[發明專利]一種高適應性復合抓附結構

在審

• 申請號: 202111410020.2
• 申請日: 2021-11-25
• 公開（公告）號: CN113998024A
• 公開（公告）日: 2022-02-01
• 發明（設計）人: 張鈺;沈煜年;毛晨曦;亓澤宇
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: B62D57/024
• 分類號: B62D57/024
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 汪清

本發明公開了一種高適應性復合抓附結構，包括干粘附系統，用于利用范德華力完成接觸表面的干粘附的抓附；吸盤吸附系統，用于利用負壓吸附光滑表面；爪刺對抓系統，用于與粗糙表面的抓附；外殼驅動裝置，套接在磁力吸附系統上，用于驅動干粘附系統和吸盤吸附系統的上下運動，并帶動爪刺對抓系統的張開動作；磁力吸附系統，用于通電后與磁性表面的磁力吸附，下行時與吸盤吸附系統接觸對吸盤吸附系統進行密封，上行時與吸盤吸附系統脫離；并用于帶動爪刺對抓系統的收縮動作。本發明可在多類型復雜表面完成抓附。

技術領域

本發明屬于機器人技術領域，特別是一種高適應性復合抓附結構。

背景技術

爬壁機器人可以在豎直甚至負角度進行無障礙運動，大大拓展了機器人的工作范圍，可以滿足復雜環境下作業的需求。爬壁機器人應用領域廣泛，可應用于星際探險、軍事偵察、緊急救援(地震、火災等)、建筑物外墻清潔以及空間站的艙外檢修等復雜非結構環境。而爬壁機器人的核心在于其粘附能力。通常，不同的粘附方式對應不同的目標表面，而粘附方式也一定程度影響了微小型機器人的運動方式。目前主流的粘附方式有正壓或負壓吸附、磁力吸附、粘接劑吸附、靜電吸附、干粘附以及爪刺抓附等。其中正壓和負壓吸附方式依靠大氣壓力，需要光滑表面。磁力吸附依靠磁力，需要金屬表面。粘接劑吸附依靠黏性液體，需要潔凈表面。靜電吸附依靠靜電吸附力，產生吸附力較小，適用于較輕的機器人。干粘附方式依靠范德華力，適用于較光滑表面。爪刺抓附依靠摩擦力，適用于粗糙表面。

目前壓力吸附、磁力吸附、靜電吸附比較受本身限制，需要對應的配套設備，體積較大且耗能。靜電吸附需要較大電壓，吸附能力弱。較為優秀的是干粘附方式和爪刺抓附方式，前者如戴振東教授在《仿蝗蟲腳掌的機器人腳結構設計及其優化》一文中，模仿壁虎的微米級剛毛陣列；后者模仿金龜科甲蟲爪足尖端，如劉彥偉教授在《爪刺式爬壁機器人仿生機理與系統研究》一文中，采用仿生爪刺抓附式原理設計制造了爬壁機器人。以上吸附方式都有許多較為優秀的機器人樣機。但所有方式的不足在于，上述抓附方式適用的表面范圍較為狹窄，通常只能在固定的一種或幾種表面使用。而現實中存在的表面非常復雜，自然和人造的表面中，不同材料，不同粗糙度，不同硬度，不同角度的表面類型非常多，有的表面甚至是多種類型混合。為了適應如此復雜的情況，壁虎同時使用微小剛毛陣列的干粘附方式和爪子的爪刺抓附，且蒼蠅同時使用干粘附方式，爪刺抓附方式，真空吸附方式和黏液粘附。雖然目前有可以更換粘附機構和同時使用干粘附足和爪刺足的機器人，但還沒有能真正將幾種吸附方式高度集成的相關研究，而這正是使爬壁機器人能像蒼蠅或者壁虎自由在多種表面運動的關鍵。

發明內容

本發明的目的在于提供一種高適應性復合抓附結構，解決了傳統抓附結構單一的抓附方式，可在多類型復雜表面完成抓附。通過結構接觸感知不同表面，自動切換對應的抓附方式。

實現本發明目的的技術解決方案為：

一種高適應性復合抓附結構，包括：

干粘附系統，用于利用范德華力完成接觸表面的干粘附的抓附；

吸盤吸附系統，用于利用負壓吸附光滑表面；

爪刺對抓系統，用于與粗糙表面的抓附；

外殼驅動裝置，套接在磁力吸附系統上，用于驅動干粘附系統和吸盤吸附系統的上下運動，并帶動爪刺對抓系統的張開動作；

磁力吸附系統，用于通電后與磁性表面的磁力吸附，下行時與吸盤吸附系統接觸對吸盤吸附系統進行密封，上行時與吸盤吸附系統脫離；并用于帶動爪刺對抓系統的收縮動作。

本發明與現有技術相比，其顯著優點是：

(1)傳統的抓附結構只能抓附單一性質表面，而本發明可以抓附多種復雜類型表面；本發明高度集成爪刺抓附、干粘附、負壓吸附和磁力吸附結構，同時擁有抓附粗糙表面、光滑表面和金屬表面的能力。

(2)對于不同的表面，只需要使用同一種簡單的控制方式就可以完成粘附與脫落。