[发明专利]一种多自由度的可变刚度仿生壁虎气动小臂

说明书

本发明公开了一种多自由度的可变刚度仿生壁虎气动小臂，涉及爬壁机器人技术领域，包括气动旋转关节与可变刚度扭关节；气动旋转关节包括旋转关节外壳，旋转关节外壳内部设置有限位器和旋转气囊；限位器包括限位销、第一限位片和第二限位片；所述第一限位片和第二限位片可转动的设置在所述限位销上构成一个旋转副；所述旋转气囊设置在所述第一限位片和第二限位片之间；可变刚度扭转关节包括核心刚度气囊、第一气囊和第二气囊；可变刚度扭转关节的第一端与穿过所述旋转关节外壳上的通孔与所述第二限位片固定连接。本发明设有气动旋转关节和可变刚度扭关节，使小臂具备旋转与扭转两个自由度，可有效解决机器人运动之中粘附失效与粘脱附冲击等问题。

技术领域

本发明涉及爬壁机器人技术领域，具体是一种多自由度的可变刚度仿生壁虎气动小臂。

背景技术

特种机器人主要应用于专业领域，一般由经过专门培训的人员操作或使用，辅助或代替人工执行任务。特种机器人可应用于未知空间探测、危险环境作业等，复杂的环境对特种机器人的三维空间运动能力提出巨大的挑战。仿壁虎爬壁机器人属于特种机器人的一种，通过粘附脚掌的设计可实现针对竖直面或陡峭面的攀爬。在传统足式仿壁虎粘附机器人的设计之中(专利CN106515893B、专利CN100469538、专利CN101353064B、专利CN113212584A等)，仿生壁虎机器人的四肢均为刚性构件，采取电机/舵机驱动，仿生壁虎机器人的四肢一般包括大臂、小臂和脚掌，小臂仅具备相对于大臂的旋转自由度，在运动之中存在黏附失效与粘脱附冲击等问题。

发明内容

发明目的：本发明目的在于针对现有技术中，仿生壁虎机器人的四肢在运动过程中存在黏附失效与粘脱附冲击的问题，提供一种多自由度的可变刚度仿生壁虎气动小臂。

技术方案：一种多自由度的可变刚度仿生壁虎气动小臂，包括气动旋转关节与可变刚度扭关节；所述气动旋转关节包括旋转关节外壳，所述旋转关节外壳内部设置有限位器和旋转气囊；所述限位器包括限位销、第一限位片和第二限位片；所述第一限位片和第二限位片可转动的设置在所述限位销上构成一个旋转副；所述旋转气囊设置在所述第一限位片和第二限位片之间，且所述旋转气囊相对的两侧面分别与所述第一限位片和第二限位片固定连接；所述第一限位片和第二限位片远离所述旋转气囊的侧面上分别设有第一限位块和第二限位块；所述第一限位片与所述旋转关节外壳的内壁固定连接；所述限位销通过轴承固定在所述旋转关节外壳上；所述可变刚度扭转关节包括核心刚度气囊、第一气囊和第二气囊；所述第一气囊和第二气囊在折叠出多个倾斜的第一褶皱与第二褶皱后通过超声波焊机的焊点点焊在所述核心刚度气囊相对的两侧面上，所述第二褶皱的面积大于第一褶皱的面积；所述可变刚度扭转关节的第一端与穿过所述旋转关节外壳上的通孔与所述第二限位片固定连接。

进一步的，所述旋转关节外壳的外壁与仿生壁虎机器人的大臂固定连接；所述可变刚度扭转关节的第二端与仿生壁虎机器人的脚掌连接。

进一步的，所述第一限位块和第二限位块均包括固定件和活动件；所述固定件上设有凹槽，所述活动件的第一端嵌设在所述固定件上的凹槽内，所述凹槽的底面与所述固定件的第一端之间设有弹簧；所述固定件与所述第一限位片和第二限位片均通过螺栓固定连接；所述活动件为弧形件，且所述弧形件的圆心为所述限位销。

进一步的，所述旋转气囊为四片纤维-TPU复合织物经超声波焊机焊接而成的V型气囊，所述V型气囊的两外侧面与所述第一限位片和第二限位片固定连接；所述纤维-TPU复合织物由布料与TPU经热压而成。

进一步的，所述脚掌为仿生壁虎粘附脚掌，所述仿生壁虎粘附脚掌上设有粘附皮瓣，所述粘附皮瓣粘贴有仿生干性粘附材料，所述仿生干性粘附材料为仿壁虎刚毛的微纳米结构。

进一步的，所述核心刚度气囊与第一气囊、第二气囊均由两片纤维-TPU复合织物经超声波焊机焊接而成；所述第一气囊和第二气囊上的第一褶皱、第二褶皱的倾斜方向与密集程度一致。