CN113277118B - 检测航空发动机叶片的爬行机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种检测航空发动机叶片的爬行机器人，检测航空发动机叶片的爬行机器人中，四条三自由度多姿态转换仿生单腿模块，其对称安装于机体，脚掌设有采集作用力数据的力传感器，第三舵机旋转带动脚掌和小腿支架旋转；尾部电机及头部电机分别安装在机体上且相对于机体对称布置；尾部电机及头部电机分别带动第一惯性配重转子和第二惯性配重转子以维持运动的平衡；控制板连接力传感器、第一舵机、第二舵机、第三舵机、尾部电机及头部电机，响应于作用力数据，控制板发送指令到第一舵机、第二舵机、第三舵机、尾部电机及头部电机以控制爬行机器人的双向的运动轨迹和平衡。

Description

检测航空发动机叶片的爬行机器人

技术领域

本发明涉及航空发动机叶片检测技术领域，尤其涉及一种检测航空发动机叶片的爬行机器人。

背景技术

检测航空发动机叶片的爬行机器人是当今机器人研究领域最受关注的课题之一，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。

现代喷气发动机内部拥有极其复杂的高科技部件，在高温，高压状态下很容易出现损坏。另外，空气中异物和一些人为杂物也能导致发动机内部部分通路堵塞，地勤人员一般要耗费大量的时间和精力在“寸土寸金”的发动机内部去维护和修理。航空发动机检测爬行机器人的出现能替代人力进行维护和修理，提高效率和时间。目前国内外的研究机构研制出的各类爬行机器人，主要是适应于单向运动，只适用于某种特定任务，无法满足航空发动机叶片检测的复杂要求。

在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

发明内容

本发明的目的是提供一种检测航空发动机叶片的爬行机器人，旨在解决现有航空发动机内部复杂狭小空间，以往需要大量的地勤人员耗费宝贵的时间爬行到发动机内部去维护和修理，且目前存在的爬行机器人只能单向运动，且不能用于对航空发动机叶片进行缺陷检测的技术问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明的一种检测航空发动机叶片的爬行机器人包括，

机体；

四条三自由度多姿态转换仿生单腿模块，其对称安装于所述机体，所述三自由度多姿态转换仿生单腿模块包括，

第一舵机，其安装连接于机体上以带动三自由度多姿态转换仿生单腿模块上升或下降，

第二舵机框架，其安装在所述第一舵机的输出轴上，

第二舵机，其安装于所述第二舵机框架内，

大腿支架，其一端安装于第二舵机的输出轴上，另一端安装在第三舵机框架上，

第三舵机，其安装在第三舵机框架内，第三舵机及第三舵机框架在第二舵机旋转带动下旋转，

小腿支架，其一端安装在第三舵机的输出轴上，另一端安装在小腿上，

脚掌，其设有采集作用力数据的力传感器，第三舵机旋转带动所述脚掌和小腿支架旋转；

尾部电机及头部电机，其分别安装在所述机体上且相对于机体对称布置；

第一惯性配重转子和第二惯性配重转子，其分别安装在所述尾部电机及头部电机上，尾部电机及头部电机分别带动第一惯性配重转子和第二惯性配重转子以维持运动的平衡；

控制板，其连接所述力传感器、第一舵机、第二舵机、第三舵机、尾部电机及头部电机，响应于所述作用力数据，所述控制板发送指令到第一舵机、第二舵机、第三舵机、尾部电机及头部电机以控制爬行机器人的双向的运动轨迹和平衡。

