[发明专利]一种柔性多足协同作业攀爬机器人

说明书

本发明涉及一种柔性多足协同作业攀爬机器人，包括主躯干、若干肢体、脚掌，以及舵机驱动系统、气驱系统和电气控制系统；电气控制系统分别与舵机驱动系统和气驱系统相连接，舵机驱动系统与机器人肢体连通，驱动机器人攀爬；气驱系统与机器人脚掌连通，驱动机器人攀爬过程中的稳定黏附或快速脱附；气驱系统包括气动单元、以及空腔结构和柔性皮瓣结构；气动单元对空腔结构正压充气，脚掌的脚趾下压，柔性皮瓣结构黏附附着面；气动单元对空腔结构负压吸气，脚掌的脚趾上抬，柔性皮瓣结构脱附附着面。本发明能有效解决现有足式攀爬机器人结构复杂、体积和重量大，机器人作业过程中机动性低、刚性末端执行器对附着面的表面适用性较差的问题。

技术领域

本发明涉及攀爬机器人技术领域，具体涉及一种柔性多足协同作业攀爬机器人。

背景技术

特种机器人的三维空间无障碍运动是未来机器人技术的主要发展方向之一，在灾难搜救、空间探测、危险环境作业、军事侦察等领域具有重要的应用价值。然而机器人的三维空间无障碍运动仍需攻克许多关键问题，其中实现机器人竖直表面的攀爬运动是完成机器人的三位空间的无障碍运动关键难点之一。目前攀爬机器人主要分为轮式、履带式和足式，其中轮式爬壁速度高；履带式承载能力强；足式机器人结构复杂，自由度多，对地形的适应性能力较好，有着较强的越障能力。但目前足式攀爬机器人本体机构与末端执行器的设计主要是以刚性材料为主，其承载能力和运动精度较高，结构复杂，体积和重量偏大，难以实现机器人的轻量化和小型化，在爬行过程中机器人所受重力较大，从而降低了机器人作业过程中的机动性，同时刚性末端执行器对附着面的表面适应性不佳，不适用于光滑平整或有曲率的圆弧表面。因此，亟需设计一种新的技术方案，以综合解决现有技术中存在的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种柔性多足协同作业攀爬机器人，能有效解决现有足式攀爬机器人结构复杂、体积和重量大，机器人作业过程中机动性低、刚性末端执行器对附着面的表面适用性较差的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用了以下技术方案：

一种柔性多足协同作业攀爬机器人，包括主躯干、安装在主躯干上的若干肢体、分别安装在肢体上的脚掌，以及安装在主躯干上与各肢体相配合的舵机驱动系统、气驱系统和电气控制系统；所述电气控制系统分别与舵机驱动系统和气驱系统相连接，所述舵机驱动系统与机器人肢体连通，驱动机器人攀爬；所述气驱系统与机器人脚掌连通，驱动机器人攀爬过程中的稳定黏附或快速脱附；

所述气驱系统包括能够供气和抽气的气动单元、以及设在脚掌脚趾远附着面的空腔结构和设在脚掌脚趾近附着面的柔性皮瓣结构；所述气动单元对空腔结构正压充气，脚掌的脚趾下压，柔性皮瓣结构黏附附着面；所述气动单元对空腔结构负压吸气，脚掌的脚趾上抬，柔性皮瓣结构脱附附着面。

优选地，空腔结构包括若干沿脚趾长度方向间距布置的凸起，各凸起均中空且连通；柔性皮瓣结构为若干沿脚趾长度方向间距布置的皮瓣，皮瓣近附着面的一端为仿壁虎黏附材料。

优选地，所述气动单元包括供气装置、换向阀、电磁阀和气压传感器，供气装置通过安装支架固定在主躯干上，所述供气装置上设有用于充气的排气端和用于抽气的抽气端，所述排气端和抽气端的主气路上分别设有换向阀，换向阀将主气路分为若干与肢体数量对应的支气路，各支气路分别与自身对应的脚掌进气口连通，且各所述支气路上均设有电磁阀，所述气压传感器设在脚掌进气口处。

优选地，所述舵机驱动系统包括舵机和支架，所述舵机包括控制髋关节的舵机以及控制膝关节的舵机；所述肢体包括髋关节、大腿连杆、膝关节、小腿连杆以及脚掌，所述髋关节一端连接与自身对应的舵机输出轴，髋关节另一端与大腿连杆的一端连接，大腿连杆的另一端与膝关节的一端连接，膝关节的输出轴作为膝关节的另一端与小腿连杆的一端相连，小腿连杆的另一端与脚掌固定连接；控制髋关节的舵机通过支架安装在主躯干上，控制膝关节的舵机通过支架安装在大腿连杆上。

优选地，所述髋关节为二自由度髋关节，所述膝关节为单自由度膝关节。