[发明专利]吸盘和钩刺协同附着装置水下冰层履带机器人及工作方法

说明书

本发明吸盘和钩刺协同附着装置水下冰层履带机器人及工作方法,属于机器人应用技术领域。该装置包括中间支板（18）、分别安装于中间支板（18）左右两侧的侧支板（17）；还包括安装于中间支板（18）的吸盘机构；还包括安装于侧支板（17）外侧的钩刺运动机构和安装于侧支板内侧的触发机构。相应的机器人具有水下冰层附着、水中作业能力。运用可变形履带，探究其运动方式，可以更好的适应水下冰层的环境。对水下冰水交界面勘察等领域具有重要研究意义和应用价值。

技术领域

本发明属于机器人应用技术领域，具体涉及一种面向水下冰层的吸盘和钩刺协同附着装置及履带机器人运动方式，主要作为水下冰层下的附着移动平台。

技术背景

由于极地科研需求，水下冰层移动机器人成为重要的需求，适应各种水下复杂环境的机器人是当今机器人研究领域最为前沿的课题之一，它集机械、电子、计算机、材料、传感器、控制技术及人工智能等多门学科于一体，反映了一个国家的智能化和自动化研究水平，同时也作为一个国家高科技实力的重要标志，各发达国家在该领域相继投入巨资开展研究。

水下冰层机器首先需要解决的问题是在冰层负表面进行附着并且移动，机器人的运动吸附方式主要分为磁吸附、仿生材料吸附、真空吸附。磁吸附主要运用在金属表面上运动，并不能运用在冰层吸附上；仿生材料形如仿生粘附材料，刚毛结构，由于其功能限制，很难在水中运用；真空吸附主要运用吸盘结构，将机器人吸附在光滑平面上。水下冰层具有整体光滑，局部粗糙的特性，不易进行附着，因此，设计一种能够在水下冰层附着的机器人，将有重要的研究意义和工程价值。

北京理工大学提出了一种履带吸盘式玻璃幕墙清洁机器人，其采用履带和吸盘结合的方式实现玻璃幕墙上的吸附与运动，但是其只能在平整的玻璃幕墙上运动，且不能越过障碍物（北京理工大学.履带吸盘式壁面清洁机器人[P]:中国,102631173A.2012-08-15.）。湖北工业大学提出了一种多工作面履带吸盘式阳光房节能清洗装置，其采用摆臂履带和吸盘的结合，可以翻越障碍，但其也只能在光滑的平面上运动（湖北工业大学.多工作面履带吸盘式阳光房节能清洗装置[P]:中国，110881913A.2020-03-17.）。西安理工大学设计了一种基于仿生钩刺柔顺爪结构的履带爬壁机器人，可以实现在粗糙壁面上连续稳定爬行，但其不能适应天花板负表面吸附（王李梦. 基于仿生柔顺爪刺结构的履带式爬壁机器人研究[D].西安理工大学,2021.）。哈尔滨理工大学研制了一种水下爬壁机器人，其利用螺旋桨产生吸附力，通过履带在水下壁面上行走，但其吸附过程中螺旋桨需要一直开启，能量消耗高（庄博. 水下爬壁机器人结构设计与运动稳定性研究[D].哈尔滨理工大学,2018.）。

目前关于面向水下冰层的吸盘和钩刺协同附着的研究尚未有报道。

发明内容

本发明的目的是实现机器人在水下冰层的附着及运动，通过吸盘和钩刺协同附着，使机器人附着在水下冰面上，同时通过吸盘钩刺复合式履带的变化实现机器人的整体越过障碍的能力，通过螺旋桨的作用使机器人水中游动和上浮下潜，提供一种面向水下冰层的吸盘和钩刺协同附着装置及履带机器人运动方式。

上述吸盘和钩刺协同附着装置，其特征在于：该装置包括中间支板、分别安装于中间支板左右两侧的侧支板。该装置还包括安装于中间支板的吸盘机构；其中吸盘机构由阶梯轴、套筒、吸盘、压缩弹簧组成；其中阶梯轴的大端朝上小端朝下，小端与中间支架固定，套筒的下端与阶梯轴的大端套装，吸盘安装于套筒的上端，压缩弹簧安装于套筒内位于吸盘与阶梯轴大端之间；该装置还包括安装于侧支板外侧的钩刺运动机构和安装于侧支板内侧的触发机构；

上述钩刺运动机构由前上连杆、前下连杆、前侧连杆、后上连杆、后下连杆、后侧连杆、前齿轮、后齿轮、夹紧弹簧组成；

上述前上连杆、前下连杆、前侧连杆构成平行四边形机构；其中前上连杆的后端通过销钉安装于侧支板，前下连杆的后端通过前销钉安装于侧支板，前侧连杆的下端通过销钉与前下连杆的前端相连，前侧连杆的中端通过销钉与前上连杆的前端相连；