所述的一种检测航空发动机叶片的爬行机器人中，脚掌包括，

腿柱，其支承脚掌，

力传感器，其连接腿柱以实时监测脚掌的作用力数据，

球关节，其连接所述腿柱以调节小腿脚掌姿态，

黏附刚毛的应变传感器，其设在脚掌底面，所述刚毛与航空发动机叶片之间发生黏附或脱附，所述应变传感器测量叶片的应变数据。

所述的一种检测航空发动机叶片的爬行机器人中，黏附刚毛的应变传感器包括，

上电极，其包括固定于小腿脚掌底部的上电极基底和设在上电极基底的上电极线，

中介层，其层叠于所述上电极，

下电极，其包括层叠于所述中介层的下电极基底，

多个刚毛，其黏附于所述下电极外表面。

所述的一种检测航空发动机叶片的爬行机器人中，所述刚毛包括仿生黏附材料3D打印的壁虎刚毛微结构。

所述的一种检测航空发动机叶片的爬行机器人中，爬行机器人接触阶段，脚掌平面与航空发动机叶片表面平行，脚掌及其底部的刚毛垂直下落向脚掌平面传递预压力，使得刚毛与航空发动机叶片贴合在一起，爬行机器人运动阶段，脚掌及其刚毛与航空发动机叶片表面粘合牢固，三个舵机转动向后拉动脚掌使得身体前向运动；爬行机器人脱附阶段，与爬行机器人成一定倾斜角度的转轴向脚掌的应变传感器施加非法相的脱附力，使得阵列刚毛发生不同程度的形变，在形变较大区域首先发生脱附，从而达到逐渐将脚掌从航空发动机叶片表面撕脱。

所述的一种检测航空发动机叶片的爬行机器人中，所述黏附刚毛的应变传感器连接应变数据采集仪，控制板控制脚掌的运动轨迹以执行和切换爬行机器人接触阶段、爬行机器人运动阶段和爬行机器人脱附阶段且应变数据采集仪得到相应航空发动机叶片应变数据。

所述的一种检测航空发动机叶片的爬行机器人中，上电极基底和下电极基底均由聚二甲基硅氧烷材料构成，所述中介层设有多个圆柱微结构。

所述的一种检测航空发动机叶片的爬行机器人中，所述第一舵机的输出轴线与机体中心轴线相交，第二舵机的输出轴线与第一舵机的输出轴相交，第三舵机的输出轴线与第二舵机输出轴线平行。

所述的一种检测航空发动机叶片的爬行机器人中，所述爬行机器人还包括

第一支承板，其设在机体上以支承所述控制板，

第二支承板，其设在机体且位于所述第一支承板上方以支承可拆卸连接电源，所述电源连接所述控制板，

第三支承板，其设在机体且位于所述第二支承板上方以支承用于采集应变数据的应变数据采集仪，其连接所述应变传感器。

所述的一种检测航空发动机叶片的爬行机器人中，所述第一支承板、第二支承板和第三支承板为铝合金板，所述电源为锂电池。

在上述技术方案中，本发明提供的一种检测航空发动机叶片的爬行机器人，具有以下有益效果：本发明机器人通过合理的改善机体的尺寸适合于航空发动机内部复杂狭小空间的检测，通过在小腿脚掌上安装带有黏附刚毛的应变传感器，可以实现航空发动机叶片内部和表面缺陷的检测，且头部和尾部均安装有惯性配重转子，由于机器人上下左右结构对称故可以实现双向运动。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是检测航空发动机叶片的爬行机器人的结构示意图；

图2是检测航空发动机叶片的爬行机器人的侧视示意图；

图3是检测航空发动机叶片的爬行机器人的小腿脚掌的示意图；

图4是检测航空发动机叶片的爬行机器人的应变传感器主视示意图；

图5是检测航空发动机叶片的爬行机器人应变传感器侧视示意图；

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图图1至图5，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。

在一个实施例中，如图1至图5所示，检测航空发动机叶片的爬行机器人包括，

机体11；

四条三自由度多姿态转换仿生单腿模块，其对称安装于所述机体11，所述三自由度多姿态转换仿生单腿模块包括，

第一舵机1，其安装连接于机体11上以带动三自由度多姿态转换仿生单腿模块上升或下降，

第二舵机框架2，其安装在所述第一舵机1的输出轴上，

第二舵机3，其安装于所述第二舵机框架2内，

大腿支架4，其一端安装于第二舵机3的输出轴上，另一端安装在第三舵机框架5上，

第三舵机6，其安装在第三舵机框架5内，第三舵机6及第三舵机框架5在第二舵机3旋转带动下旋转，

小腿支架7，其一端安装在第三舵机6的输出轴上，另一端安装在小腿上，

脚掌8，其设有采集作用力数据的力传感器13，第三舵机6旋转带动所述脚掌8和小腿支架7旋转；

尾部电机9及头部电机，其分别安装在所述机体11上且相对于机体11对称布置；

第一惯性配重转子10和第二惯性配重转子，其分别安装在所述尾部电机9及头部电机上，尾部电机9及头部电机分别带动第一惯性配重转子10和第二惯性配重转子以维持运动的平衡；

