[发明专利]一种高适应性复合抓附结构

说明书

本发明公开了一种高适应性复合抓附结构，包括干粘附系统，用于利用范德华力完成接触表面的干粘附的抓附；吸盘吸附系统，用于利用负压吸附光滑表面；爪刺对抓系统，用于与粗糙表面的抓附；外壳驱动装置，套接在磁力吸附系统上，用于驱动干粘附系统和吸盘吸附系统的上下运动，并带动爪刺对抓系统的张开动作；磁力吸附系统，用于通电后与磁性表面的磁力吸附，下行时与吸盘吸附系统接触对吸盘吸附系统进行密封，上行时与吸盘吸附系统脱离；并用于带动爪刺对抓系统的收缩动作。本发明可在多类型复杂表面完成抓附。

技术领域

本发明属于机器人技术领域，特别是一种高适应性复合抓附结构。

背景技术

爬壁机器人可以在竖直甚至负角度进行无障碍运动，大大拓展了机器人的工作范围，可以满足复杂环境下作业的需求。爬壁机器人应用领域广泛，可应用于星际探险、军事侦察、紧急救援(地震、火灾等)、建筑物外墙清洁以及空间站的舱外检修等复杂非结构环境。而爬壁机器人的核心在于其粘附能力。通常，不同的粘附方式对应不同的目标表面，而粘附方式也一定程度影响了微小型机器人的运动方式。目前主流的粘附方式有正压或负压吸附、磁力吸附、粘接剂吸附、静电吸附、干粘附以及爪刺抓附等。其中正压和负压吸附方式依靠大气压力，需要光滑表面。磁力吸附依靠磁力，需要金属表面。粘接剂吸附依靠黏性液体，需要洁净表面。静电吸附依靠静电吸附力，产生吸附力较小，适用于较轻的机器人。干粘附方式依靠范德华力，适用于较光滑表面。爪刺抓附依靠摩擦力，适用于粗糙表面。

目前压力吸附、磁力吸附、静电吸附比较受本身限制，需要对应的配套设备，体积较大且耗能。静电吸附需要较大电压，吸附能力弱。较为优秀的是干粘附方式和爪刺抓附方式，前者如戴振东教授在《仿蝗虫脚掌的机器人脚结构设计及其优化》一文中，模仿壁虎的微米级刚毛阵列；后者模仿金龟科甲虫爪足尖端，如刘彦伟教授在《爪刺式爬壁机器人仿生机理与系统研究》一文中，采用仿生爪刺抓附式原理设计制造了爬壁机器人。以上吸附方式都有许多较为优秀的机器人样机。但所有方式的不足在于，上述抓附方式适用的表面范围较为狭窄，通常只能在固定的一种或几种表面使用。而现实中存在的表面非常复杂，自然和人造的表面中，不同材料，不同粗糙度，不同硬度，不同角度的表面类型非常多，有的表面甚至是多种类型混合。为了适应如此复杂的情况，壁虎同时使用微小刚毛阵列的干粘附方式和爪子的爪刺抓附，且苍蝇同时使用干粘附方式，爪刺抓附方式，真空吸附方式和黏液粘附。虽然目前有可以更换粘附机构和同时使用干粘附足和爪刺足的机器人，但还没有能真正将几种吸附方式高度集成的相关研究，而这正是使爬壁机器人能像苍蝇或者壁虎自由在多种表面运动的关键。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高适应性复合抓附结构，解决了传统抓附结构单一的抓附方式，可在多类型复杂表面完成抓附。通过结构接触感知不同表面，自动切换对应的抓附方式。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种高适应性复合抓附结构，包括：

干粘附系统，用于利用范德华力完成接触表面的干粘附的抓附；

吸盘吸附系统，用于利用负压吸附光滑表面；

爪刺对抓系统，用于与粗糙表面的抓附；

外壳驱动装置，套接在磁力吸附系统上，用于驱动干粘附系统和吸盘吸附系统的上下运动，并带动爪刺对抓系统的张开动作；

磁力吸附系统，用于通电后与磁性表面的磁力吸附，下行时与吸盘吸附系统接触对吸盘吸附系统进行密封，上行时与吸盘吸附系统脱离；并用于带动爪刺对抓系统的收缩动作。

本发明与现有技术相比，其显著优点是：

(1)传统的抓附结构只能抓附单一性质表面，而本发明可以抓附多种复杂类型表面；本发明高度集成爪刺抓附、干粘附、负压吸附和磁力吸附结构，同时拥有抓附粗糙表面、光滑表面和金属表面的能力。

(2)对于不同的表面，只需要使用同一种简单的控制方式就可以完成粘附与脱落。