[發明專利]氣動多囊式軟體爬壁機器人及其控制方法

有效

• 申請號: 201610153942.2
• 申請日: 2016-03-17
• 公開（公告）號: CN105730541B
• 公開（公告）日: 2018-11-16
• 發明（設計）人: 王賀升;董子玥;王澤暉;蔡偉康;陳衛東
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: B62D57/024
• 分類號: B62D57/024
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

本發明提供了一種氣動多囊式軟體爬壁機器人及其控制方法，包括：吸附部件、氣囊部件、充放氣部件以及氣動供給部件；所述吸附部件位于氣囊部件內部，所述氣動供給部件通過充放氣部件給氣囊部件充氣，使得氣囊部件的不同部分處于充氣狀態或者放氣狀態，通過改變氣囊部件不同部分的充放氣狀態實現對應吸附部件與支撐物之間的吸附和分離，并配合吸附部件的吸附和分離動作完成指定的運動。本發明打破爬壁機器人剛體結構的傳統，將新型軟體機器人賦予爬壁功能，結構簡單，自由度高，能夠實現前進、后退、轉彎、曲面爬行等運動方式。

技術領域

本發明涉及機器人技術領域，具體地，涉及一種氣動多囊式軟體爬壁機器人及其控制方法。

背景技術

一般的，爬壁機器人按吸附類型分為磁吸附和真空吸附，真空吸附雖然不受墻壁材料的限制，但是如果所吸附的墻面不平整，就會容易減小吸盤中的真空度，吸附力減小，機器人容易掉落，因此工業用途的爬壁機器人大多采用磁吸附式。而磁吸附又可分為電磁體和永磁體兩種類型，電磁體維持控制比較方便，但是維持磁力需要電力，永磁體不受斷電的影響，使用中安全可靠，但是控制比較麻煩。

從目前研究成果來看，采用真空吸附和磁吸附的爬壁式機器人都已經有相應研究成果，主要應用于工業領域。例如日本應用技術研究所研究出的車輪式磁吸附爬壁機器人，它可以吸附在各種大型構造物如油罐、球形煤氣罐、船舶等的壁面，代替人進行檢查或修理等作業。這種爬壁機器人靠磁性車輪對壁面產生吸附力，其主要特征是：行走穩定速度快，最大速度可達9m/min，適用于各種形狀的壁面，且不損壞壁面的油漆。

再例如1990年開始，美國Wichita State大學的B.BAHR，Y.LI和Kent State大學的M.NAJAFL等人研制出了一系列的ROSTAM雙足吸盤式爬壁機器人，使得機器人能夠方便的上下墻壁，且試用了伸縮式結構，機器人在行走的過程中能夠得到更快的速度。

而目前軟體機器人也有很大的發展空間，軟體機器人是一種全新的機器人，對它的研究剛剛興起不久，涉及材料科學、化學、微機電、液壓、控制等多學科。軟體機器人由柔韌性材料制成，可在大范圍內任意改變自身形狀、尺寸在偵察、探測、救援及醫療等領域都有廣闊的應用前景。

軟體機器人具有無限多自由度，但驅動器數目有限，屬于欠驅動機器人，因而分布式負載、局部變形都會影響機器人的結構穩定性，進而影響運動或操作的精確度，其自由度與驅動器不是一對一的關系，多個自由度與驅動器之間存在耦合，而且并非所有自由度均可控.驅動機構作用引起的形變由驅動機制、驅動力大小、驅動器大小、形狀和位置共同決定這種驅動、結構一體化的功能特點限制了電機等多種傳統驅動器的應用。

例如，日本早稻田大學的Shingo Maeda等采用凝膠材料研制的仿生尺蠖，利用Belosov-Zhabotinskii(B-Z)化學反應實現了周期性伸縮運動。橫濱大學的Shutaro Saito等采用光敏離子膠研制了軟體微型夾具，可以夾持質量為3mg的重物，再例如麻省理工學院、哈佛大學和韓國漢城國立大學的研究人員聯合研發的Meshworm機器人，通過在聚合管周圍環繞網格狀形狀記憶合金(Shape memory alloy,SMA)線模擬蚯蚓蠕動并能抵抗強大的沖擊。

發明內容

針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種氣動多囊式軟體爬壁機器人及其控制方法。

根據本發明提供的氣動多囊式軟體爬壁機器人，包括：吸附部件、氣囊部件、充放氣部件以及氣動供給部件；所述吸附部件位于氣囊部件內部，所述氣動供給部件通過充放氣部件給氣囊部件充氣，使得氣囊部件的不同部分處于充氣狀態或者放氣狀態，通過改變氣囊部件不同部分的充放氣狀態實現對應吸附部件與支撐物之間的吸附和分離，并配合吸附部件的吸附和分離動作完成指定的運動。