控制板，其连接所述力传感器13、第一舵机1、第二舵机3、第三舵机6、尾部电机9及头部电机，响应于所述作用力数据，所述控制板发送指令到第一舵机1、第二舵机3、第三舵机6、尾部电机9及头部电机以控制爬行机器人的双向的运动轨迹和平衡。

本发明在采用传统的3自由度主动驱动的前提下，脚掌8集成了具有黏附功能的应变传感器14，对发动机叶片内部和表面缺陷进行检测，且尾部和头部都增加惯性配重转子，在上下左右结构对称的情况下，基于角动量守恒原理，实现机器人的双向运动，通过减少机体11的尺寸，增加机体11的集成度，使整个机器人结构尺寸更小。从而设计研制的能够适应航空发动机内部狭小空间且能够对航空发动机内部叶片进行缺陷检测的爬行机器人，对航空发动机的维护产生巨大作用。

所述的一种检测航空发动机叶片的爬行机器人的优选实施例中，脚掌8包括，

腿柱17，其支承脚掌8，

力传感器13，其连接腿柱17以实时监测脚掌8的作用力数据，

球关节16，其连接所述腿柱17以调节小腿脚掌8姿态，

黏附刚毛的应变传感器14，其设在脚掌8底面，所述刚毛与航空发动机叶片之间发生黏附或脱附，所述应变传感器14测量叶片的应变数据。

所述的一种检测航空发动机叶片的爬行机器人的优选实施例中，黏附刚毛的应变传感器14包括，

上电极19，其包括固定于小腿脚掌8底部的上电极基底和设在上电极基底的上电极19线，

中介层21，其层叠于所述上电极19，

下电极22，其包括层叠于所述中介层21的下电极基底，

多个刚毛，其黏附于所述下电极22外表面。

所述的一种检测航空发动机叶片的爬行机器人的优选实施例中，所述刚毛包括仿生黏附材料3D打印的壁虎刚毛微结构。

所述的一种检测航空发动机叶片的爬行机器人的优选实施例中，爬行机器人接触阶段，脚掌8平面与航空发动机叶片表面平行，脚掌8及其底部的刚毛垂直下落向脚掌8平面传递预压力，使得刚毛与航空发动机叶片贴合在一起，爬行机器人运动阶段，脚掌8及其刚毛与航空发动机叶片表面粘合牢固，三个舵机转动向后拉动脚掌8使得身体前向运动；爬行机器人脱附阶段，与爬行机器人成一定倾斜角度的转轴15向脚掌8的应变传感器14施加非法相的脱附力，使得阵列刚毛发生不同程度的形变，在形变较大区域首先发生脱附，从而达到逐渐将脚掌8从航空发动机叶片表面撕脱。

所述的一种检测航空发动机叶片的爬行机器人的优选实施例中，所述黏附刚毛的应变传感器14连接应变数据采集仪，控制板控制脚掌8的运动轨迹以执行和切换爬行机器人接触阶段、爬行机器人运动阶段和爬行机器人脱附阶段且应变数据采集仪得到相应航空发动机叶片应变数据。

所述的一种检测航空发动机叶片的爬行机器人的优选实施例中，上电极基底和下电极基底均由聚二甲基硅氧烷材料构成，所述中介层21设有多个圆柱微结构20。

所述的一种检测航空发动机叶片的爬行机器人的优选实施例中，所述第一舵机1的输出轴线与机体11中心轴线相交，第二舵机3的输出轴线与第一舵机1的输出轴相交，第三舵机6的输出轴线与第二舵机3输出轴线平行。

所述的一种检测航空发动机叶片的爬行机器人的优选实施例中，所述爬行机器人还包括，

第一支承板，其设在机体11上以支承所述控制板，

第二支承板，其设在机体11且位于所述第一支承板上方以支承可拆卸连接电源，所述电源连接所述控制板，

第三支承板12，其设在机体11且位于所述第二支承板上方以支承用于采集应变数据的应变数据采集仪，其连接所述应变传感器14。

所述的一种检测航空发动机叶片的爬行机器人的优选实施例中，所述第一支承板、第二支承板和第三支承板为铝合金板，所述电源为锂电池。

在一个实施例中，爬行机器人包括机体11，在机体11上的多姿态快速转换仿生单腿模块，在四个多姿态快速转换仿生单腿模块的脚掌8端集成有带有黏附功能的应变传感器14，小腿脚掌8上集成有力传感器13，头部和尾部安装有惯性配重转子，由于整个机器人上下左右结构对称，因此可以实现双向运动。控制板，应变数据采集仪，大容量锂电池都设置在机身上，力传感器13，头尾部电机9，舵机与控制板连接，大容量锂电池分别连接舵机，头尾部电机9，控制板和应变采集仪供电。

