[实用新型]一种基于变刚度材料调控的静电吸附爬壁机器人足部结构

说明书

本实用新型公开了一种基于变刚度材料调控的静电吸附爬壁机器人足部结构，包括传动装置与足底；所述传动装置包括曲柄、连杆、摇杆和舵机架，四者组成四杆机构；所述足底通过连接层与连杆的下端转动连接，所述连接层由变刚度材料、静电吸附薄膜和绝缘介质组成；所述变刚度材料由多层介电弹性体驱动器DEA单元组成，DEA单元中含有夹紧电极和驱动电极，夹紧电极通电时各DEA单元之间的静电吸附力作用使得变刚度材料的整体结构的刚度增加，提升足部吸附性能，当驱动电极通电时使得与驱动电极邻接的介电弹性体发生形变，进而使变刚度材料整体发生形变，实现足部脱附。本实用新型通过变刚度材料刚度的调控以及静电吸附，实现足底的快速吸脱附响应。

技术领域

本实用新型涉及机器人技术领域，尤其涉及一种基于变刚度材料调控的静电吸附爬壁机器人足部结构。

背景技术

随着现代社会工业化、城市化进展加快,在高危环境和恶劣条件下作业的领域和行业中，都有很大的机器换人(尤其是爬壁机器人)的需求。比如：玻璃幕墙的清洗，压力容器的裂纹探伤、焊接接头的打磨以及清洗，还有桥梁和大型建筑的检测和修复等。

爬壁机器人一个核心的技术就是其吸脱附技术。目前尽管已有很多成熟的技术，比如机械吸附、磁力吸附、负压吸附、化学吸附以及静电吸附等，但是普遍或多或少地存在如下技术缺陷：体型大，造价高、能耗高、噪音强、以及爬行壁面适应性差，需要作特定的配置等。

公开号为CN110254544A的中国专利文献介绍了一种具有触感的无源负压吸附微小型爬壁机器人足部机构。该爬壁机器人足部机构包括控制系统、足径、踝关节、吸附机构。所述足径的上端连接爬壁机器人腿部，下端通过踝关节连接吸附机构；控制系统包括控制模块、步进电机驱动器、信号调理电路；所述吸附机构由各种驱动装置以及压电薄膜传感器组成。所述具有触感的无源负压吸附微小型爬壁机器人足部机构利用压电薄膜传感器获取壁面信息，为足部机构调整自身的摆动角度提供帮助，具有一定的智能性与自适应性。

上述专利虽然摆脱了空气压缩机，实现了无源负压吸附，但是由于负压吸附本身存在适用范围的限制，当壁面的平整度较差时，负压吸附的效果将大大降低，因此存在一定的局限性。

实用新型内容

本实用新型目的在于针对现有技术的不足，提出一种基于变刚度材料调控的静电吸附爬壁机器人足部结构，解决传统吸附方式存在的适应性差、吸附性能弱、功耗高等问题，提供了一种基于变刚度材料调控的静电吸附爬壁机器人足部结构，其结构合理，通过变刚度材料与静电吸附薄膜的结合，可以提高吸脱附的响应速度，同时增强吸附性能，实现对壁面的稳固、快速吸附。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于变刚度材料调控的静电吸附爬壁机器人足部结构，包括传动装置与足底；

所述传动装置包括舵机、曲柄、连杆、摇杆和舵机架；舵机固定在舵机架上，驱动曲柄周转，所述曲柄与连杆的上端转动连接；所述摇杆一端和连杆的中下部转动连接，另一端转动连接在舵机架上；

所述足底通过连接层与连杆的下端转动连接，所述连接层的下面依次为变刚度材料、静电吸附薄膜和绝缘介质；所述变刚度材料由多层介电弹性体驱动器DEA单元组成，所述DEA单元采用电极与介电弹性体交替布置制作而成，其从上至下依次为：惰性层、夹紧电极、绝缘层、接地电极、介电弹性体、驱动电极、介电弹性体、接地电极和惰性层；

所述变刚度材料包含V₁端口和V₂端口，所述各DEA单元的夹紧电极与V₁端口相连；所述各DEA单元的驱动电极与V₂端口相连。

进一步地，连杆的尾部呈平面状，平面和足底之间保留一定间隔，用于限制足底摆动的角度，角度范围为-30°～30°。

进一步地，所述足底的连接层采用树脂材料，利用3D打印制成。

进一步地，所述变刚度材料的惰性层材料采用硅胶。