履带式仿生爬壁机器人脚掌结构及其运动方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号(10)申请公布号CNCN103847823103847823A(43)申请公布日2014.06.11(21)申请号201310030133.9(22)申请日2013.01.28(71)申请人中国科学院合肥物质科学研究院地址230000安徽省合肥市蜀山湖路350号(72)发明人吴晅张勇杰孙少明梅涛吴益靓(51)Int.Cl.B62D55/08(2006.01)B62D55/24(2006.01)B62D55/26(2006.01)B62D55/30(2006.01)权权利要求书1页利要求书1页说明书4页说明书4页附图6页附图6页(54)发明名称履带式仿生爬壁机器人脚掌结构及其运动方法(57)摘要本发明公开了一种履带式仿生爬壁机器人脚掌结构，包括机身框架、滚动轮、张紧机构、粘附履带，滚动轮通过滚动轮轴安装于机身框架两端，张紧机构包括张紧轮架、张紧弹簧、微型力传感器、张紧轮、套筒，套筒设于机身框架上表面，套筒上表面设有微型力传感器，张紧轮架包括轴伸和安装端，轴伸下端穿过微型力传感器和套筒，轴伸上套设有张紧弹簧，张紧弹簧设于微型力传感器和安装端之间，张紧轮通过张紧轮轴安装于安装端上，张紧轮和滚动轮通过粘附履带连接，还包括一设于机身框架上的驱动机构。本发明通过机器人机体输出一定切向位移和位姿角度，实现脚掌粘附、脱附和按压，帮助机器人在壁面上行走和停留。CN103847823ACN1038472ACN103847823A权利要求书1/1页1.一种履带式仿生爬壁机器人脚掌结构，其特征在于：包括机身框架、滚动轮、张紧机构、粘附履带，所述滚动轮通过滚动轮轴安装于所述机身框架两端，所述张紧机构包括张紧轮架、张紧弹簧、微型力传感器、张紧轮、套筒，所述套筒设于所述机身框架上表面，所述套筒上表面设有所述微型力传感器，所述张紧轮架包括轴伸和安装端，所述轴伸下端穿过所述微型力传感器和套筒，所述轴伸上套设有张紧弹簧，所述张紧弹簧设于所述微型力传感器和安装端之间，所述张紧轮通过张紧轮轴安装于所述安装端上，所述张紧轮和滚动轮通过粘附履带连接，还包括一设于机身框架上的驱动机构。2.根据权利要求1所述的履带式仿生爬壁机器人脚掌结构，其特征在于：所述套筒为固定于所述机身框架上表面的固定套筒。3.根据根据权利要求1所述的履带式仿生爬壁机器人脚掌结构，其特征在于：所述套筒为设于所述机身框架上表面的升降套筒，所述升降套筒外侧面设有齿条，所述机身框架上设有一连接有张紧电机的驱动齿轮，所述驱动齿轮啮合所述升降套筒的齿条并驱动所述升降套筒升降。4.根据权利要求2或3所述的履带式仿生爬壁机器人脚掌结构，其特征在于：所述驱动机构包括设于所述机身框架侧面的滑动槽，所述滑动槽内设有侧向滑动件，所述侧向滑动件两侧通过侧向弹簧安装于所述滑动槽内。5.根据权利要求4所述的履带式仿生爬壁机器人脚掌结构，其特征在于：所述粘附履带由柔软橡胶平带外侧固定一层粘附材料制成。6.根据权利要求4所述的履带式仿生爬壁机器人脚掌结构的运动方法，其特征在于：(1)机器人机体通过控制侧向滑动件，向脚掌输出x-y平面内旋转和平移的运动指令，通过旋转运动，使脚掌两个滚动轮连线与壁面间呈一定位姿角度；(2)处于悬空相的脚掌，机器人机体通过控制侧向滑动件，使脚掌前进方向的前滚动轮碰触壁面，随后将脚掌向前方平推，使前滚动轮向前滚动，并配合一定的位姿角度变化，在此过程中完成粘附履带与壁面的接触、粘附。在实现完全粘附之后，即进入支撑相；(3)处于支撑相的脚掌，机器人机体通过控制侧向滑动件，使前进方向的后脚掌抬起、脱附；另外，当处于大倾角壁面或顶部壁面时，机器人机体通过侧向滑动件控制脚掌处于一定的位姿角度，并输出平行于壁面的往复运动；剥离端粘附履带以一定剥离角剥离时，剥离粘附力使非剥离端粘附履带进入非剥离端轮下缘时受到按压；然后，非剥离端变剥离端并提供下压力；往复运动前进；(4)当遇到障碍时，可以采用抬起脚掌使粘附履带脱离附着面的方法，越过障碍或避开障碍。2CN103847823A说明书1/4页履带式仿生爬壁机器人脚掌结构及其运动方法技术领域[0001]本发明涉及仿生机器人领域，具体涉及一种履带式仿生爬壁机器人脚掌结构及其运动方法，主要应用于爬壁机器人中以实现不同倾角壁面的粘附、行走、停留以及越障功能。背景技术[0002]三维空间表面爬行机器人一直是机器人领域研究热点。利用爬壁机器人可以代替人类在陡峭的壁面上执行任务，例如摩天大楼外墙清洗、油气罐检修、核设施维护等。研究发现大壁虎脚趾表面生长有数百万根的微米级刚毛，每根刚毛顶端又有数千根纳米级绒毛。这些刚毛阵列与壁面间的范德华力(即分子间力)为大壁虎在壁面上粘附行走提供了支持。研究人员采用MEMS(微机电系