[實(shí)用新型]具有自適應(yīng)性的仿螞蟻?zhàn)銐|結(jié)構(gòu)及機(jī)器人

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201820642419.0
• 申請(qǐng)日: 2018-05-02
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN208233207U
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-12-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張芳芳;汪中原;吉愛(ài)紅;吳文嘉;徐小峰;尹壽芳;鄭墨泓
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B62D57/032
• 分類(lèi)號(hào): B62D57/032;B62D57/024
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務(wù)所 32237
• 代理人: 賀翔

本實(shí)用新型公開(kāi)了一種具有自適應(yīng)性的仿螞蟻?zhàn)銐|結(jié)構(gòu)及機(jī)器人，涉及機(jī)器人結(jié)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域。包括：用于連接機(jī)器人的固定桿與移動(dòng)塊、仿生粘附層、連桿角型爪和彈性連接件。仿螞蟻?zhàn)銐|結(jié)構(gòu)突破了傳統(tǒng)柔性足式攀爬機(jī)器人腳掌結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，利用機(jī)械結(jié)構(gòu)模擬螞蟻腿部前進(jìn)與肌肉收縮過(guò)程，使機(jī)器人可以自主辨別目標(biāo)表面粗糙度狀態(tài)，從剛性鉤爪與仿生粘附層中自動(dòng)選取更適宜的附著方式完成工作，提高了機(jī)器人的作用范圍與穩(wěn)定性。同時(shí)，仿螞蟻?zhàn)銐|結(jié)構(gòu)作為通用機(jī)器腿零件結(jié)構(gòu)，與足式攀爬機(jī)器人適配性強(qiáng)，用處廣，易于實(shí)施。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及機(jī)器人結(jié)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種具有自適應(yīng)性的仿螞蟻?zhàn)銐|結(jié)構(gòu)及機(jī)器人。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)的攀爬機(jī)器人主要有兩種，一種是應(yīng)用于粗糙表面的鉤爪機(jī)器人，另一種是應(yīng)用于光滑表面的吸附機(jī)器人。鉤爪機(jī)器人使用鉤爪結(jié)構(gòu)與目標(biāo)表面相接觸。其足部一般由剛性關(guān)節(jié)和齒輪等材料構(gòu)成，利用強(qiáng)筋等彈性材料對(duì)關(guān)節(jié)進(jìn)行控制，因此在光滑表面此類(lèi)機(jī)器人大多會(huì)變得寸步難行；而吸附機(jī)器人通常采用吸力、磁力或黏合劑等，但這些方法大多不適用于多孔外表面或是窗口和角落等非結(jié)構(gòu)表面。

螞蟻具有卓越的攀爬能力，可以在三維空間進(jìn)行無(wú)障礙攀爬。研究表明螞蟻的足墊由具有機(jī)械縮合功能的鉤爪和吸附功能的黏附墊組成，具有摩擦和黏附雙重特性。因此，利用仿生黏附材料和爪型結(jié)構(gòu)結(jié)合，模仿螞蟻腿部運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)機(jī)械結(jié)構(gòu)，自主判斷目標(biāo)表面粗糙度并選擇合適的接觸方式，即可讓機(jī)器人更好地適用于各種表面并完成攀爬任務(wù)。

目前，關(guān)于攀爬機(jī)器人足部的仿螞蟻?zhàn)銐|結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，國(guó)內(nèi)外并沒(méi)有相關(guān)的技術(shù)。略有相似的有華南理工大學(xué)的仿生六足攀爬機(jī)器人的腿部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其將鉤爪結(jié)構(gòu)與電磁鐵結(jié)合，通過(guò)舵機(jī)來(lái)旋轉(zhuǎn)腳掌外殼控制電磁鐵露出或縮進(jìn)腳掌底面，以實(shí)現(xiàn)兩種攀爬模式的切換，使機(jī)器人可以在光滑鋼鐵平面和粗糙墻面上運(yùn)動(dòng)（張義等.仿生攀爬機(jī)器人.CN202987325）；和南京航空航天大學(xué)仿生所研究的基于鉤爪附著的仿生四足爬壁機(jī)器人腳掌部分，利用柔性連接塊和阻尼轉(zhuǎn)軸控制鉤爪角度，實(shí)現(xiàn)了良好的壁面適應(yīng)能力（吉愛(ài)紅等. 基于鉤爪附著的仿生四足爬壁機(jī)器人. CN105128971）；以及斯坦福大學(xué)研究的一種仿螞蟻的機(jī)器人足部結(jié)構(gòu)，模仿螞蟻等昆蟲(chóng)腿部尖刺與剛毛及其范德華力接觸機(jī)制，使每個(gè)足部結(jié)構(gòu)包含十個(gè)由柔性多桿聯(lián)合裝置控制粘附材料進(jìn)行附著的腳趾結(jié)構(gòu)，且腳趾結(jié)構(gòu)間可以獨(dú)立偏轉(zhuǎn)，以達(dá)到在不平坦表面完成附著的效果。(A.T.Asbeck et al.”Scaling hardvertical surfaces with compliant microspine arrays,” Int.J.Res., vol. 25, no.12, pp. 1165-1179, 2006,[3] )目前，并未發(fā)現(xiàn)利用機(jī)械結(jié)構(gòu)自主切換仿生粘附材料和鉤爪結(jié)構(gòu)兩種附著方式的攀爬機(jī)器人足部設(shè)計(jì)。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，提供一種具有自適應(yīng)性的仿螞蟻?zhàn)銐|結(jié)構(gòu)及機(jī)器人，能夠使機(jī)器人在攀爬過(guò)程中適用于不同粗糙度的表面，以適應(yīng)復(fù)雜多變的工作環(huán)境，增加機(jī)器人的穩(wěn)定性與工作范圍。

一種具有自適應(yīng)性的仿螞蟻?zhàn)銐|結(jié)構(gòu)，其特征在于包括：連桿角型爪、固定桿、彈性連接件、移動(dòng)塊和仿生粘附層；其中連桿角型爪由第一桿和第二桿組成，第一桿的第一端和第二桿的第一端固定連接，且呈30-45度銳角，形成角形爪尖；固定桿位于第一桿后側(cè)，固定桿的第一端與第一桿的中部鉸接；彈性連接件的第一端與第二桿的中部鉸接；第一桿的第二端和彈性連接件的第二端同時(shí)鉸接于移動(dòng)塊；第二桿的前表面安裝仿生粘附層。

具有所述具有自適應(yīng)性的仿螞蟻?zhàn)銐|結(jié)構(gòu)的機(jī)器人，其特征在于：所述固定桿的第二端鉸接于所適配的足式機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)上，所述移動(dòng)塊安裝于直線驅(qū)動(dòng)部件末端，直線驅(qū)動(dòng)部件安裝于所適配的足式機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)。

所述的具有自適應(yīng)性的仿螞蟻?zhàn)銐|結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述彈性連接件為彈簧。

所述機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)方法，其特征在于運(yùn)動(dòng)方法包括以下過(guò)程：