每个多姿态快速转换仿生单腿模块包括控制腿起落的第一舵机1，控制腿前后旋转的第二舵机3和第三舵机6，舵机连接件和力传感器13，带有黏附刚毛的应变传感器14，脚掌8连接件。控制腿起落的第一舵机1，和控制腿前后旋转的第二舵机3和第三舵机6分别电连接控制板，大容量锂电池分别连接控制腿起落的第一舵机1，控制腿前后旋转的第二舵机3和第三舵机6，控制板，头尾部电机9，应变数据采集仪供电。

第一舵机1固定在机体11上，由于为了减少体积，故倾斜布置，输出轴线和机体11中心轴线相交，第二舵机3安装于第二舵机框架2内，输出轴线和第一舵机1输出轴线相交，大腿支架4一端安装于第二舵机3的输出轴上，另一端安装在第三舵机框架5上，第三舵机6安装在第三舵机框架5内，输出轴线和第二舵机3轴线平行，小腿支架7一端安装在第三舵机6的输出轴上，另一端安装在小腿脚掌8上，尾部电机9安装在机体11上，惯性配重转子安装在尾部电机9上。在小腿脚掌8上安装有力传感器13，脚掌8上安装带有黏附刚毛的应变传感器14。

对本发明技术方案的优选，整个小腿脚掌8单元为铝合金组合件，包括力传感器13，腿柱17，转轴15，球关节16，铝合金脚掌8和带有黏附刚毛的应变传感器14。在机器人实际应用的过程中，脚掌8姿态角度的调整由球关节16去完成，脚掌8上的力传感器13，当脚掌8与墙面接触或脱离时，可以将信号反馈到机器人的控制系统中，进行轨迹规划步态调整。

脚掌8上带有黏附刚毛的应变传感器14由上下电极19，22，中介层21三部分组成，中介层21采用碳纳米管石墨烯复合材料，上下电极基底材料均由聚二甲基硅氧烷(PDMS)材料构成，上下电极溅射金属金，上电极19由银纳米线引出，上电极基底通过环氧树脂和铝合金脚掌8粘结在一起，下电极基底外表面用仿生黏附材料3D打印壁虎刚毛微结构使其具有黏附性。

对本发明技术方案的优选，机体11上上中下三块铝合金板与机体11一体化组成，控制板固定在下层铝合金板的上表面，大容量锂电池固定在中层铝合金板的上表面，应变数据采集仪固定在上层铝合金板的上表面。本发明技术方案中电池固定方式选用尼龙搭扣，方便拆卸，控制板和应变采集仪通过金属铜柱固定，有利于散热并且牢固。

对本发明技术方案中，控制板连接力传感器13和舵机，头尾部电机9，通过力传感器13的反馈信息发送指令信息控制电机和舵机的运转实现轨迹规划步态调整。

对本发明技术方案的优选，大容量锂电池连接头尾部电机9，舵机，力传感器13，应变传感器14和数据采集仪，实现供电。

对本发明技术方案的优选，铝合金脚掌8的脚掌8面为圆面。

在一个实施例中，机器人按以下方式进行运动，第一舵机1运动带动整个大腿和小腿上升和下降，第二舵机3旋转带动第三舵机6及第三舵机框架5旋转，第三舵机6旋转带动整个小腿脚掌8旋转，尾部电机9带动惯性配重转子维持运动的平衡。运动时小腿脚掌8上的力传感器13实时监控，通过将反馈信号传输给控制板，然后控制发送指令控制整个机器人的运动轨迹，脚掌8上的应变传感器14则黏附在叶片上，通过实时的将应变信号传输给应变数据采集仪，对叶片进行缺陷检测。由于在整个机器人头部和尾部均安装有惯性配重转子且机器人结构上下左右对称，通过控制板发送指令信息调节转子的转动控制机体11的平衡可实现双向运动。

