[發明專利]一種柔性多足協同作業攀爬機器人

有效

• 申請號: 202110603015.7
• 申請日: 2021-05-31
• 公開（公告）號: CN113212584B
• 公開（公告）日: 2023-03-10
• 發明（設計）人: 王周義;張玲浩;宋益帆;尹瀟;戴振東
• 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: 南京業騰知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32321
• 代理人: 李靜

1.一種柔性多足協同作業攀爬機器人，其特征在于：包括主軀干、安裝在主軀干上的若干肢體、分別安裝在肢體上的腳掌，以及安裝在主軀干上與各肢體相配合的舵機驅動系統、氣驅系統和電氣控制系統；所述電氣控制系統分別與舵機驅動系統和氣驅系統相連接，所述舵機驅動系統與機器人肢體連通，驅動機器人攀爬；所述氣驅系統與機器人腳掌連通，驅動機器人攀爬過程中的穩定黏附或快速脫附；

所述氣驅系統包括具備供氣和抽氣功能的氣動單元、以及設在腳掌腳趾遠附著面的空腔結構和設在腳掌腳趾近附著面的柔性皮瓣結構；所述空腔結構包括若干沿腳趾長度方向間距布置的凸起，各凸起均中空且連通；所述柔性皮瓣結構為若干沿腳趾長度方向間距布置的皮瓣片，所述皮瓣片近附著面的一端為仿壁虎黏附材料；

所述氣動單元對空腔結構正壓充氣，腳掌的腳趾下壓，柔性皮瓣結構黏附附著面；所述氣動單元對空腔結構負壓吸氣，腳掌的腳趾上抬，柔性皮瓣結構脫附附著面；

柔性多足協同作業攀爬機器人的單腿協同作業過程為：當左前肢位處于未工作狀態時，左前腳處于常壓狀態；當左前肢處于支撐相時，為了提供穩定的黏附力，左前腳處于正壓充氣狀態；當左前肢從支撐相開始向擺動相轉變時，左前腳需要脫離附著面，此時左前腳需負壓吸氣，實現腳趾的外翻脫附，隨即左前肢舵機控制系統控制其向前擺動；當左前肢擺動結束時，即左前肢從擺動相向支撐相轉變時，為了提供穩定的黏附力，左前腳狀態轉換為正壓充氣狀態；其他肢體的單腿協同作業過程與左前肢相同；

柔性多足協同作業攀爬機器人多足之間的協同作業過程為：機器人以對角步態爬行，整個步態周期內機器人左前肢與右后肢狀態保持一致，右前肢與左后肢狀態保持一致，相對應的左前腳與右后腳的工作狀態保持一致，右前腳與左后腳的工作狀態保持一致，即當左前肢與右后肢處于支撐相時，右前肢與左后肢處于擺動相，而當左前肢與右后肢處于擺動相時，右前肢與左后肢處于支撐相；機器人四肢在不同相位時剛性腿與仿生腳掌之間的作業過程變化與單腿協同作業時左前肢與左前腳的方式相同；

所述氣動單元包括供氣裝置、換向閥、電磁閥和氣壓傳感器，供氣裝置通過安裝支架固定在主軀干上，所述供氣裝置上設有用于充氣的排氣端和用于抽氣的抽氣端，所述排氣端和抽氣端的主氣路上分別設有換向閥，換向閥將主氣路分為若干與肢體數量對應的支氣路，各支氣路分別與自身對應的腳掌進氣口連通，且各所述支氣路上均設有電磁閥，所述氣壓傳感器設在腳掌進氣口處。

2.根據權利要求1所述的柔性多足協同作業攀爬機器人，其特征在于：所述舵機驅動系統包括舵機和支架，所述舵機包括控制髖關節的舵機以及控制膝關節的舵機；所述肢體包括髖關節、大腿連桿、膝關節、小腿連桿以及腳掌，所述髖關節一端連接與自身對應的舵機輸出軸，髖關節另一端與大腿連桿的一端連接，大腿連桿的另一端與膝關節的一端連接，膝關節的輸出軸作為膝關節的另一端與小腿連桿的一端相連，小腿連桿的另一端與腳掌固定連接；控制髖關節的舵機通過支架安裝在主軀干上，控制膝關節的舵機通過支架安裝在大腿連桿上。

3.根據權利要求1所述的柔性多足協同作業攀爬機器人，其特征在于：所述電氣控制系統包括設在主軀干上的主控單元和供電電源，所述舵機驅動系統和氣驅系統均與主控單元和供電電源連接。