一种仿生壁虎机器人及其控制方法技术

本申请实施例提供一种仿生壁虎机器人，包括设有四条爬行足的机器人本体，爬行足包括依次相连的上腿关节、中间腿关节和下腿关节；上腿关节内的多个第一腔室、中间腿关节内的多个第二腔室、下腿关节内的多个第三腔室及末端的第四腔室通过气道连通，并通过上腿关节端部的进气口连接气源，在连接气源的管路上设有比例阀，用以调节气压；第一腔室上壁薄、下壁厚；第二腔室前壁薄，后壁厚；第四腔室下壁面呈弧形；下腿关节弧形下弯，下腿关节末端端面为吸附面；三个腿关节由不同弹性模量的柔性材料制成，且上腿关节、中间腿关节和下腿关节弹性模量依次减小。本发明专利技术中，爬行足为全柔性结构，结构简单，通过性好，控制实现简单。控制实现简单。控制实现简单。

【技术实现步骤摘要】
一种仿生壁虎机器人及其控制方法


[0001]本专利技术涉及仿生机器人，具体涉及一种仿生壁虎机器人及其控制方法。

技术介绍

[0002]已知的仿生壁虎机器人，如CN114044070A、CN111422276A、CN113212584A等，多为刚性关节结构，在遇障碍物时易卡住，并且存在结构及控制实现复杂的问题。

