[發(fā)明專利]一種仿安樂(lè)蜥的抗風(fēng)振爬附機(jī)器人

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110571143.8
• 申請(qǐng)日: 2021-05-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113184075B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-08-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李銳;陳大超;馮甚堯;楊平安;周崇川;壽夢(mèng)杰;鄢雙;向莎
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 重慶郵電大學(xué)
• 主分類號(hào): B62D57/024
• 分類號(hào): B62D57/024
• 代理公司: 北京同恒源知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11275
• 代理人: 李弱萱

本發(fā)明屬于智能機(jī)器人領(lǐng)域，涉及一種仿安樂(lè)蜥的抗風(fēng)振爬附機(jī)器人，由軀體功能模組、足掌功能模組、腿部功能模組以及控制與驅(qū)動(dòng)功能模組和電源裝置組成。軀體功能模組包括頭部、通過(guò)彎曲完成交叉步態(tài)前進(jìn)功能的脊柱、采用磁敏橡膠制備的柔性腹部薄膜、通過(guò)彎曲形變將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為前進(jìn)動(dòng)力的尾部、肋骨框架；足掌功能模組由包含爪刺和多節(jié)趾骨的腳趾以及腳趾連接件組成；腿部功能模組包括氣動(dòng)功能部分和運(yùn)動(dòng)功能部分。本機(jī)器人借鑒安樂(lè)蜥在強(qiáng)風(fēng)中的結(jié)構(gòu)變化特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了可調(diào)節(jié)氣動(dòng)性能的柔性腹部和尾部，設(shè)計(jì)了提升附著能力的黏附足掌，使其能夠解決強(qiáng)風(fēng)環(huán)境下穩(wěn)定攀附的問(wèn)題，且能適應(yīng)一定曲率的壁面，能適應(yīng)更廣泛和復(fù)雜的場(chǎng)景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于智能機(jī)器人領(lǐng)域，涉及一種仿安樂(lè)蜥的抗風(fēng)振爬附機(jī)器人。

背景技術(shù)

爬壁機(jī)器人領(lǐng)域的關(guān)鍵點(diǎn)之一是爬附性能的問(wèn)題，世界各國(guó)對(duì)仿生機(jī)理都有一定的研究成果，針對(duì)各種吸附方式進(jìn)行了較為深入的研究，來(lái)提升機(jī)器人的爬附性能。在國(guó)外，有美國(guó)斯坦福大學(xué)研制的Stickybo機(jī)器人，采用仿壁虎的人造剛毛作為黏附材料，其干吸附方式雖然帶來(lái)良好的平整表面攀附性能，但是缺少抗風(fēng)擾的能力，不能滿足復(fù)雜環(huán)境的作業(yè)需求。卡耐基梅隆大學(xué)研制的微小型機(jī)器人Waalbot、履帶式爬壁機(jī)器人以及Geckobo等一系列機(jī)器人，產(chǎn)生的黏附力不足，且無(wú)調(diào)控能力來(lái)適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境的干擾，也難以在復(fù)雜壁面爬行；國(guó)內(nèi)研制的爬壁機(jī)器人中，有哈爾濱工業(yè)大學(xué)的氣動(dòng)吸盤式爬壁機(jī)器人、永磁履帶式爬壁機(jī)器人等，中國(guó)科學(xué)院常州先進(jìn)制造所利用制備的仿壁虎的黏附材料實(shí)現(xiàn)了干性黏附機(jī)器人等。但目前的爬壁機(jī)器人針對(duì)環(huán)境變化的應(yīng)變能力較差，抗擾能力較差導(dǎo)致大部分爬壁機(jī)器人只能局限于室內(nèi)較為穩(wěn)定環(huán)境下的應(yīng)用。因此，各國(guó)開(kāi)發(fā)的爬壁機(jī)器人在室外的基礎(chǔ)設(shè)施，如大型路橋壁面等復(fù)雜環(huán)境下使用均有較大的局限性。例如在檢測(cè)橋墩健康狀況時(shí)，作業(yè)環(huán)境經(jīng)常會(huì)有風(fēng)場(chǎng)的變化，即強(qiáng)風(fēng)干擾條件下，傳統(tǒng)爬壁機(jī)器人的攀附能力嚴(yán)重下降，不僅難以在此環(huán)境下正常作業(yè)，還可能因?yàn)榭箶_能力的不足而無(wú)法正常行走，甚至有脫落的可能，無(wú)法滿足復(fù)雜環(huán)境的工作需求。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種仿安樂(lè)蜥的抗風(fēng)振爬附機(jī)器人，以解決現(xiàn)有爬壁機(jī)器人在強(qiáng)風(fēng)復(fù)雜環(huán)境下抗風(fēng)能力不足，攀爬性能不高、不具備可調(diào)控適應(yīng)環(huán)境的能力、靈活性不高、爬壁環(huán)境局限性大的問(wèn)題。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種仿安樂(lè)蜥的抗風(fēng)振爬附機(jī)器人，包括軀體功能模組、足掌功能模組、腿部功能模組以及控制與驅(qū)動(dòng)功能模組；所述軀體功能模組包括依次相連的頭部、脊柱、尾部、設(shè)置在脊柱兩側(cè)的肋骨、覆蓋在肋骨上的腹部薄膜、以及尾部；所述腿部功能模組設(shè)置在軀體功能模組上，所述足掌功能模組連接在所述腿部功能模組上；還包括氣動(dòng)功能部分，用于向爬附壁面施加正壓，所述氣動(dòng)功能部分設(shè)置在所述軀體功能模組或腿部功能模組上。

可選的，所述仿安樂(lè)蜥的抗風(fēng)振爬附機(jī)器人通過(guò)腹部形變?cè)黾訉?duì)爬附壁面的正壓力、通過(guò)尾部彎曲利用障礙物后端的振蕩能量提供被動(dòng)向前的動(dòng)力、通過(guò)帶爪刺的黏附足掌增強(qiáng)攀附能力。

可選的，所述軀體功能模組以頭部連接脊柱，脊柱被肋骨包圍，肋骨下方包裹了柔性的腹部薄膜，脊柱連接尾部，所述腿部功能模組與所述軀體功能模組通過(guò)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸進(jìn)行連接。

可選的，所述足掌功能模組包括由柔性基體材料制備的模擬安樂(lè)蜥足掌剛毛的各向異性黏附特性設(shè)計(jì)的仿生腳趾及腳趾連接件，所述仿生腳趾包括多節(jié)趾骨，使其具備連續(xù)彎曲變形能力，并且以牽引線穿過(guò)各節(jié)趾骨代替肌肉，通過(guò)拉動(dòng)牽引線來(lái)實(shí)現(xiàn)腳趾的彎曲變形；所述趾骨下方貼合具備黏附能力的仿生足墊，所述仿生足墊上設(shè)有剛毛結(jié)構(gòu)，通過(guò)改變足墊與接觸面之間的范德華力改變其黏附能力。

可選的，還包括嵌入仿生腳趾前端的剛性爪刺。

可選的，尾部采用多節(jié)尾骨設(shè)計(jì)，將牽引繩穿過(guò)各節(jié)尾骨，通過(guò)步進(jìn)電機(jī)拉動(dòng)牽引繩，協(xié)助柔性的腹部薄膜完成整機(jī)氣動(dòng)特性的調(diào)節(jié)。