基于磁控粘附部件的仿生攀爬机器人及爬行控制方法技术

本发明专利技术属于一种攀爬机器人，针对现有攀爬机器人的粘附结构存在粘附力不稳定，容易掉落，以及壁面粘

【技术实现步骤摘要】
基于磁控粘附部件的仿生攀爬机器人及爬行控制方法


[0001]本专利技术属于一种攀爬机器人，具体涉及一种基于磁控粘附部件的仿生攀爬机器人及爬行控制方法
。

技术介绍

[0002]攀爬机器人是特种机器人中的一类典型代表，是一种可以在垂直壁面
、
天花板等表面吸附和移动的机器人，特殊的运动能力使得攀爬机器人可以在许多人类难以到达的地方进行工作，例如，建筑物高处的外墙
、
天花板
、
管道
、
洞穴等位置，使用攀爬机器人，能够减少人力风险，并提高工作效率
。
因此，攀爬机器人在清洁
、
维护检修
、
军事侦察和太空探索等领域具有广泛的应用前景
。
[0003]与传统机器人不同，仿生粘附的攀爬机器人必须通过粘附力壁面上保持稳定附着和移动
。
因此，粘附力的控制对于攀爬机器人的性能至关重要
。
主动粘
/
脱控制技术，是指通过机器人自身的控制系统，主动调节粘附力的大小和分布，以实现在不同壁面之间的快速粘
/
脱切换，以及粘附状态的稳定控制
。
传统的仿生粘附结构只能作为吸附结构，提供壁面吸附力，其本身并不具备主动粘附或者脱附的功能，无法满足机器人对于粘附结构快速响应的要求，限制了攀爬机器人的实际应用，是攀爬机器人领域迫切需要解决的技术难题
。
[0004]目前，国内外学者经过长期研究和改进，研制出了不同形式的粘附材料，并适应性地集成在攀爬机器人上，作为粘附结构实现攀爬功能
。
当前，对于仿生粘附的攀爬机器人的研究主要集中在材料选择
、
结构设计
、
控制方法和机器人性能测试等方面，这些机器人可以在一定程度上实现壁面爬行功能，但是，也存在以下方面的不足：
(1)
粘附结构的粘附强度不高，难以满足负载需求，且粘附力不可控，容易受到环境因素的影响，导致攀爬机器人的粘附力不稳定，难以在壁面上保持一致的移动能力，容易因为失去粘附力而掉落
。(2)
仿生攀爬机器人的壁面粘
/
脱附的响应速度较慢，限制了机器人的爬行速度
。
另外，由于粘附结构和接触壁面之间粘
/
脱附的响应速度较慢，导致机器人需要降低爬行速度，实现机器人运动和粘
/
脱附控制的良好匹配
。

