[发明专利]一种仿安乐蜥的抗风振爬附机器人

说明书

本发明属于智能机器人领域，涉及一种仿安乐蜥的抗风振爬附机器人，由躯体功能模组、足掌功能模组、腿部功能模组以及控制与驱动功能模组和电源装置组成。躯体功能模组包括头部、通过弯曲完成交叉步态前进功能的脊柱、采用磁敏橡胶制备的柔性腹部薄膜、通过弯曲形变将风能转换为前进动力的尾部、肋骨框架；足掌功能模组由包含爪刺和多节趾骨的脚趾以及脚趾连接件组成；腿部功能模组包括气动功能部分和运动功能部分。本机器人借鉴安乐蜥在强风中的结构变化特点，设计了可调节气动性能的柔性腹部和尾部，设计了提升附着能力的黏附足掌，使其能够解决强风环境下稳定攀附的问题，且能适应一定曲率的壁面，能适应更广泛和复杂的场景。

技术领域

本发明属于智能机器人领域，涉及一种仿安乐蜥的抗风振爬附机器人。

背景技术

爬壁机器人领域的关键点之一是爬附性能的问题，世界各国对仿生机理都有一定的研究成果，针对各种吸附方式进行了较为深入的研究，来提升机器人的爬附性能。在国外，有美国斯坦福大学研制的Stickybo机器人，采用仿壁虎的人造刚毛作为黏附材料，其干吸附方式虽然带来良好的平整表面攀附性能，但是缺少抗风扰的能力，不能满足复杂环境的作业需求。卡耐基梅隆大学研制的微小型机器人Waalbot、履带式爬壁机器人以及Geckobo等一系列机器人，产生的黏附力不足，且无调控能力来适应复杂环境的干扰，也难以在复杂壁面爬行；国内研制的爬壁机器人中，有哈尔滨工业大学的气动吸盘式爬壁机器人、永磁履带式爬壁机器人等，中国科学院常州先进制造所利用制备的仿壁虎的黏附材料实现了干性黏附机器人等。但目前的爬壁机器人针对环境变化的应变能力较差，抗扰能力较差导致大部分爬壁机器人只能局限于室内较为稳定环境下的应用。因此，各国开发的爬壁机器人在室外的基础设施，如大型路桥壁面等复杂环境下使用均有较大的局限性。例如在检测桥墩健康状况时，作业环境经常会有风场的变化，即强风干扰条件下，传统爬壁机器人的攀附能力严重下降，不仅难以在此环境下正常作业，还可能因为抗扰能力的不足而无法正常行走，甚至有脱落的可能，无法满足复杂环境的工作需求。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种仿安乐蜥的抗风振爬附机器人，以解决现有爬壁机器人在强风复杂环境下抗风能力不足，攀爬性能不高、不具备可调控适应环境的能力、灵活性不高、爬壁环境局限性大的问题。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种仿安乐蜥的抗风振爬附机器人，包括躯体功能模组、足掌功能模组、腿部功能模组以及控制与驱动功能模组；所述躯体功能模组包括依次相连的头部、脊柱、尾部、设置在脊柱两侧的肋骨、覆盖在肋骨上的腹部薄膜、以及尾部；所述腿部功能模组设置在躯体功能模组上，所述足掌功能模组连接在所述腿部功能模组上；还包括气动功能部分，用于向爬附壁面施加正压，所述气动功能部分设置在所述躯体功能模组或腿部功能模组上。

可选的，所述仿安乐蜥的抗风振爬附机器人通过腹部形变增加对爬附壁面的正压力、通过尾部弯曲利用障碍物后端的振荡能量提供被动向前的动力、通过带爪刺的黏附足掌增强攀附能力。

可选的，所述躯体功能模组以头部连接脊柱，脊柱被肋骨包围，肋骨下方包裹了柔性的腹部薄膜，脊柱连接尾部，所述腿部功能模组与所述躯体功能模组通过步进电机的转动轴进行连接。

可选的，所述足掌功能模组包括由柔性基体材料制备的模拟安乐蜥足掌刚毛的各向异性黏附特性设计的仿生脚趾及脚趾连接件，所述仿生脚趾包括多节趾骨，使其具备连续弯曲变形能力，并且以牵引线穿过各节趾骨代替肌肉，通过拉动牵引线来实现脚趾的弯曲变形；所述趾骨下方贴合具备黏附能力的仿生足垫，所述仿生足垫上设有刚毛结构，通过改变足垫与接触面之间的范德华力改变其黏附能力。

可选的，还包括嵌入仿生脚趾前端的刚性爪刺。

可选的，尾部采用多节尾骨设计，将牵引绳穿过各节尾骨，通过步进电机拉动牵引绳，协助柔性的腹部薄膜完成整机气动特性的调节。