[发明专利]钩爪式五足爬壁机器人及其运动步态方法

说明书

本发明涉及一种钩爪式五足爬壁机器人及其运动步态方法，涉及攀爬机器人的技术领域。它包括机身板（8）、腿关节（5）、舵机控制板（6）、尾巴（9）、电池（7）、足端结构（3）；其特征在于：所述足端结构（3）包括脚关节基体（11）和柔性脚掌基体（15）；柔性脚掌基体（15）的后端通过脚掌连接架（14）安装于脚关节基体（11）上，其中脚掌连接架（14）可绕与脚关节基体（11）连接的铰接孔转动，以调节柔性脚掌基体（15）与接触面的角度。柔性脚掌基体（15）沿脚关节基体（11）呈周向分布，前端设有多个突出的柔性矩形条，每个柔性矩形条的末端均安装有钩爪（16）。本发明可实现机器人在粗糙竖直面及倒置面的抓附与爬行等行为。

技术领域

本发明涉及攀爬机器人的技术领域，特别涉及一种钩爪式五足爬壁机器人及其运动步态方法。

技术背景

对于自然界中的大部分地形，要求爬壁机器人既具有在竖直面爬行又具有在倒置的表面抓附和爬行的能力。如行星探测时火星熔岩管的管壁等特殊地形就要求火星探测器具有在倒置的表面爬行的能力才可以进行勘测等活动。目前，国内外对于可以在竖直面爬行的钩爪爬壁机器人的研究已经很成熟了，但是对于既可以在竖直面爬行又可以在倒置的表面如天花板表面爬行的爬壁机器人研究还不是很多。

目前国内主要是中科院合肥智能所的爪刺式爬壁机器人（刘彦伟.爪刺式爬壁机器人仿生机理与系统研究[D].合肥：中国科学技术大学，2015.），该机器人可以实现在粗糙倒置和竖直砖墙面的移动，但作为2足对抓机器人尺寸较小，攀爬环境单一，负载也较低。国外最著名的是美国JPL（喷气推进实验室）研制的LEMUR IIB机器人（Parness A, Frost M,Thatte N, et al. Gravity‐independent Rock‐climbing Robot and a SampleAcquisition Tool with Microspine Grippers[J]. Journal of Field Robotics,2013, 30(6):897-915.），该机器人为4足钩爪爬壁机器人实现了在倒置粗糙表面的移动，但是体型比较大，钩爪脚掌制造工艺非常复杂，不易于实现，同时腿部结构复杂，攀爬稳定性不好。

发明内容

基于上述背景，本发明提供了一种具有良好的环境适应能力和在倒置表面稳定爬行能力的钩爪式五足爬壁机器人及其运动步态方法。

一种钩爪式五足爬壁机器人，包括机身板、安装在机身板中部的舵机控制板和电池、安装在机身板后侧的尾巴以及安装在机身板左右两侧的共四条腿关节；腿关节上安装有足端结构; 在机身质心位置同样布置了一个足端结构；其特征在于：所述腿关节由腿部第一前杆、腿部第二前杆、腿部后杆、摆腿舵机和拉伸舵机组成；其中摆腿舵机安置在机身板上,腿部第一前杆的第一端安装于摆腿舵机的输出轴上，腿部第二前杆的第一端铰接于机身板上，腿部后杆的内端分别铰接于腿部第一前杆的第二端、腿部第二前杆的第二端，拉伸舵机安装于腿部后杆的外端；所述足端结构包括通过固定帽与腿部后杆相连的脚关节基体， 还包括3-6个沿脚关节基体周向均匀分布的柔性脚掌及连接结构；每个柔性脚掌及连接结构均由一个柔性脚掌基体、一个脚掌连接架、一根钢丝线、一根脚部弹力线组成；脚掌连接架下端与柔性脚掌基体的后端相固定；脚掌连接架上由外向内依次设置有第一孔、第二孔、第三孔共三个孔；其中脚掌连接架通过第二孔与脚关节基体通过销轴结构相连接；钢丝线的第一端与脚掌连接架的第一孔相连，钢丝线的第二端穿过脚关节基体的定位孔后与拉伸舵机的输出轴相连；脚部弹力线的第一端与脚掌连接架的第三孔相连，脚部弹力线的第二端与脚关节基体的连接孔相连接；柔性脚掌基体前端设有若干突出的柔性矩形条，每个柔性矩形条的末端均安装有向内侧倾斜的钩爪。