[实用新型]具有自适应性的仿蚂蚁足垫结构及机器人

说明书

本实用新型公开了一种具有自适应性的仿蚂蚁足垫结构及机器人，涉及机器人结构技术领域。包括：用于连接机器人的固定杆与移动块、仿生粘附层、连杆角型爪和弹性连接件。仿蚂蚁足垫结构突破了传统柔性足式攀爬机器人脚掌结构的设计，利用机械结构模拟蚂蚁腿部前进与肌肉收缩过程，使机器人可以自主辨别目标表面粗糙度状态，从刚性钩爪与仿生粘附层中自动选取更适宜的附着方式完成工作，提高了机器人的作用范围与稳定性。同时，仿蚂蚁足垫结构作为通用机器腿零件结构，与足式攀爬机器人适配性强，用处广，易于实施。

技术领域

本实用新型涉及机器人结构技术领域，尤其是一种具有自适应性的仿蚂蚁足垫结构及机器人。

背景技术

传统的攀爬机器人主要有两种，一种是应用于粗糙表面的钩爪机器人，另一种是应用于光滑表面的吸附机器人。钩爪机器人使用钩爪结构与目标表面相接触。其足部一般由刚性关节和齿轮等材料构成，利用强筋等弹性材料对关节进行控制，因此在光滑表面此类机器人大多会变得寸步难行；而吸附机器人通常采用吸力、磁力或黏合剂等，但这些方法大多不适用于多孔外表面或是窗口和角落等非结构表面。

蚂蚁具有卓越的攀爬能力，可以在三维空间进行无障碍攀爬。研究表明蚂蚁的足垫由具有机械缩合功能的钩爪和吸附功能的黏附垫组成，具有摩擦和黏附双重特性。因此，利用仿生黏附材料和爪型结构结合，模仿蚂蚁腿部运动设计机械结构，自主判断目标表面粗糙度并选择合适的接触方式，即可让机器人更好地适用于各种表面并完成攀爬任务。

目前，关于攀爬机器人足部的仿蚂蚁足垫结构设计，国内外并没有相关的技术。略有相似的有华南理工大学的仿生六足攀爬机器人的腿部结构设计，其将钩爪结构与电磁铁结合，通过舵机来旋转脚掌外壳控制电磁铁露出或缩进脚掌底面，以实现两种攀爬模式的切换，使机器人可以在光滑钢铁平面和粗糙墙面上运动（张义等.仿生攀爬机器人.CN202987325）；和南京航空航天大学仿生所研究的基于钩爪附着的仿生四足爬壁机器人脚掌部分，利用柔性连接块和阻尼转轴控制钩爪角度，实现了良好的壁面适应能力（吉爱红等. 基于钩爪附着的仿生四足爬壁机器人. CN105128971）；以及斯坦福大学研究的一种仿蚂蚁的机器人足部结构，模仿蚂蚁等昆虫腿部尖刺与刚毛及其范德华力接触机制，使每个足部结构包含十个由柔性多杆联合装置控制粘附材料进行附着的脚趾结构，且脚趾结构间可以独立偏转，以达到在不平坦表面完成附着的效果。(A.T.Asbeck et al.”Scaling hardvertical surfaces with compliant microspine arrays,” Int.J.Res., vol. 25, no.12, pp. 1165-1179, 2006,[3] )目前，并未发现利用机械结构自主切换仿生粘附材料和钩爪结构两种附着方式的攀爬机器人足部设计。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于，提供一种具有自适应性的仿蚂蚁足垫结构及机器人，能够使机器人在攀爬过程中适用于不同粗糙度的表面，以适应复杂多变的工作环境，增加机器人的稳定性与工作范围。

一种具有自适应性的仿蚂蚁足垫结构，其特征在于包括：连杆角型爪、固定杆、弹性连接件、移动块和仿生粘附层；其中连杆角型爪由第一杆和第二杆组成，第一杆的第一端和第二杆的第一端固定连接，且呈30-45度锐角，形成角形爪尖；固定杆位于第一杆后侧，固定杆的第一端与第一杆的中部铰接；弹性连接件的第一端与第二杆的中部铰接；第一杆的第二端和弹性连接件的第二端同时铰接于移动块；第二杆的前表面安装仿生粘附层。

具有所述具有自适应性的仿蚂蚁足垫结构的机器人，其特征在于：所述固定杆的第二端铰接于所适配的足式机器人本体结构上，所述移动块安装于直线驱动部件末端，直线驱动部件安装于所适配的足式机器人本体结构。

所述的具有自适应性的仿蚂蚁足垫结构，其特征在于：所述弹性连接件为弹簧。

所述机器人的运动方法，其特征在于运动方法包括以下过程：