技术实现思路

[0003]专利技术目的：本专利技术的目的是提出一种通过性好，结构及控制实现简单的仿生壁虎机器人；本专利技术的第二目的是提出该仿生壁虎机器人的控制方法。
[0004]技术方案：第一方面，本专利技术提供一种仿生壁虎机器人，包括机器人本体和设于所述机器人本体上的四条爬行足，所述爬行足包括依次相连的上腿关节、中间腿关节和下腿关节，其中下腿关节弧形下弯，下腿关节末端端面为吸附面；上腿关节内沿长度方向开设多个第一腔室，中间腿关节内沿长度方向开设多个第二腔室，下腿关节内沿弧线方向开设多个第三腔室，下腿关节内末端位置还开设有第四腔室；所有腔室通过气道连通，并通过上腿关节端部的进气口连接气源，在连接气源的管路上设有比例阀，用以调节气压；第一腔室上壁薄、下壁厚；所述第二腔室前壁薄，后壁厚；第四腔室下壁面呈弧形；三个腿关节由不同弹性模量的柔性材料制成，且上腿关节、中间腿关节和下腿关节弹性模量依次减小。
[0005]本专利技术中，爬行足为全柔性结构，结构上简单，行进时不易卡住，环境适应性好，通过性好；同时体积小，重量轻，制作成本低。驱动控制实现简单，采用气压驱动，通入正压后爬行足即可实现脱附抬起、扭转移动和落下的动作，通过设置三个腿关节弹性模量不同保证了在通入正压后，这三个动作能够依次进行；脱附抬起动作具体来说，末端端面基于柔性材料的特性能够实现主动吸附，在通入正压后，第四腔室膨胀导致末端端面粘接面积减小，粘附力减弱，在此过程中下腿关节抬起，实现边抬腿边脱附的过程，柔顺性好，连贯性强。
[0006]进一步地，上腿关节弹性模量为下腿关节弹性模量的3倍，中间腿关节弹性模量为下腿关节弹性模量的2倍。
[0007]进一步地，第一腔室呈过半圆形，优弧朝上；第一腔室上壁厚度为下壁厚度的1/3。
[0008]进一步地，所述第二腔室呈过半圆形，优弧朝前；所述第二腔室前壁厚度为后壁厚度的1/3。
[0009]进一步地，第三腔室呈半圆形，半弧朝下；第三腔室下壁厚度为上壁厚度的2倍。
[0010]进一步地，末端端面处设有便于脱附的倒角。
[0011]进一步地，所述柔性材料采用硅橡胶。
[0012]进一步地，上腿关节、中间腿关节和下腿关节一体成型。
[0013]第二方面，本专利技术提供一种上述仿生壁虎机器人的控制方法，通入正压后，单个爬行足进行如下的周期性运动：下腿关节末端端面鼓起脱附，同时下腿关节整体向上抬起；中间腿关节整体向后扭转移动；上腿关节整体向下弯曲落下，同时比例阀控制气压减小使下
腿关节末端端面重新吸附；
[0014]所述的仿生壁虎机器人整体采用对角步态，四条爬行足按照对角分为第一足对和第二足对，第一足对和第二足对之间的步态时序控制为一个周期差。
[0015]如前所述，本专利技术控制实现简单。
[0016]有益效果：本专利技术与现有技术相比，具有如下显著优点：本专利技术中，爬行足为全柔性结构，结构简单，通过性好；驱动控制实现简单，尤其地通入正压后，下腿关节与末端端面脱附同时进行，柔顺性好。
附图说明
[0017]图1是本申请实施例一种仿生壁虎机器人的结构示意图；
[0018]图2是本申请实施例上腿关节内部结构示意图；
[0019]图3是图2的俯视图；
[0020]图4是图2的侧视图；
[0021]图5是本申请实施例中间腿关节内部结构示意图；
[0022]图6是图5的俯视图；
[0023]图7是图5的侧视图；
[0024]图8是本申请实施例下腿关节内部结构示意图；
[0025]图9是图8的左侧视图；
[0026]图10是本申请实施例中间腿关节末端端面结构示意图；
[0027]图11是图9的局部M放大图，其中图11(a)为吸附状态，图11(b)为脱附状态；
[0028]图12是爬行足从状态a到状态b的变化示意图；
[0029]图13是爬行足从状态b到状态c的变化示意图；
[0030]图14是爬行足从状态c到状态d的变化示意图；
[0031]图15是仿生壁虎机器人第一足对第一个周期的运动示意图；
[0032]图16是仿生壁虎机器人第二足对第二个周期的运动示意图；
[0033]图17是仿生壁虎机器人第一足对中右前足的时序图；
[0034]图18是仿生壁虎机器人第二足对中右后足的时序图；
[0035]附图标记：11，进气口；12，上腿关节；12
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1，第一腔室；12
‑
11，第一上壁面；12
‑
12，第一下壁面；12
‑
2，第一气道；13，中间腿关节；13
‑
1，第二气道；14，下腿关节；14
‑
1，第三腔室；14
‑
11，第二上壁面；14
‑
12，第二下壁面；14
‑
2，第三气道；14
‑
3，末端端面；14
‑
4，第四腔室。
具体实施方式
[0036]下面结合附图对本专利技术作进一步详细说明。
[0037]如图1所示，一种仿生壁虎机器人，包括机器人本体和四条爬行足，其中爬行足包括依次相连的上腿关节12、中间腿关节13和下腿关节14，上腿关节12、中间腿关节13和下腿关节14采用硅橡胶制成，三个腿关节一体成型。具体地，
[0038]结合图2至图4，上腿关节12的截面呈圆形，上腿关节12内沿长度方向均匀地开设多个第一腔室12
‑
1，第一腔室12
‑
1的宽度为相邻第一腔室12
‑
1间距的2倍。第一腔室12
‑
1截
面呈过半圆形，优弧朝上，第一上壁面12
‑
11厚度是第一下壁面12
‑
12厚度的1/3。上腿关节12的端部设有进气口11，该进气口11与最左侧的第一腔室12
‑
1相连通，各第一腔室12
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1通过第一气道12
‑
2相连通，该第一气道12
‑
2与上腿关节12同轴线。第一气道12
‑
2截面呈圆形，直径为第一腔室12
‑
1宽度的1/2。气源通过管路与进气口11相连，通入正压后，第一上壁面12
‑
11和第一下壁面12
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12均向两侧膨胀，由于第一上壁面12
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11较第一下壁面12
‑
12薄，因而延展性更好，使得上腿关节1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种仿生壁虎机器人，包括机器人本体和设于所述机器人本体上的四条爬行足，其特征在于：所述爬行足包括依次相连的上腿关节(12)、中间腿关节(13)和下腿关节(14)，其中下腿关节(14)弧形下弯，下腿关节(14)末端端面(14
‑
3)为吸附面；上腿关节(12)内沿长度方向开设多个第一腔室(12
‑
1)，中间腿关节(13)内沿长度方向开设多个第二腔室，下腿关节(14)内沿弧线方向开设多个第三腔室(14
‑
1)，下腿关节(14)内末端位置还开设有第四腔室(14
‑
4)；所有腔室通过气道连通，并通过上腿关节(12)端部的进气口(11)连接气源，在连接气源的管路上设有比例阀，用以调节气压；第一腔室(12
‑
1)上壁薄、下壁厚；所述第二腔室前壁薄，后壁厚；第四腔室(14
‑
4)下壁面呈弧形；三个腿关节由不同弹性模量的柔性材料制成，且上腿关节(12)、中间腿关节(13)和下腿关节(14)弹性模量依次减小。2.根据权利要求1所述的仿生壁虎机器人，其特征在于：上腿关节(12)弹性模量为下腿关节(14)弹性模量的3倍，中间腿关节(13)弹性模量为下腿关节(14)弹性模量的2倍。3.根据权利要求1所述的仿生壁虎机器人，其特征在于：第一腔室(12
‑
1)呈过半圆形，优弧朝上...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟伟，李露伟，邵将，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：