仿壁虎微小型机器人制造技术

本实用新型专利技术提供了一种结构简单、体积小、隐蔽性强、功耗小、灵活性强、成本低廉、可靠性高、易于应用的微小型仿壁虎爬壁机器人。它包括机械结构和电路控制两部分，机械结构部分包括仿生壁虎单腿结构、仿壁虎机器人身体组装结构和负压吸附及放压装置，仿生壁虎单腿由大腿、小腿和吸盘组成，身体组装结构包括两个腰部驱动舵机、两个气泵、两个气体放压装置、两个四通气管接头和六个塑料导体管，负压吸附及放压装置由舵机、弹簧、钢丝绳、卷线轮及固定弹簧装置构成，本实用新型专利技术具有自身体积小、结构简单、动作灵敏、隐蔽性强、成本低廉、适应环境强等优点，可充当侦察设备、武器系统、通信系统的载体，完成普通士兵无法完成的多种任务，具有广阔的应用前景。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及机器人设计领域，具体的说是一种具有爬壁能力的微小型仿生壁虎机器人。(二)
技术介绍
自二十世纪六七十年代起，各国在军用机器人的研制和开发中都投入了大量的资金。微 小型机器人以其隐蔽性强、功耗小、成本低廉、便于大量部署的优点正日益成为军用机器人 研究热点。微小型爬壁机器人是微小型机器人的一个分支，主要在建筑物、管道等壁面或顶 部进行移动作业。在民用方面，有许多场合必须采取良好的安全防护措施才能实施作业，如 原子能发电站中强放射线下的作业，海底石油勘测等深水作业，灾害时的消防救援作业，各 类管道的探伤、修复工作等，而微小型爬壁机器人可以广泛的应用在这些工作当中。在军事 方面，它可以从事侦察、收集情报工作，军事行动时从事排雷、排爆、携带武器进攻、营救 伤员等工作。因而微小型爬壁机器人在未来的多方面应用中都有广阔的前景。目前，国内外 已经有相当数量的爬壁机器人投入现场作业，但对微小型爬壁机器人的研究还不是很多，现 就与本项技术相关领域研究现状和应用情况做以下介绍-(1) 德国FZI (Forchungszentrum Informatik)研制了 Lauron系列六足仿生机器人。第 三代Lauron六足仿生机器人重18kg，可以承受10kg的负载。尺寸0.5mX0.8mX0.3m (长X 宽X高)，由24伏直流伺服电机经带轮减速后驱动各关节。(2) 右图为DARPA所资助的类似项目高机动性仿蟑螂六足步行机器人。该机器人由微 型气缸驱动的24个关节使整个机器人具有行走和跳越的能力，整个机器人能够承载30磅。(3) 美国海军正在研制的机器龙虾(右图)。它是一种八足水下步行机器人。它包括4 X8英寸的壳体，壳体由8条3自由度腿驱动，每条腿以3个关节为基础进行基本的动作， 关节的动作采用肌肉型驱动器(用形状记忆合金镍钛诺做成的力可恢复型人造肌肉)(4) 东京大学的广獭茂男等人研制了 "NINJA"型四足壁面歩行机器人。"NINJA"型 四足壁面歩行机器人四个吸盘分别安装在四条独立的腿上，通过四条腿的不同组合，实现机 器人从地面到壁面再到夫花板的移动，具有较强的越障能力以及壁面适应能力。其行动尺寸 为110cmX70cmX50cm。(5) 1993年，闩本工业技术院的似野智昭研制了另一种形式的壁面歩行机器人，如右 图所示，该机器人由两条足端装有五个吸盘的腿足机构组成，每条腿可以绕另一条腿旋转， 不同的旋转角度就形成了机器人的直线和转向运动。机器人基本尺寸为120cmX60cmX80cm。(6) 1998年，西班牙CSIC大学的工业自动化研究所研制成功了一种叫做REST的六足爬壁机器人(右图所示)。机器人采用动物型腿，在每条腿上具有两个半自由度，即两个旋转 自由度和半个垂直于移动平面的棱柱形被动伸縮自由度。(7) 2002年，R本宫崎大学的西亮教授研制出了双足爬壁机器人，如下图所示。这种 机器人结构简单，对复杂壁面环境具有良好的适应性，它是靠安装在腿末端的吸盘产生的吸 附力贴附在壁面上的，吸盘内的负压由抽风机产生；通过两条腿的交替吸附实现机器人在壁 面上的移动，移动时通过脚腕的顷斜与圆规脚开闭的适当组合，便可以翻越一定高度的台阶， 进而再与脚腕的回转相组合，就能实现多种壁面环境下的移动。但由于腿长、重心高，在垂 直壁面或天花板移动时，有一定的危险。此机器人参数如下总重量120N，吸盘半径165mm， 回转角度一180°—180°，腿长700mm，脚腕倾余角5°—250°，腿开闭角15°—105°。