[發明專利]鉤爪式五足爬壁機器人及其運動步態方法

有效

• 申請號: 201710368416.2
• 申請日: 2017-05-22
• 公開（公告）號: CN107323556B
• 公開（公告）日: 2019-05-14
• 發明（設計）人: 吉愛紅;江南
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: B62D57/024
• 分類號: B62D57/024
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔

本發明涉及一種鉤爪式五足爬壁機器人及其運動步態方法，涉及攀爬機器人的技術領域。它包括機身板（8）、腿關節（5）、舵機控制板（6）、尾巴（9）、電池（7）、足端結構（3）；其特征在于：所述足端結構（3）包括腳關節基體（11）和柔性腳掌基體（15）；柔性腳掌基體（15）的后端通過腳掌連接架（14）安裝于腳關節基體（11）上，其中腳掌連接架（14）可繞與腳關節基體（11）連接的鉸接孔轉動，以調節柔性腳掌基體（15）與接觸面的角度。柔性腳掌基體（15）沿腳關節基體（11）呈周向分布，前端設有多個突出的柔性矩形條，每個柔性矩形條的末端均安裝有鉤爪（16）。本發明可實現機器人在粗糙豎直面及倒置面的抓附與爬行等行為。

技術領域

本發明涉及攀爬機器人的技術領域，特別涉及一種鉤爪式五足爬壁機器人及其運動步態方法。

技術背景

對于自然界中的大部分地形，要求爬壁機器人既具有在豎直面爬行又具有在倒置的表面抓附和爬行的能力。如行星探測時火星熔巖管的管壁等特殊地形就要求火星探測器具有在倒置的表面爬行的能力才可以進行勘測等活動。目前，國內外對于可以在豎直面爬行的鉤爪爬壁機器人的研究已經很成熟了，但是對于既可以在豎直面爬行又可以在倒置的表面如天花板表面爬行的爬壁機器人研究還不是很多。

目前國內主要是中科院合肥智能所的爪刺式爬壁機器人（劉彥偉.爪刺式爬壁機器人仿生機理與系統研究[D].合肥：中國科學技術大學，2015.），該機器人可以實現在粗糙倒置和豎直磚墻面的移動，但作為2足對抓機器人尺寸較小，攀爬環境單一，負載也較低。國外最著名的是美國JPL（噴氣推進實驗室）研制的LEMUR IIB機器人（Parness A, Frost M,Thatte N, et al. Gravity‐independent Rock‐climbing Robot and a SampleAcquisition Tool with Microspine Grippers[J]. Journal of Field Robotics,2013, 30(6):897-915.），該機器人為4足鉤爪爬壁機器人實現了在倒置粗糙表面的移動，但是體型比較大，鉤爪腳掌制造工藝非常復雜，不易于實現，同時腿部結構復雜，攀爬穩定性不好。

發明內容

基于上述背景，本發明提供了一種具有良好的環境適應能力和在倒置表面穩定爬行能力的鉤爪式五足爬壁機器人及其運動步態方法。

一種鉤爪式五足爬壁機器人，包括機身板、安裝在機身板中部的舵機控制板和電池、安裝在機身板后側的尾巴以及安裝在機身板左右兩側的共四條腿關節；腿關節上安裝有足端結構; 在機身質心位置同樣布置了一個足端結構；其特征在于：所述腿關節由腿部第一前桿、腿部第二前桿、腿部后桿、擺腿舵機和拉伸舵機組成；其中擺腿舵機安置在機身板上,腿部第一前桿的第一端安裝于擺腿舵機的輸出軸上，腿部第二前桿的第一端鉸接于機身板上，腿部后桿的內端分別鉸接于腿部第一前桿的第二端、腿部第二前桿的第二端，拉伸舵機安裝于腿部后桿的外端；所述足端結構包括通過固定帽與腿部后桿相連的腳關節基體， 還包括3-6個沿腳關節基體周向均勻分布的柔性腳掌及連接結構；每個柔性腳掌及連接結構均由一個柔性腳掌基體、一個腳掌連接架、一根鋼絲線、一根腳部彈力線組成；腳掌連接架下端與柔性腳掌基體的后端相固定；腳掌連接架上由外向內依次設置有第一孔、第二孔、第三孔共三個孔；其中腳掌連接架通過第二孔與腳關節基體通過銷軸結構相連接；鋼絲線的第一端與腳掌連接架的第一孔相連，鋼絲線的第二端穿過腳關節基體的定位孔后與拉伸舵機的輸出軸相連；腳部彈力線的第一端與腳掌連接架的第三孔相連，腳部彈力線的第二端與腳關節基體的連接孔相連接；柔性腳掌基體前端設有若干突出的柔性矩形條，每個柔性矩形條的末端均安裝有向內側傾斜的鉤爪。