具有仿生吸振和仿生粘附结构的爬壁机器人.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102653289A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102653289A(43)申请公布日2012.09.05(21)申请号201110049063.2(22)申请日2011.03.01(71)申请人中国科学院合肥物质科学研究院地址230031安徽省合肥市董铺岛(72)发明人梅涛郭大宝孙少明吴暄(74)专利代理机构常州佰业腾飞专利代理事务所(普通合伙)32231代理人朱小杰(51)Int.Cl.B62D57/024(2006.01)权利要求书权利要求书1页1页说明书说明书33页页附图附图22页(54)发明名称具有仿生吸振和仿生粘附结构的爬壁机器人(57)摘要本发明涉及到工程仿生学，以及机械设计和制造等学科领域，尤其是涉及一种利用仿生吸振和仿生粘附来实现爬壁功能的机器人设备。目的是为了解决爬壁机器人常见吸附方式的局限性以及减小爬壁过程中的震动，提供一种结构简单，易于加工，粘附和吸收震动效果都很好的具有仿生吸振和仿生粘附结构的爬壁机器人。一种具有仿生吸振和仿生粘附结构的爬壁机器人，具有前后底盘、驱动单元和执行单元，执行单元包括4个同步带轮、同步带和连接同步带轮的轴，上述前后底盘之间通过仿生吸振单元弹性连接，仿生吸振单元由弹簧和多孔弹性橡胶组成，且多孔弹性橡胶包裹在弹簧周围。CN10265389ACN102653289A权利要求书1/1页1.一种具有仿生吸振和仿生粘附结构的爬壁机器人，具有前后底盘(1、6)、驱动单元和执行单元，执行单元包括4个同步带轮(10)、同步带和连接同步带轮的轴(2)，其特征在于：上述前后底盘之间通过仿生吸振单元(9)弹性连接，仿生吸振单元由弹簧(92)和多孔弹性橡胶(91)组成，且多孔弹性橡胶包裹在弹簧周围。2.根据权利要求1所述的具有仿生吸振和仿生粘附结构的爬壁机器人，其特征在于：上述驱动单元包括直流减速电机(4)和齿轮组(3)，且齿轮组传动比为1∶3。3.根据权利要求1所述的具有仿生吸振和仿生粘附结构的爬壁机器人，其特征在于：上述执行单元包括4个同步带轮(10)、同步带(8)和连接同步带轮的轴(2)，同步带的外围粘贴有仿生纳米阵列材料(7)，仿生纳米阵列材料具有硅橡胶材质的基底(71)，基底上具有采用微纳米加工工艺刻饰处的刚毛(72)。4.根据权利要求1所述的具有仿生吸振和仿生粘附结构的爬壁机器人，其特征在于：上述后底盘(6)具有用来提供预压力的尾部(5)。2CN102653289A说明书1/3页具有仿生吸振和仿生粘附结构的爬壁机器人技术领域[0001]本发明涉及到工程仿生学，以及机械设计和制造等学科领域，尤其是涉及一种利用仿生吸振和仿生粘附来实现爬壁功能的机器人设备。背景技术[0002]爬壁机器人是能够在垂直墙面上进行攀爬并完成作业的自动化机器人。爬壁机器人必须具备吸附和移动两个基本功能，常见的吸附方法有负压吸附和磁性吸附两种方法，其中负压吸附要求墙面光滑平整，磁性吸附要求墙面具有导磁性，两种吸附方式的应用范围都有一定的局限性。根据移动方式的不同，爬壁机器人在移动过程中可能会产生振动，这种振动将会影响到爬壁机器人爬壁过程中的稳定性，甚至可能导致出现爬壁机器人从墙面上掉落的情况发生。因此，选择一种应用范围广泛的吸附方式，并且能够解决移动过程中的震动问题对于爬壁机器人的研究具有重要意义。[0003]在爬壁机器人方面，中国专利文献CN1428226提供了一种《履带式多吸盘爬壁机器人的实现方法及所述方法的机器人》，该专利文件在一定程度上解决了爬壁机器人在爬行过程中的低速、非连续性、跨越障碍或沟槽时吸盘出现真空泄漏导致机器人脱离壁面以及吸盘在吸附过程中密封难度大等难题，但是这种机器人对墙面光洁度要求严格，适用性不强。发明内容[0004]本发明的目的是为了解决爬壁机器人常见吸附方式的局限性以及减小爬壁过程中的震动，提供一种结构简单，易于加工，粘附和吸收震动效果都很好的具有仿生吸振和仿生粘附结构的爬壁机器人。[0005]根据现有研究发现，大壁虎的脚部约有650万根角蛋白绒毛(刚毛seta)，每根刚毛在顶端又细分为100-1000根绒毛(spatula)，其末端呈现直径约0.2-0.5μm的抹刀形状，如倒立的钝角三角形连接在末端。2000年，路易斯-克拉克学院的KellarAutumn发现，壁虎单根刚毛的粘附力，最大可以达到194±25μN。所有刚毛全部完全粘附，最大可达粘附力为1300N。排除了气压、摩擦力、静电引力、粘胶作用以及毛细作用，范德华力(VanderWaalsForce，即分子间力)被确定为起主要作用的力，来保持壁虎与墙壁的粘附。随后科学家们开始致力于人工制作仿壁虎脚掌材料即粘附阵列的研究。[0006]中科院合肥智能机械研究所利用硅橡胶(聚二甲基硅氧