[實用新型]一種基于變剛度材料調控的靜電吸附爬壁機器人足部結構

有效

• 申請號: 201922238276.4
• 申請日: 2019-12-13
• 公開（公告）號: CN211468610U
• 公開（公告）日: 2020-09-11
• 發明（設計）人: 翁煥博;夏寧;朱燚鋆;洪運;何啟航;許楊劍;梁利華;司馬莉;王海丹;馬煜鎧;陳昱君;魯珂琦;王鵬琴
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: B62D57/032
• 分類號: B62D57/032
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 劉靜

本實用新型公開了一種基于變剛度材料調控的靜電吸附爬壁機器人足部結構，包括傳動裝置與足底；所述傳動裝置包括曲柄、連桿、搖桿和舵機架，四者組成四桿機構；所述足底通過連接層與連桿的下端轉動連接，所述連接層由變剛度材料、靜電吸附薄膜和絕緣介質組成；所述變剛度材料由多層介電彈性體驅動器DEA單元組成，DEA單元中含有夾緊電極和驅動電極，夾緊電極通電時各DEA單元之間的靜電吸附力作用使得變剛度材料的整體結構的剛度增加，提升足部吸附性能，當驅動電極通電時使得與驅動電極鄰接的介電彈性體發生形變，進而使變剛度材料整體發生形變，實現足部脫附。本實用新型通過變剛度材料剛度的調控以及靜電吸附，實現足底的快速吸脫附響應。

技術領域

本實用新型涉及機器人技術領域，尤其涉及一種基于變剛度材料調控的靜電吸附爬壁機器人足部結構。

背景技術

隨著現代社會工業化、城市化進展加快,在高危環境和惡劣條件下作業的領域和行業中，都有很大的機器換人(尤其是爬壁機器人)的需求。比如：玻璃幕墻的清洗，壓力容器的裂紋探傷、焊接接頭的打磨以及清洗，還有橋梁和大型建筑的檢測和修復等。

爬壁機器人一個核心的技術就是其吸脫附技術。目前盡管已有很多成熟的技術，比如機械吸附、磁力吸附、負壓吸附、化學吸附以及靜電吸附等，但是普遍或多或少地存在如下技術缺陷：體型大，造價高、能耗高、噪音強、以及爬行壁面適應性差，需要作特定的配置等。

公開號為CN110254544A的中國專利文獻介紹了一種具有觸感的無源負壓吸附微小型爬壁機器人足部機構。該爬壁機器人足部機構包括控制系統、足徑、踝關節、吸附機構。所述足徑的上端連接爬壁機器人腿部，下端通過踝關節連接吸附機構；控制系統包括控制模塊、步進電機驅動器、信號調理電路；所述吸附機構由各種驅動裝置以及壓電薄膜傳感器組成。所述具有觸感的無源負壓吸附微小型爬壁機器人足部機構利用壓電薄膜傳感器獲取壁面信息，為足部機構調整自身的擺動角度提供幫助，具有一定的智能性與自適應性。

上述專利雖然擺脫了空氣壓縮機，實現了無源負壓吸附，但是由于負壓吸附本身存在適用范圍的限制，當壁面的平整度較差時，負壓吸附的效果將大大降低，因此存在一定的局限性。

實用新型內容

本實用新型目的在于針對現有技術的不足，提出一種基于變剛度材料調控的靜電吸附爬壁機器人足部結構，解決傳統吸附方式存在的適應性差、吸附性能弱、功耗高等問題，提供了一種基于變剛度材料調控的靜電吸附爬壁機器人足部結構，其結構合理，通過變剛度材料與靜電吸附薄膜的結合，可以提高吸脫附的響應速度，同時增強吸附性能，實現對壁面的穩固、快速吸附。

本實用新型的目的是通過以下技術方案來實現的：一種基于變剛度材料調控的靜電吸附爬壁機器人足部結構，包括傳動裝置與足底；

所述傳動裝置包括舵機、曲柄、連桿、搖桿和舵機架；舵機固定在舵機架上，驅動曲柄周轉，所述曲柄與連桿的上端轉動連接；所述搖桿一端和連桿的中下部轉動連接，另一端轉動連接在舵機架上；

所述足底通過連接層與連桿的下端轉動連接，所述連接層的下面依次為變剛度材料、靜電吸附薄膜和絕緣介質；所述變剛度材料由多層介電彈性體驅動器DEA單元組成，所述DEA單元采用電極與介電彈性體交替布置制作而成，其從上至下依次為：惰性層、夾緊電極、絕緣層、接地電極、介電彈性體、驅動電極、介電彈性體、接地電極和惰性層；

所述變剛度材料包含V₁端口和V₂端口，所述各DEA單元的夾緊電極與V₁端口相連；所述各DEA單元的驅動電極與V₂端口相連。

進一步地，連桿的尾部呈平面狀，平面和足底之間保留一定間隔，用于限制足底擺動的角度，角度范圍為-30°～30°。

進一步地，所述足底的連接層采用樹脂材料，利用3D打印制成。

進一步地，所述變剛度材料的惰性層材料采用硅膠。