[发明专利]气动多囊式软体爬壁机器人及其控制方法

说明书

本发明提供了一种气动多囊式软体爬壁机器人及其控制方法，包括：吸附部件、气囊部件、充放气部件以及气动供给部件；所述吸附部件位于气囊部件内部，所述气动供给部件通过充放气部件给气囊部件充气，使得气囊部件的不同部分处于充气状态或者放气状态，通过改变气囊部件不同部分的充放气状态实现对应吸附部件与支撑物之间的吸附和分离，并配合吸附部件的吸附和分离动作完成指定的运动。本发明打破爬壁机器人刚体结构的传统，将新型软体机器人赋予爬壁功能，结构简单，自由度高，能够实现前进、后退、转弯、曲面爬行等运动方式。

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体地，涉及一种气动多囊式软体爬壁机器人及其控制方法。

背景技术

一般的，爬壁机器人按吸附类型分为磁吸附和真空吸附，真空吸附虽然不受墙壁材料的限制，但是如果所吸附的墙面不平整，就会容易减小吸盘中的真空度，吸附力减小，机器人容易掉落，因此工业用途的爬壁机器人大多采用磁吸附式。而磁吸附又可分为电磁体和永磁体两种类型，电磁体维持控制比较方便，但是维持磁力需要电力，永磁体不受断电的影响，使用中安全可靠，但是控制比较麻烦。

从目前研究成果来看，采用真空吸附和磁吸附的爬壁式机器人都已经有相应研究成果，主要应用于工业领域。例如日本应用技术研究所研究出的车轮式磁吸附爬壁机器人，它可以吸附在各种大型构造物如油罐、球形煤气罐、船舶等的壁面，代替人进行检查或修理等作业。这种爬壁机器人靠磁性车轮对壁面产生吸附力，其主要特征是：行走稳定速度快，最大速度可达9m/min，适用于各种形状的壁面，且不损坏壁面的油漆。

再例如1990年开始，美国Wichita State大学的B.BAHR，Y.LI和Kent State大学的M.NAJAFL等人研制出了一系列的ROSTAM双足吸盘式爬壁机器人，使得机器人能够方便的上下墙壁，且试用了伸缩式结构，机器人在行走的过程中能够得到更快的速度。

而目前软体机器人也有很大的发展空间，软体机器人是一种全新的机器人，对它的研究刚刚兴起不久，涉及材料科学、化学、微机电、液压、控制等多学科。软体机器人由柔韧性材料制成，可在大范围内任意改变自身形状、尺寸在侦察、探测、救援及医疗等领域都有广阔的应用前景。

软体机器人具有无限多自由度，但驱动器数目有限，属于欠驱动机器人，因而分布式负载、局部变形都会影响机器人的结构稳定性，进而影响运动或操作的精确度，其自由度与驱动器不是一对一的关系，多个自由度与驱动器之间存在耦合，而且并非所有自由度均可控.驱动机构作用引起的形变由驱动机制、驱动力大小、驱动器大小、形状和位置共同决定这种驱动、结构一体化的功能特点限制了电机等多种传统驱动器的应用。

例如，日本早稻田大学的Shingo Maeda等采用凝胶材料研制的仿生尺蠖，利用Belosov-Zhabotinskii(B-Z)化学反应实现了周期性伸缩运动。横滨大学的Shutaro Saito等采用光敏离子胶研制了软体微型夹具，可以夹持质量为3mg的重物，再例如麻省理工学院、哈佛大学和韩国汉城国立大学的研究人员联合研发的Meshworm机器人，通过在聚合管周围环绕网格状形状记忆合金(Shape memory alloy,SMA)线模拟蚯蚓蠕动并能抵抗强大的冲击。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种气动多囊式软体爬壁机器人及其控制方法。

根据本发明提供的气动多囊式软体爬壁机器人，包括：吸附部件、气囊部件、充放气部件以及气动供给部件；所述吸附部件位于气囊部件内部，所述气动供给部件通过充放气部件给气囊部件充气，使得气囊部件的不同部分处于充气状态或者放气状态，通过改变气囊部件不同部分的充放气状态实现对应吸附部件与支撑物之间的吸附和分离，并配合吸附部件的吸附和分离动作完成指定的运动。