[发明专利]一种负载均摊式机械脚及其驱动方法

说明书

本发明公开了一种负载均摊式机械脚及其驱动方法。负载均摊式机械脚由吸附模块、驱动模块组成。负载均摊式机械脚通过PDMS微纤维层将机械脚吸附于墙面；机械脚的吸附模块中的软气室存在间隔物，软气室壁可分离，通过负压作用将机器人的重力分摊至PDMS微纤维层上，提高了PDMS微纤维层的吸附能力；机械脚驱动采用双形状记忆合金弹簧驱动，可通过驱动电压的调整，来调整SMA弹簧的响应效率。为能提高攀爬机器人对粗糙、不平整墙面的适应性，本发明提出了一种负载均摊式机械脚及驱动方法，可实现在粗糙、不平整的墙面上的吸附，并通过改变电压，实现形状记忆合金弹簧的精确控制实现吸附模块与墙面的吸附和分离。

技术领域

本发明属于机器人及其控制领域，具体涉及一种负载均摊式机械脚及其驱动方法。

背景技术

高空作业具有危险性高、效率低的特点。近年来，随着机器人技术的快速发展，攀爬机器人作为代替人进行高空作业的一种选择，已被越来越多的科研人员关注，其对解决高空作业的安全和效率问题具有重要意义。

目前众多攀爬机器人采用的是吸盘式负压吸附原理制作机械脚，利用大气压作用使机器人可吸附在墙面上。但普通材料制作的吸盘式机械脚在粗糙、不平整的墙面上的吸附能力较弱，吸盘底部与这类墙面接触时，不易形成较密闭的空间，影响吸盘式机械脚的正常运行。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出了一种负载均摊式机械脚及其驱动方法，采用PDMS微纤维层制作吸附模块，并通过改变电压精确控制形状记忆合金弹簧，实现在粗糙、不平整的墙面上的吸附和分离。

一种负载均摊式机械脚，包括吸附模块和驱动模块。

所述吸附模块包括柔性吸附装置1和固定外壳7，柔性吸附装置1与固定外壳7的下表面密封固定。

柔性吸附装置1由T型硅胶真空管18、硅胶气室15、圆柱外壳17、圆盘形固定板16、微纤维粘附层14和PDMS微纤维层13组成。T型硅胶真空管18下端与硅胶气室15上端密封连接，硅胶气室15下端内圈与圆柱外壳17上端密封连接，圆柱外壳17下端与圆盘形固定板16固定连接，硅胶气室15下端外圈与微纤维粘附层14的一面密封连接；微纤维粘附层14的另一面PDMS微纤维层13固定连接。

所述驱动模块包括SMA弹簧驱动模块、气室外壳2和封顶外壳3。

SMA弹簧驱动模块由第一SMA弹簧10、第二SMA弹簧12、橡胶活塞8、铁制导杆9及滑块11组成。铁制导杆9下端与橡胶活塞8固定；铁制导杆9的上端依次穿过第一SMA弹簧10、滑块11与第二SMA弹簧12后放置在气室外壳2中；气室外壳2中设有限位层24，位于第一SMA弹簧10与橡胶活塞8之间。气室外壳2和封顶外壳3固定连接。

气室外壳2与固定外壳7密封连接。

作为优选，固定外壳7上固定有3个柔性吸附装置。

作为优选，硅胶气室15的内壁设置圆柱形间隔物，间隔物间存在一定间距。

作为优选，使用硅胶粘黏剂或乙烯基硅氧烷实现密封连接。

一种负载均摊式机械脚的驱动方法，具体包括以下步骤：

步骤一：对第一SMA弹簧10通电加热，第一SMA弹簧10处于自然冷却状态，铁制导杆9带动橡胶活塞8向上移动，使硅胶气室15产生负压，PDMS微纤维层13与墙面之间产生吸附力。

步骤二：对第一SMA弹簧10进行间断通电加热，且使第一SMA弹簧10的电阻值维持在小于安全电阻阀值R，保持硅胶气室15维持负压状态，维持机械脚的吸附状态。

步骤三：对第一SMA弹簧10断电处理，对第二SMA弹簧12通电加热，第二SMA弹簧12伸长，推动铁制导杆9向下移动，硅胶气室15的负压消失，PDMS微纤维层13与墙面分离。