CN103847827A - 一种具有仿生吸振结构的微刺式爬壁机器人 - Google Patents

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刘彦伟
孙少明
梅涛
胡重阳
吴晅
张勇杰
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Abstract

本发明公开了一种具有仿生吸振结构的微刺式爬壁机器人，包括机体，及设于所述机体上的尾部，及设于所述机体两侧的转轮，所述转轮包括间隔设置的微刺片和隔片，所述微刺片包括微刺、柔性部件以及设于所述机体圆轴上的转盘，所述柔性部件将所述微刺连接于转盘的侧边缘上。本发明的爬壁机器人通过吸振单元来连接机器人机体与尾部，尾部在机器人爬行运动过程中起平衡作用；吸振单元是通过对生物机体刚柔混合特性的仿生设计，在类似脊椎的刚性材料结构的周围填充柔性材料，具有抗振和吸振功能；机器人微刺片、隔片、机体、尾部都采用抗摔材料制造，增加了机器人整体的抗摔、吸振能力，从而使机器人可以在高空落下而不被破坏。

Description

一种具有仿生吸振结构的微刺式爬壁机器人
技术领域
本发明涉及工程仿生学和机械设计制造等学科，属于特种机器人领域，具体是一种具有仿生吸振结构的微刺式爬壁机器人。
背景技术
爬壁机器人对于军事侦察、极限环境下救助等有重要意义。传统的爬壁机器人采用负压吸附和磁吸附两种粘附方式，对壁面限制比较大，其中负压吸附要求壁面光滑平整，磁吸附要求壁面具有铁磁性。近年来基于对壁虎超强爬壁能力的仿生，仿生纳米粘附材料发展很快，然而仿生纳米材料制造比较困难且易污染失效，对于粗糙的壁面粘附效果不佳。自然界，大多数壁面都是粗糙的，甲虫等昆虫利用腿和足部众多微小的钩刺抓附壁面凹坑等壁面形貌，这是目前比较理想的仿生粘附方式。斯坦福等大学研制的Spinybot和Rise系列微刺式爬壁机器人采用腿式结构，实现了在粗糙壁面上的爬行，但结构复杂、效率较低且只能实现在壁面上单个方向爬行，不能实现转向、水平与垂直面之间的过渡等必要的功能。
对于爬壁机器人，在爬壁过程中由于意外掉落或者为执行侦察或搜救任务，可能从高空摔落，为了保护机器人自身和机载的电子元器件和控制器，要求机器人必须就有一定的吸振、抗摔能力。然而，爬壁机器人的研究还主要集中于稳定爬行方式的研究，并未涉及机器人抗摔、吸振方面。
因此设计一种可攀爬粗糙壁面，同时结构简单，具有一定抗摔、吸振爬壁机器人具有重要意义。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是提供一种具有仿生吸振结构的微刺式爬壁机器人，本发明的爬壁机器人以轮式结构代替传统的腿式结构，速度快、效率高，可实现转弯、垂直壁面上的爬行、水平与垂直壁面间过渡等功能。
(二)技术方案
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种具有仿生吸振结构的微刺式爬壁机器人，包括机体，及设于所述机体上的尾部，及设于所述机体两侧的转轮，所述转轮包括间隔设置的微刺片和隔片，所述微刺片包括微刺、柔性部件以及设于所述机体圆轴上的转盘，所述柔性部件将所述微刺连接于转盘的侧边缘上。
两个所述转轮各由一电机独立驱动。
所述机体和尾部之间还设有吸振单元，所述吸振单元包括刚性骨架以及嵌设于所述刚性骨架内的柔性块。
所述转盘上沿圆周方向设有若干连接孔，所述隔片上设有用于卡接于所述连接孔内的凸起。
所述转盘与微刺片为一体成型结构。
(三)有益效果
本发明相比较于现有技术，具有如下有益效果：本发明的爬壁机器人通过吸振单元来连接机器人机体与尾部，尾部在机器人爬行运动过程中起平衡作用；吸振单元是通过对生物机体刚柔混合特性的仿生设计，在类似脊椎的刚性材料结构的周围填充柔性材料，具有抗振和吸振功能；机器人微刺片、隔片、机体、尾部都采用抗摔材料制造，增加了机器人整体的抗摔、吸振能力，从而使机器人可以在高空落下而不被破坏。
附图说明
图1为本发明的具有仿生吸振结构的微刺式爬壁机器人的结构图。
图2为图1中的转轮的结构图。
图3为图2中的微刺片的结构图。
图4为图1中的吸振单元的结构图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步的详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图1至图4所示的，一种具有仿生吸振结构的微刺式爬壁机器人，包括机体4，及设于所述机体4上的尾部1，及设于所述机体4两侧的转轮3，所述转轮3包括间隔设置的微刺片7和隔片6，所述微刺片7包括微刺8、柔性部件9以及设于所述机体圆轴上的转盘10，所述柔性部件9将所述微刺8连接于转盘10的侧边缘上。两个所述转轮3各由一电机独立驱动。所述机体4和尾部1之间还设有吸振单元2，所述吸振单元2包括刚性骨架12以及嵌设于所述刚性骨架12内的柔性块13。所述转盘10上沿圆周方向设有若干连接孔11，所述隔片6上设有用于卡接于所述连接孔11内的凸起。
作为优选的，所述转盘10与微刺片7为一体成型结构。相比于上述分体式微刺片结构，其结构紧凑，强度更高。
本发明的爬壁机器人通过吸振单元来连接机器人机体与尾部，尾部在机器人爬行运动过程中起平衡作用；吸振单元是通过对生物机体刚柔混合特性的仿生设计，在类似脊椎的刚性材料结构的周围填充柔性材料，具有抗振和吸振功能；机器人微刺片、隔片、机体、尾部都采用抗摔材料制造，增加了机器人整体的抗摔、吸振能力，从而使机器人可以在高空落下而不被破坏。
当然，以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。除上述实施例外，本发明还可以有其它实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (5)

1.一种具有仿生吸振结构的微刺式爬壁机器人，其特征在于：包括机体，及设于所述机体上的尾部，及设于所述机体两侧的转轮，所述转轮包括间隔设置的微刺片和隔片，所述微刺片包括微刺、柔性部件以及设于所述机体圆轴上的转盘，所述柔性部件将所述微刺连接于转盘的侧边缘上。
2.根据权利要求1所述的具有仿生吸振结构的微刺式爬壁机器人，其特征在于：两个所述转轮各由一电机独立驱动。
3.根据权利要求1所述的具有仿生吸振结构的微刺式爬壁机器人，其特征在于：所述机体和尾部之间还设有吸振单元，所述吸振单元包括刚性骨架以及嵌设于所述刚性骨架内的柔性块。
4.根据权利要求1所述的具有仿生吸振结构的微刺式爬壁机器人，其特征在于：所述转盘上沿圆周方向设有若干连接孔，所述隔片上设有用于卡接于所述连接孔内的凸起。
5.根据权利要求1所述的具有仿生吸振结构的微刺式爬壁机器人，其特征在于：所述转盘与微刺片为一体成型结构。
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