[发明专利]一种仿生壁虎机器人及其控制方法

说明书

本申请实施例提供一种仿生壁虎机器人，包括设有四条爬行足的机器人本体，爬行足包括依次相连的上腿关节、中间腿关节和下腿关节；上腿关节内的多个第一腔室、中间腿关节内的多个第二腔室、下腿关节内的多个第三腔室及末端的第四腔室通过气道连通，并通过上腿关节端部的进气口连接气源，在连接气源的管路上设有比例阀，用以调节气压；第一腔室上壁薄、下壁厚；第二腔室前壁薄，后壁厚；第四腔室下壁面呈弧形；下腿关节弧形下弯，下腿关节末端端面为吸附面；三个腿关节由不同弹性模量的柔性材料制成，且上腿关节、中间腿关节和下腿关节弹性模量依次减小。本发明中，爬行足为全柔性结构，结构简单，通过性好，控制实现简单。

技术领域

本发明涉及仿生机器人，具体涉及一种仿生壁虎机器人及其控制方法。

背景技术

已知的仿生壁虎机器人，如CN114044070A、CN111422276A、CN113212584A等，多为刚性关节结构，在遇障碍物时易卡住，并且存在结构及控制实现复杂的问题。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提出一种通过性好，结构及控制实现简单的仿生壁虎机器人；本发明的第二目的是提出该仿生壁虎机器人的控制方法。

技术方案：第一方面，本发明提供一种仿生壁虎机器人，包括机器人本体和设于所述机器人本体上的四条爬行足，所述爬行足包括依次相连的上腿关节、中间腿关节和下腿关节，其中下腿关节弧形下弯，下腿关节末端端面为吸附面；上腿关节内沿长度方向开设多个第一腔室，中间腿关节内沿长度方向开设多个第二腔室，下腿关节内沿弧线方向开设多个第三腔室，下腿关节内末端位置还开设有第四腔室；所有腔室通过气道连通，并通过上腿关节端部的进气口连接气源，在连接气源的管路上设有比例阀，用以调节气压；第一腔室上壁薄、下壁厚；所述第二腔室前壁薄，后壁厚；第四腔室下壁面呈弧形；三个腿关节由不同弹性模量的柔性材料制成，且上腿关节、中间腿关节和下腿关节弹性模量依次减小。

本发明中，爬行足为全柔性结构，结构上简单，行进时不易卡住，环境适应性好，通过性好；同时体积小，重量轻，制作成本低。驱动控制实现简单，采用气压驱动，通入正压后爬行足即可实现脱附抬起、扭转移动和落下的动作，通过设置三个腿关节弹性模量不同保证了在通入正压后，这三个动作能够依次进行；脱附抬起动作具体来说，末端端面基于柔性材料的特性能够实现主动吸附，在通入正压后，第四腔室膨胀导致末端端面粘接面积减小，粘附力减弱，在此过程中下腿关节抬起，实现边抬腿边脱附的过程，柔顺性好，连贯性强。

进一步地，上腿关节弹性模量为下腿关节弹性模量的3倍，中间腿关节弹性模量为下腿关节弹性模量的2倍。

进一步地，第一腔室呈过半圆形，优弧朝上；第一腔室上壁厚度为下壁厚度的1/3。

进一步地，所述第二腔室呈过半圆形，优弧朝前；所述第二腔室前壁厚度为后壁厚度的1/3。

进一步地，第三腔室呈半圆形，半弧朝下；第三腔室下壁厚度为上壁厚度的2倍。

进一步地，末端端面处设有便于脱附的倒角。

进一步地，所述柔性材料采用硅橡胶。

进一步地，上腿关节、中间腿关节和下腿关节一体成型。

第二方面，本发明提供一种上述仿生壁虎机器人的控制方法，通入正压后，单个爬行足进行如下的周期性运动：下腿关节末端端面鼓起脱附，同时下腿关节整体向上抬起；中间腿关节整体向后扭转移动；上腿关节整体向下弯曲落下，同时比例阀控制气压减小使下腿关节末端端面重新吸附；

所述的仿生壁虎机器人整体采用对角步态，四条爬行足按照对角分为第一足对和第二足对，第一足对和第二足对之间的步态时序控制为一个周期差。

如前所述，本发明控制实现简单。