制成；所述轮毂的内圈中还设有电磁感应线圈，通过控制所述电磁感应线圈产生的磁场，实现所述柔性磁敏橡胶粘附层表面摩擦系数的改变。2.根据权利要求1所述的具备姿态调控功能的变结构攀爬机器人，其特征在于：所述底盘系统包括固定底盘、转动装置、折叠底盘；所述折叠底盘通过所述转动装置与所述固定底盘转动连接；所述折叠底盘有两个，分别设于所述固定底盘的两侧，所述粘附轮系统固定设于两个所述折叠底盘上；所述转动装置驱动折叠底盘转动，从而改变折叠底盘与固定底盘之间的夹角，以使所述粘附轮系统适应不同曲率的攀爬介质。3.根据权利要求2所述的具备姿态调控功能的变结构攀爬机器人，其特征在于：所述转动装置包括双轴舵机、舵臂，所述双轴舵机固定设于所述折叠底盘上；所述舵臂一端与所述双轴舵机的转动轴固定连接，另一端与所述固定底盘固定连接；通过所述双轴舵机带动舵臂旋转，从而改变折叠底盘与固定底盘之间的夹角。4.根据权利要求1所述的具备姿态调控功能的变结构攀爬机器人，其特征在于：所述环形压阻传感器采用柔性压阻材料制成；所述环形压阻传感器上设有用于监测其电阻变化的电阻监测装置；所述柔性压阻材料为由聚二甲基硅氧烷基体及其改性添加剂制备而成，所述改性添加剂为碳纳米管或石...

【专利技术属性】
技术研发人员：李锐，周崇川，杨兴义，刘晓，蔡军，杨平安，寿梦杰，邹沫，王渝，陈大超，向莎，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：