CN106347513B - 仿生粘附式尺蠖机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种仿生粘附式尺蠖机器人。所述左臂和右臂对称设置在机器人主体的两侧，CCD导航相机固定在机器人主体的上侧，弹塑性仿生吸盘的下端设有仿壁虎刚毛吸附材料，弹塑性仿生吸盘的上端和第一复合材料臂杆的一端之间由驱动关节相互连接，第一复合材料臂杆的另一端与第二复合材料臂杆的一端之间由驱动关节相互连接，第二复合材料臂杆的另一端和机器人主体之间由驱动关节相互连接。本发明的机器人利用仿壁虎刚毛吸附材料与空间非合作目标表面间形成的范德华力完成吸附，能够适用于高、低温真空环境。运动形式采用自然界尺蠖的运动方式，具有地形适应能力强、质量轻和能耗低等优点，非常适用于空间无重力环境下的复杂地形移动。

Description

仿生粘附式尺蠖机器人

技术领域

本发明涉及一种仿生粘附式尺蠖机器人，属于机器人技术领域。

背景技术

随着科学技术的发展，卫星在军事方面的作用越来越重要，用途涵盖图像摄像、导航定位、导弹预警、军用通信和电子窃听等。为确保能够打赢未来高技术战争，各国军方都在大力发展非对称作战理论，意图通过对敌关键领域的打击全面瘫痪敌方的作战系统。其中适度发展天战能力、拥有可靠的反卫星手段则又是这种理论的重要组成部分。因此，发展能够在非合作目标卫星上吸附、移动、潜伏和破坏的微小型反卫星机器人具有非常重要的现实意义。由于反卫星机器人是平时寄附在敌方卫星上，战时才对其进行攻击，这就要求反卫星机器人的体积和质量应做得很小，以免在和平时期就影响对方卫星的正常工作，提前激发不必要的矛盾。另外，空间非合作目标卫星外形通常较为复杂，且无合作化适配器接口，因此需要反卫星机器人的移动机构具有较强的形状适应能力以及吸附能力。

目前，地面越障能力较强的机器人多采用四足机器人方案。由于四足机器人关节数量较多，会造成机器人的质量及功耗较高，无法满足长期潜伏的任务需要。另外，由于空间环境为高、低温真空环境，传统的真空吸附或黏胶吸附无法应用。

“基于以上所述，公开号为201760879U，公开日期为2011年3月16日的一种模块化的舵机驱动的小型仿生攀爬机器人，并具体公开了两个夹持器模块、两个I型关节模块和四个T型关节模块，各模块依次以串联方式连接，连接顺序为夹持器模块-I型关节模块-T型关节模块-T型关节模块-T型关节模块-T型关节模块-I型关节模块-夹持器模块，使机器人首尾两端对称，对比文件1中并没有公开弹塑性仿生吸盘、第一复合材料臂杆、驱动关节、机器人主体和第二复合材料臂杆，弹塑性仿生吸盘由支撑层、弹性层和仿生吸附层组成”。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术存在的问题，即由于四足机器人关节数量较多，会造成机器人的质量及功耗较高，无法满足长期潜伏的任务需要。由于空间环境为高、低温真空环境，传统的真空吸附或黏胶吸附无法应用，以及攀爬机器人只能针对杆状或者柱状的结构进行爬行，应用范围收到限制，固定效果差，并且爬行时占用很大空间的问题。进而提供一种仿生粘附式尺蠖机器人。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种仿生粘附式尺蠖机器人，包括：左臂、右臂、CCD导航相机、机器人主体、供电系统和控制设备，所述供电系统和控制设备设置在机器人主体内，左臂和右臂对称设置在机器人主体的两侧，CCD导航相机固定在机器人主体的上侧，所述左臂和右臂均由仿壁虎刚毛吸附材料、弹塑性仿生吸盘、第一复合材料臂杆、驱动关节和第二复合材料臂杆组成，弹塑性仿生吸盘的下端设有仿壁虎刚毛吸附材料，弹塑性仿生吸盘的上端和第一复合材料臂杆的一端之间由驱动关节相互连接，第一复合材料臂杆的另一端与第二复合材料臂杆的一端之间由驱动关节相互连接，第二复合材料臂杆的另一端和机器人主体之间由驱动关节相互连接。

本发明提出了一种结合仿壁虎刚毛吸附材料和尺蠖运动方式的新型机器人。此种机器人利用仿壁虎刚毛吸附材料与空间非合作目标表面间形成的范德华力完成吸附，能够适用于高、低温真空环境。运动形式采用自然界尺蠖的运动方式，具有地形适应能力强、质量轻和能耗低等优点，避免了传统四足机器人由于驱动关节多造成的质量高且能耗大等缺点，非常适用于空间无重力环境下的复杂地形移动。

附图说明

图1为本发明仿生粘附式尺蠖机器人的结构示意图。

图2为弹塑性仿生吸盘2的结构示意图。

图中的附图标记，1为仿壁虎刚毛吸附材料，2为弹塑性仿生吸盘，3为第一复合材料臂杆，4为驱动关节，5为CCD导航相机，6为机器人主体，7为第二复合材料臂杆，8为支撑层，9为弹性层，10为仿生吸附层(材料采用碳纳米管阵列材料)。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本发明的保护范围不限于下述实施例。