通过对国内外爬壁机器人的比较发现，现有的爬壁机器人具有体积大、重量重、灵活性 差、零件多、加工困难、控制复杂等缺点，这些爬壁机器人现阶段都难以应用到体积小、隐 蔽性强、功耗小、灵活性强、成本低廉的环境中。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种结构简单、体积小、隐蔽性强、功耗小、灵活性强、成 本低廉、可靠性高、易于应用的微小型仿壁虎爬壁机器人。本技术的目的是这样实现的它包括身体组装结构和单腿结构，在身体组装结构上 安装有四套单腿结构，每组对角线上的两条单腿带有一套负压吸附及放压装置；身体组装结 构包括两个腰部驱动舵机、两个气泵和两个气体放压装置，每个气泵通过管道分别与一个气 体放压装置和两套呈对角线分布的单腿结构的吸盘相连；所述的单腿结构由大腿、小腿和吸 盘组成，小腿包括膝关节舵机，吸盘安装在膝关节舵机的下方，大腿包括胯关节俯仰运动舵 机、胯关节水平摆动舵机，胯关节俯仰运动舵机与胯关节水平摆动舵机之间通过转动副相连， 在胯关节俯仰运动舵机与膝关节舵机之间设置有通过转动副连接的联结杆。本技术还有这样一些结构特征-1、 所述的放压装置由舵机、弹簧、钢丝绳、巻线轮及固定弹簧装置构成，巻线轮与舵 机的主轴固连，钢丝绳一端固定在巻线轮上，另一端固定在弹簧的前端，弹簧通过固定弹簧 装置固定在舵机上；2、 吸盘通过轴承与膝关节舵机相连；3、 在联结杆和胯关节水平摆动舵机上设置有传感器。本技术设计人在研究了多足地面微小型爬行机器人相关技术和墙壁吸附技术的基础 上设计了仿壁虎微小型爬壁机器人。现将与此机器人有关的驱动技术、关节传动方式和墙壁 吸附方式加以介绍-仿生机器人驱动技术现状目前广泛应用于机器人设计开发的驱动技术有(1) 电机(伺服、步进、力矩、直线电机)驱动(2) 形状记忆合金(SMA—Shape Memory Alloy)(3) 气压驱动(4) 液压驱动(5) 压电陶瓷驱动(6) 超导材料驱动(7) 可伸縮性聚合体驱动 多足仿生机器人步行腿具有驱动关节数量多，机体结构要求紧凑的特点，综合考虑驱动元件的动态性能、功率/质量比、可控性、性能价格比等因素，采用微型伺服电机或形状记 忆合金作为微小型机器人腿关节驱动器是一种比较可行的方法。由于SMA材料制造本身技术难度就非常大，并且针对不同用途需要特殊的训练制备手 段，所以作为机器人关节驱动器的功能材料还存在实用化的难度。微小型电动机的工程应用技术较成熟，产品标准化，性能稳定、驱动方式和相关技术都 很完善，其本身作为关节驱动器的技术风险较小。仿生机器人关节传动方式现状如何仿造爬行生物原型，合理布置伺服电机，以减小步行足的结构尺寸，以符合步行足 细长的结构外形是电机驱动形式所要解决的关键问题之一。广泛应用于步行机器人的传动方 式有齿轮(包括齿条)传动、绳轮传动、链轮传动、蜗轮蜗杆以及直接驱动等几种。适用微小型仿生机器人关节驱动的一般有齿轮.绳轮传动和直流伺服电机直接驱动三种 方式。齿轮传动中，又主要有谐波齿轮和行星齿轮传动。三种传动中，绳轮传动的机构较复杂且可靠性不高，在短距离狭小空间内难以使用。齿 轮传动中，受谐波齿轮尺寸的限制，它很难应用到微小型机器人关节。通过比较可以看到在小空间、传动线路比较简洁的情况下采用直流伺服电机直接传动的 方式具有更多的优势。现阶段爬壁机器人吸附方式有真空吸附、磁吸附和推力吸附。真空吸附法是通过真空发生装置，使吸盘内腔^生负压，机器人利用吸盘内外的压力差 贴附在壁面上。真空吸附法由于不受壁面材质的限制，适应范围广，但当壁面凹凸不平时吸 盘容易漏气，从而吸附力下降，承载能力降低。真空吸附又有单吸盘式和多吸盘式。磁吸附法要求本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种仿壁虎微小型机器人，它包括身体组装结构和单腿结构，其特征在于：在身体组装结构上安装有四套单腿结构，每组对角线上的两条单腿带有一套负压吸附及放压装置；身体组装结构包括两个腰部驱动舵机、两个气泵和两个气体放压装置，每个气泵通过管道分别与一个气体放压装置和两套呈对角线分布的单腿结构的吸盘相连；所述的单腿结构由大腿、小腿和吸盘组成，小腿包括膝关节舵机和吸盘。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王立权，陈东良，季宝锋，郝欣伟，罗红魏，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：实用新型
国别省市：93[中国|哈尔滨]