[发明专利]基于介电弹性体驱动器和静电吸附的爬壁机器人及方法

说明书

本发明提供了一种基于介电弹性体驱动器和静电吸附的爬壁机器人及控制方法，包括两个介电弹性体驱动器和四个静电吸附脚掌、万向铰链以及保持架，介电弹性体驱动器包括前后端盖、介电弹性体薄膜以及柔性电极组成；弹静电吸附脚掌由介电层、电极层和保护层构成；每个介电弹性体驱动器两端分别通过万向铰链与静电吸附脚掌相连；两个介电弹性体驱动器采用并排布置，中间通过一个保持架连接。本发明结构简单，重量轻，体积小，负载大，灵活性强，环境适应能力强。

技术领域

本发明涉及爬壁机器人，具体地，涉及基于介电弹性体驱动器和静电吸附的爬壁机器人。尤其是可以进入一些狭窄的空间或者危险的环境，完成一些人类难以完成的任务，比如管道探测、桥梁检测、高层建筑物清洁等的机器人。

背景技术

爬壁机器人作为一种能够在垂直平面上爬行的机器人，在侦查、环境检测、清洁等领域具有重要的应用价值。爬壁机器人通常需要具备吸附和运动两种功能。目前爬壁机器人常采用的吸附原理包括磁吸附、真空吸附等。这两种吸附具有吸附力大，控制方便等特点，但是磁吸附只能用于吸附铁磁材料，真空吸附只能用于光滑表面。而且这两种吸附体积大、重量大，难以小型化。爬壁机器人常采用的驱动方式主要包括电机驱动和液压驱动。虽然这两种驱动方式具有驱动力大，容易精确控制，但是其机械结构复杂，而且都是刚性材料，具有重量大，负载能力弱，环境适应性差的缺点。

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基于介电弹性体驱动器和静电吸附的爬壁机器人。

根据本发明提供的一种基于介电弹性体驱动器和静电吸附的爬壁机器人，包括介电弹性体驱动器1、静电吸附脚掌4；

两个介电弹性体驱动器1采用并排布置，中间通过保持架2连接；

两个介电弹性体驱动器1的前后两端分别通过万向铰链5连接对应的静电吸附脚掌4。

优选地，所述两个介电弹性体驱动器1的前后两端分别通过万向铰链5连接对应的静电吸附脚掌4，分别形成左前足4A、右前足4B、右后足4C、左后足4D。

优选地，介电弹性体驱动器1的前后两端分别安装有端盖3，并通过端盖3经万向铰链5连接静电吸附脚掌4。

根据本发明提供的一种上述的基于介电弹性体驱动器和静电吸附的爬壁机器人的控制方法，两个介电弹性体驱动器1采用周期为T的正弦电压驱动，四个静电吸附脚掌4分为两组分别采用周期为T的方波进行控制，其中4A和4B为一组并定义为前脚，4C和4D为另外一组并定义为后脚；爬行过程为：

在0到T/2这半个周期内，增大后脚的驱动电压并保持前脚的驱动电压不变，与此同时将周期为T的正弦电压施加到两个介电弹性体驱动器1上，介电弹性体驱动器1在电压作用下产生伸长运动，由于前脚的驱动电压低于后脚，因此前脚的静电吸附力小于后脚，在介电弹性体驱动器1的推动下，前脚向前运动，而后脚保持位置不变；

在T/2到T半个周期内，交换前脚和后脚之间的驱动电压，此时前脚的静电吸附力大于后脚，由于介电弹性体驱动器1的驱动电压处于下降状态，介电弹性体驱动器1长度变短，使得后脚往前爬行。

优选地，在墙面上爬行时，先将一个恒定的电压施加到每个静电吸附脚掌上，从而保证基于介电弹性体驱动器和静电吸附的爬壁机器人能够克服自重和负载吸附在墙面上。

优选地，实现原地转弯时，两个介电弹性体驱动器1采用周期为T的正弦电压驱动，静电吸附脚掌分为两组分别采用周期为T的方波进行控制，其中4A和4B为一组并定义为前脚，4C和4D为另外一组并定义为后脚；原地转弯过程为：

在0到T/2这半个周期内，增大4B和4D的驱动电压并保持脚4A和4C的驱动电压为0，与此同时将周期为T的正弦电压施加到两个介电弹性体驱动器上，驱动器在电压作用下产生伸长运动，由于4B和4D存在静电吸附力而4A和4C没有静电吸附力，在介电弹性体驱动器的推动下，4A和4C向相反的方向移动。