[實(shí)用新型]一種仿生履帶式粘附行走機(jī)構(gòu)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201320043344.1
• 申請日: 2013-01-28
• 公開（公告）號: CN203158112U
• 公開（公告）日: 2013-08-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳晅;劉彥偉;胡重陽;孫少明;梅濤;謝穎
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院
• 主分類號: B62D57/024
• 分類號: B62D57/024
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及仿生機(jī)器人領(lǐng)域，具體涉及一種仿生履帶式粘附行走機(jī)構(gòu)，主要應(yīng)用于爬壁機(jī)器人中以實(shí)現(xiàn)不同傾角壁面的粘附、行走、停留以及越障功能。

背景技術(shù)

三維空間表面爬行機(jī)器人一直是機(jī)器人領(lǐng)域研究熱點(diǎn)。利用爬壁機(jī)器人可以代替人類在陡峭的壁面上執(zhí)行任務(wù)，例如摩天大樓外墻清洗、油氣罐檢修、核設(shè)施維護(hù)等。研究發(fā)現(xiàn)大壁虎腳趾表面生長有數(shù)百萬根的微米級剛毛，每根剛毛頂端又有數(shù)千根納米級絨毛。這些剛毛陣列與壁面間的范德華力(即分子間力)為大壁虎在壁面上粘附行走提供了支持。研究人員采用MEMS(微機(jī)電系統(tǒng))技術(shù)、NEMS(納機(jī)電系統(tǒng))技術(shù)等，以PDMS(聚二甲基硅氧烷)、PU(聚氨脂)等高聚物或者硅片等為基底，在表面加工出仿大壁虎腳趾表面微納剛毛陣列，并將其裝備在機(jī)器人上，使其獲得三維空間表面爬行能力，有利于提高爬壁機(jī)器人爬壁能力，降低能耗、噪音等不利因素。在研究過程中還發(fā)現(xiàn)，某些高聚物，如硅膠等，其表面雖然未經(jīng)過加工，但也具有一定粘附性，故經(jīng)常被國內(nèi)外的研究者用于測試機(jī)構(gòu)的可行性。以上表面加工或者未加工過的粘附材料在使用前須要施加一定的法向壓力以提高粘附強(qiáng)度，故又稱“壓力敏感粘附材料”(Pressure?Sensitive?Material)。

國內(nèi)南京航空航天大學(xué)實(shí)用新型了一種機(jī)器人仿壁虎粘附腳趾，并提供了運(yùn)動方法。該仿壁虎腳趾可適用于在光滑表面粘附的仿壁虎爬行機(jī)器人腳掌設(shè)計(jì)和運(yùn)動實(shí)現(xiàn)中，能完全模擬大壁虎腳趾粘附陣列單方向較大的粘附力和反方向較小脫附力的各向異性力學(xué)特征。然而，該種腳趾剛度主要由彈簧和柔性材料決定，針對不同場合的自適應(yīng)調(diào)整能力不強(qiáng)。美國斯坦福大學(xué)研制出四足爬壁機(jī)器人Stickybot，Stickybot每個(gè)足上有四片腳趾，通過內(nèi)嵌鋼絲實(shí)現(xiàn)腳趾翻起。可以在90°壁面上穩(wěn)定粘附行走。然而，其結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，并且運(yùn)動范圍有限。美國卡耐基梅隆大學(xué)研制出的Geckobot爬壁機(jī)器人、Four-bar爬壁機(jī)器人、Waalbot系列爬壁機(jī)器人等采用盤狀腳掌作為粘附行走部件，通過直線運(yùn)動或轉(zhuǎn)動進(jìn)行剝離或粘附動作。該類型腳掌材料力學(xué)性能固定，無法在壁面角度變化或外加載荷變化時(shí)進(jìn)行自適應(yīng)性調(diào)節(jié)以保持最佳粘附狀態(tài)，避免粘附失效。

實(shí)用新型內(nèi)容

(一)要解決的技術(shù)問題

本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種仿生履帶式粘附行走機(jī)構(gòu)，該腳掌結(jié)構(gòu)可以幫助仿生爬壁機(jī)器人在三維空間光滑表面粘附、行走。通過機(jī)器人機(jī)體輸出旋轉(zhuǎn)運(yùn)動和切向運(yùn)動可以實(shí)現(xiàn)在任意角度壁面停留，適應(yīng)不同外加載荷和不同角度壁面。通過張緊機(jī)構(gòu)可以進(jìn)行粘附履帶內(nèi)部張力調(diào)整，調(diào)整剝離角度，適應(yīng)外加載荷、壁面角度和壁面曲率變化。

(二)技術(shù)方案

為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是：

一種仿生履帶式粘附行走機(jī)構(gòu)，包括機(jī)身框架、張緊機(jī)構(gòu)、驅(qū)動機(jī)構(gòu)、粘附帶，所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括驅(qū)動電機(jī)、驅(qū)動電機(jī)齒輪、主動輪、從動輪，所述主動輪通過齒輪軸連接于所述機(jī)身框架一端，所述從動輪通過從動輪軸連接于所述機(jī)身框架另一端，所述驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動所述驅(qū)動電機(jī)齒輪，所述驅(qū)動電機(jī)齒輪與所述齒輪軸相嚙合，所述張緊機(jī)構(gòu)包括張緊輪架、張緊彈簧、微型力傳感器、張緊輪、套筒，所述套筒設(shè)于所述機(jī)身框架上表面，所述套筒上表面設(shè)有所述微型力傳感器，所述張緊輪架包括軸伸和安裝端，所述軸伸下端穿過所述微型力傳感器和套筒，所述軸伸上套設(shè)有所述張緊彈簧，所述張緊彈簧設(shè)于所述微型力傳感器和安裝端之間，所述張緊輪通過張緊輪軸安裝于所述安裝端上，所述張緊輪、主動輪、從動輪通過所述粘附帶連接，還包括一設(shè)于機(jī)身框架上的機(jī)構(gòu)連接裝置。

其中，所述套筒為固定于所述機(jī)身框架上表面的固定套筒。

其中，所述套筒為設(shè)于所述機(jī)身框架上表面的升降套筒，所述升降套筒外側(cè)面設(shè)有齒條，所述機(jī)身框架上設(shè)有一連接有張緊電機(jī)的驅(qū)動齒輪，所述驅(qū)動齒輪嚙合所述升降套筒的齒條并驅(qū)動所述升降套筒升降。

其中，所述機(jī)構(gòu)連接裝置包括設(shè)于所述機(jī)身框架側(cè)面的滑動槽，所述滑動槽內(nèi)設(shè)有側(cè)向滑動件，所述側(cè)向滑動件兩側(cè)通過側(cè)向彈簧安裝于所述滑動槽內(nèi)。

其中，所述粘附履帶由柔軟橡膠平帶外側(cè)固定一層粘附材料制成。

該仿生履帶式粘附行走機(jī)構(gòu)的運(yùn)動方法，

(1)機(jī)器人機(jī)體通過控制側(cè)向滑動件，向所述粘附行走機(jī)構(gòu)輸出x-y平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)和平移運(yùn)動，通過旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，使主從動輪連線與壁面間呈一定位姿角度；