如图1所示，本实施例所涉及的一种仿生粘附式尺蠖机器人，包括：左臂、右臂、CCD导航相机5、机器人主体6、供电系统和控制设备，所述供电系统和控制设备设置在机器人主体6内，左臂和右臂对称设置在机器人主体6的两侧，CCD导航相机5固定在机器人主体6的上侧，所述左臂和右臂均由仿壁虎刚毛吸附材料1、弹塑性仿生吸盘2、第一复合材料臂杆3、驱动关节4和第二复合材料臂杆7组成，弹塑性仿生吸盘2的下端设有仿壁虎刚毛吸附材料1，弹塑性仿生吸盘2的上端和第一复合材料臂杆3的一端之间由驱动关节4相互连接，第一复合材料臂杆3的另一端与第二复合材料臂杆7的一端之间由驱动关节4相互连接，第二复合材料臂杆7的另一端和机器人主体6之间由驱动关节4相互连接。

所述CCD导航相机5为两个，两个CCD导航相机5对称的固定在机器人主体6上。

所述弹塑性仿生吸盘2由支撑层8、弹性层9和仿生吸附层10组成，弹性层9的上部连接有支撑层8，弹性层9的下部连接有仿生吸附层10。

所述仿生吸附层10采用碳纳米管阵列材料制成。

当仿生粘附式尺蠖机器人由航天器平台主星运至空间目标飞行器附近后，与航天器平台主星分离，并通过仿壁虎刚毛吸附材料1与目标飞行器完成吸附，并通过弹塑性仿生吸盘2适应目标飞行器局部外形。通过CCD导航相机5产生导航信息，机器人主体6内的控制设备根据导航信息完成路径规划及运动控制指令。六套驱动关节4根据控制指令产生运动，模仿尺蠖的运动方式进行运动。运动过程中，弹塑性仿生吸盘2通过静电控制吸盘范德华吸附力的有无，实现弹塑性仿生吸盘2的交替吸附，完成尺蠖式运动行走。

本发明中弹塑性仿生吸盘2的结构为外圆内方结构，仿生吸附层表面均为刚毛结构，具有较好吸附功能，方形阵列为6Х6单元设计，每个单元分为刚毛层，弹性层和支撑层，弹性层为增强单元对表面的适应性，单元之间完全独立排布，即使是不平表面，吸盘也能够自适应吸附表面，增强机器人吸附能力。外围圆环是机器人吸盘更好适应平坦目标表面。方形阵列适应目标表明欠平坦表面，所以本发明具有较好的表面适应性。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，这些具体实施方式都是基于本发明整体构思下的不同实现方式，而且本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种仿生粘附式尺蠖机器人，包括：左臂、右臂、CCD导航相机(5)、机器人主体(6)、供电系统和控制设备，所述供电系统和控制设备设置在机器人主体(6)内，左臂和右臂对称设置在机器人主体(6)的两侧，CCD导航相机(5)固定在机器人主体(6)的上侧，所述左臂和右臂均由仿壁虎刚毛吸附材料(1)、弹塑性仿生吸盘(2)、第一复合材料臂杆(3)、驱动关节(4)和第二复合材料臂杆(7)组成，其特征在于，所述弹塑性仿生吸盘(2)由支撑层(8)、弹性层(9)和仿生吸附层(10)组成，弹性层(9)的上部连接有支撑层(8)，弹性层(9)的下部连接有仿生吸附层(10)，弹塑性仿生吸盘(2)的下端设有仿壁虎刚毛吸附材料(1)，弹塑性仿生吸盘(2)的上端和第一复合材料臂杆(3)的一端之间由驱动关节(4)相互连接，第一复合材料臂杆(3)的另一端与第二复合材料臂杆(7)的一端之间由驱动关节(4)相互连接，第二复合材料臂杆(7)的另一端和机器人主体(6)之间由驱动关节(4)相互连接，六套驱动关节(4)根据控制指令产生运动，模仿尺蠖的运动方式进行运动，运动过程中，弹塑性仿生吸盘(2)通过静电控制吸盘范德华吸附力的有无，实现弹塑性仿生吸盘(2)的交替吸附，完成尺蠖式运动行走，弹塑性仿生吸盘(2)为外圆内方结构，仿生吸附层(10)表面均为刚毛结构，具有较好吸附功能，内部的方形阵列为6Х6单元设计，每个单元分为刚毛层，弹性层和支撑层，单元之间完全独立排布。

2.根据权利要求1所述的仿生粘附式尺蠖机器人，其特征在于，所述CCD导航相机(5)为两个，两个CCD导航相机(5)对称的固定在机器人主体(6)上。

3.根据权利要求1所述的仿生粘附式尺蠖机器人，其特征在于，所述仿生吸附层(10)采用碳纳米管阵列材料制成。

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