[发明专利]干粘附钩爪四轮足桨驱动的多栖机器人及其运动方法

说明书

一种干粘附钩爪四轮足桨驱动的多栖机器人及其运动方法，属机器人领域。它的身体主体包括前足支撑架（3）、N个串联的身体Z轴舵机、后足支撑架（18）；头颈结构包括头部Y轴向舵机（2）和摄像头（1）；尾巴结构包括：尾巴X轴向舵机（26）、尾巴X轴向舵机U型连接件（27）、M个串联的尾巴Z轴舵机、尾鳍（31）；足结构由足部Y轴舵机、支撑块、支撑轮、轮足桨组成。该机器人能满足自然环境下非结构地形水面‑陆地表面自适应要求，同时在光滑表面上可采用干粘附进行大坡度墙面爬行，同时在粗糙表面上可采用钩爪进行大坡度墙面爬行，可作为自然环境下的全地形多栖越野移动平台的干粘附钩爪四轮足桨驱动的多栖机器人及其运动方法。

技术领域

本发明属于机器人技术应用领域，具体涉及一种干粘附钩爪四轮足桨驱动的多栖机器人及其仿生运动，主要作为自然环境下的全地形多栖移动平台。

背景技术

适应各种水陆复杂环境的机器人是当今机器人研究领域最为前沿的课题之一，它集机械、电子、计算机、材料、传感器、控制技术及人工智能等多门学科于一体，反映了一个国家的智能化和自动化研究水平，同时也作为一个国家高科技实力的重要标志，各发达国家在该领域相继投入巨资开展研究。

足式机器人能够实现复杂地面爬坡，可调整前后端高低体位运动相结合的方式，满足更大坡度的山地环境运动要求，增强了山地环境运动的适应性，但同时足式机器人行进速度低，因重心原因容易引起运动不稳定。轮式机器人更适合平坦的路面，且能高速移动，但容易打滑，不平稳，越障能力、地形适应能力差。桨式驱动的机器人可以实现在水面移动，但不适合复杂地面运动。模拟鱼类尾鳍驱动方式的仿生机器人可以实现水中的自由游动，但不太适合复杂地面上运动。如何能将各式机器人的优点集中，弥补缺点是一个当下的研究热点。研究大自然生物特性，我们发现鳄鱼属于两栖动物，在水中可用身体和尾巴实现游动，同时在岸上可用四肢爬行；具有干粘附运动能力的大壁虎属于爬行类，可实现在复杂地面和墙面的自由爬行，结合两者的仿生对象优点，仿生设计一种水中、陆地、墙面的多栖仿生机器人，将具有重要的研究意义和工程价值。

比较国内外较为著名的轮足式结合机器人，其中由The University ofMichigan、McGill University、University of California等研究机构研制的“X-RHexLite” 是一款轮足结合的机器人（https://www.grasp.upenn.edu/projects/x-rhex-lite-xrl），它可以双足跳跃，四足跳跃、六足跳跃，还可以连续跳跃。通过不同的跳跃模式达到不同的效果，比如跳跃沟槽，攀爬矮墙，或者是180°跳跃翻身，甚至是在岩石地面运动，装上桨式的腿还可以在水中游动。波士顿动力的RISE机器人采用钩爪与腿结合驱动方式，是一种垂直爬行的机器人，该机器人脚部有小爪可以方便它在粗糙地面上牢固抓紧（Saunders A, Goldman D I, Full R J, et al. The rise climbing robot: body andleg design[C]. Georgia Institute of Technology, 2006）。北京理工大学特种机器人科技创新团队设计的新型节肢机器人（http://www.liuti.cn/News/117741.html），采用的腿与轮子的结合驱动方式，具有一定的爬楼梯能力。东南大学的蚂蚁月球车，是一款仿生轮腿式机器人（http://news.longhoo.net/index/content/2016-04/23/content_28380.html），采用分布式传感控制系统，具有一定越障能力，可在山地、冰雪地等环境中行走，具有较好的适应性。中国科学院合肥物质科学研究院先进制造技术研究所研制的仿壁虎轮足复合爬壁机器人，采用粘附、履带和足驱动方式，实现光滑壁面的爬行（http://mil.huanqiu.com/china/2013-09/4341264.html）。

单一的轮足、足钩、粘附履带等机器人功能有限，而与具有干粘附与钩爪的轮足桨驱动的多栖机器人及其仿生运动方式尚未报道过，也并未开展过研究。

发明内容