技术实现思路

[0005]本专利技术针对现有攀爬机器人的粘附结构存在粘附力不稳定，容易掉落，以及壁面粘
/
脱附响应速度慢的技术问题，提供一种基于磁控粘附部件的仿生攀爬机器人及爬行控制方法
。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0007]第一方面，本专利技术提出一种基于磁控粘附部件的仿生攀爬机器人，包括主机体
、
控制单元和
N
个机械腿，以及磁控粘附部件；其中，
N
为大于等于2的偶数；
[0008]所述主机体的两侧对称设置有
N
个转角驱动部件，
N
个转角驱动部件的输出端均与主机体相连；
[0009]所述机械腿包括第一机械驱动部和第二机械驱动部，
N
个所述第一机械驱动部的
输出端分别连接
N
个转角驱动部件，用于带动转角驱动部件和主机体共同伸缩运动，第二机械驱动部与第一机械驱动部相连；
[0010]所述磁控粘附部件安装于第二机械驱动部的输出端上，用于带动磁控粘附部件俯仰运动；
[0011]所述控制单元分别连接转角驱动部件
、
第一机械驱动部
、
第二机械驱动部和电源，用于控制转角驱动部件
、
第一机械驱动部
、
第二机械驱动部的工作状态，以及电源的供电电压
。
[0012]进一步地，所述磁控粘附部件，包括电源
、
电磁部件
、
粘附结构
、
柔性粘合剂
、
磁流变脂和保护体；所述电源与电磁部件相连，用于通过电源的供电电压变化控制电磁部件的磁场强度；所述磁流变脂设置于保护体内部，且磁流变脂位于电磁部件的磁场范围内；所述柔性粘合剂和粘附结构依次设置在保护体底部，粘附结构用于与外部物体贴合；
[0013]进一步地，所述粘附结构与外部物体贴合的表面包括多个倒
T
型粘附体，且倒
T
型粘附体的横边朝向外部物体
。
[0014]进一步地，所述柔性粘合剂为柔性胶水；
[0015]所述保护体的材质为弹性体材料
。
[0016]进一步地，所述第一机械驱动部为进退舵机，所述第二机械驱动部为俯仰舵机
。
[0017]进一步地，所述
N
等于4；所述主机体的四个边角处均开设有安装槽，所述转角驱动部件安装于安装槽内
。
[0018]进一步地，所述主机体呈正方形，且顶角均呈圆弧状，所述安装槽开设于圆弧状的顶角处；
[0019]相邻顶角之间开设有圆弧状的避让槽
。
[0020]进一步地，所述控制单元安装于主机体上
。
[0021]进一步地，还包括支撑架；
[0022]所述支撑架固定于主机体底部，所述转角驱动部件位于支撑架内，用于通过支撑架支撑保护转角驱动部件
。
[0023]第二方面，本专利技术提出一种上述基于磁控粘附部件的仿生攀爬机器人的爬行控制方法，包括：
[0024]S1
，通过电源为各电磁部件通电，使各磁控粘附部件吸附于外部物体上；
[0025]S2
，通过
N
个所述转角驱动部件和
N
个所述第一机械驱动部的驱动，带动主机体向目标方向移动预设量；
[0026]S3
，通过电源为位于主机体一侧的电磁部件断电，使对应的磁控粘附部件脱附于外部物体；
[0027]S4
，通过第二机械驱动部使磁控粘附部件抬起，再通过第一机械驱动部和转角驱动部件使磁控粘附部件向目标方向移动预设量，通过电源为移动后的磁控粘附部件的电磁部件通电，使磁控粘附部件再次吸附于外部物体上；
[0028]S5
，重复执行步骤
S3
和步骤
S4
，使位于主机体另一侧的磁控粘附部件向目标方向移动预设量并再次吸附于外部物体上，完成一次爬行
。
[0029]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0030]1.
本专利技术提出了一种基于磁控粘附部件的仿生攀爬机器人，通过转角驱动部件和
第一机械驱动部的配合，使主机体能够朝目标方向运动，通过第一机械驱动部
、...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于磁控粘附部件的仿生攀爬机器人，其特征在于：包括主机体
(5)、
控制单元
(6)
和
N
个机械腿
(7)
，以及磁控粘附部件
(8)
；其中，
N
为大于等于2的偶数；所述主机体
(5)
的两侧对称设置有
N
个转角驱动部件
(9)
，
N
个转角驱动部件
(9)
的输出端均与主机体
(5)
相连；所述机械腿
(7)
包括第一机械驱动部
(10)
和第二机械驱动部
(11)
，
N
个所述第一机械驱动部
(10)
的输出端分别连接
N
个转角驱动部件
(9)
，用于带动转角驱动部件
(9)
和主机体
(5)
共同伸缩运动，第二机械驱动部
(11)
与第一机械驱动部
(10)
相连；所述磁控粘附部件
(8)
安装于第二机械驱动部
(11)
的输出端上，用于带动磁控粘附部件
(8)
俯仰运动；所述控制单元
(6)
分别连接转角驱动部件
(9)、
第一机械驱动部
(10)、
第二机械驱动部
(11)
和电源，用于控制转角驱动部件
(9)、
第一机械驱动部
(10)、
第二机械驱动部
(11)
的工作状态，以及电源的供电电压
。2.
根据权利要求1所述基于磁控粘附部件的仿生攀爬机器人，其特征在于：所述磁控粘附部件
(8)
包括电源
、
电磁部件
(12)、
粘附结构
(1)、
柔性粘合剂
(2)、
磁流变脂
(3)
和保护体
(4)
；所述电源与电磁部件
(12)
相连，用于通过电源的供电电压变化控制电磁部件
(12)
的磁场强度；所述磁流变脂
(3)
设置于保护体
(4)
内部，且磁流变脂
(3)
位于电磁部件
(12)
的磁场范围内；所述柔性粘合剂
(2)
和粘附结构
(1)
依次设置在保护体
(4)
底部，粘附结构
(1)
用于与外部物体贴合
。3.
根据权利要求1或2所述基于磁控粘附部件的仿生攀爬机器人，其特征在于：所述粘附结构
(1)
与外部物体贴合的表面包括多个倒
T
型粘附体，且倒
T
型粘...

【专利技术属性】
技术研发人员：田洪淼，邵金友，李治澎，赵法博，李祥明，王春慧，陈小亮，王欣成，许天一，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：