如图3所示，机体11上包含有上中下三块铝合金板，三块铝合金板通过两端固定连接在机体11上。控制板固定在下层铝合金板的上表面，大容量锂电池固定在中层铝合金板的上表面，应变数据采集仪控制在上层铝合金板的上表面。本发明技术方案中电池固定方式选用尼龙搭扣，方便拆卸，搭扣用双面胶带直接固定在电池上，搭扣的另一面用胶水黏在机身上，控制板和应变采集仪通过金属铜柱固定，有利于散热并且牢固。

对本发明技术方案中，控制板根据力传感器13的反馈信息计算，然后发送指令信息控制头尾部电机9和舵机，大容量锂电池为控制板，力传感器13，应变传感器14，头尾部电机9，舵机，应变采集仪供电，应变传感器14产生的应变信号由应变数据采集仪收集。

在本发明技术方案中，三自由度单腿共4个分别以机身为准上下左右对称布置，每个三自由度单腿都包含控制腿起落的第一舵机1，控制腿前后旋转的第二舵机3和第三舵机6，舵机连接件，力传感器13，带有黏附刚毛的应变传感器14，脚掌8连接件。

第一舵机1，第二舵机3，第三舵机6，力传感器13，头尾部电机9分别电连接控制板，大容量锂电池分别连接第一舵机1，第二舵机3，第三舵机6，力传感器13，头尾部电机9，应变传感器14供电。

在本发明技术方案中，控制腿起落第一舵机1固定在机体11上，由于为了减少体积，故倾斜布置，输出轴线和机体11中心轴线相交，控制腿前后旋转的第二舵机3安装于第二舵机框架2内，输出轴线和第一舵机1输出轴线相交，大腿支架4一端安装于第二舵机3的输出轴上，另一端安装在第三舵机框架5上，控制腿前后旋转的第三舵机6安装在第三舵机框架5内，输出轴线和第二舵机3轴线平行，小腿支架7一端安装在第三舵机6的输出轴上，另一端安装在小腿上，尾部电机9安装在机体11上，惯性配重转子安装在尾部电机9上。在小腿脚掌8上安装有力传感器13，脚掌8上安装带有黏附刚毛的应变传感器14。

在本发明技术方案中，控制腿起落的第一舵机1，控制腿前后旋转的第二第三舵机6都为外购件，直接购买获得，本实施例中第一舵机1优选采用的是深圳飞特模型有限公司的高性能智能电机型号为SCS40，第二第三舵机6优选采用的是深圳飞特模型有限公司的高性能智能电机型号为STS3032.

本实施例中通过各驱动舵机的合理布局，很大程度上加大了腿前后旋转的范围，同时通过减少机体11的尺寸，增加机体11的集成度，使整个机器人结构尺寸更小。从而设计研制的能够适应航空发动机内部狭小空间且能够对航空发动机内部叶片进行缺陷检测的爬行机器人。

在本实施例中，整个小腿脚掌8单元为铝合金组合件，包括力传感器13，腿柱17，转轴15，球关节16，铝合金脚掌8和带有黏附刚毛的应变传感器14。在机器人实际应用的过程中，脚掌8姿态角度的调整由球关节16去完成，脚掌8上的力传感器13，当脚掌8与墙面接触或脱离时，可以将信号反馈到机器人的控制系统中，进行轨迹规划步态调整。

如图4所示，脚掌8上带有黏附刚毛的应变传感器14由上下电极19，22，中介层21三部分组成，中介层21采用碳纳米管石墨烯复合材料，上下电极基底材料均有聚二甲基硅氧烷(PDMS)材料构成，上电极19溅射金属金，由银纳米线引出，上电极基底通过环氧树脂和铝合金脚掌8粘结在一起，下电极基底外表面用仿生黏附材料3D打印壁虎刚毛微结构使其具有黏附性。

本实施例中，脚掌8在重力的作用下，位于脚掌8上的应变传感器14下电极基底的仿生黏附壁虎刚毛与航空发动机叶片相接触产生黏附，同时在三个舵机的作用下，下电极基底壁虎刚毛发生形变，使得刚毛在形变较大的区域首先发生脱附，从而达到逐渐将脚掌8从黏附表面撕脱的效果。

通过在应变传感器14的下电极基底用仿生黏附材料3D打印壁虎刚毛微结构，高效的利用了仿生干黏附材料，使其发挥最好的黏附性能，实现小尺寸产生大的粘附力，从而获得支撑大质量机器人和大负载的能力。

本实施例中对脚掌8的黏-脱附过程进行如下描述：

脚掌8的黏-脱附动作过程分为三个阶段，分别为黏附初始接触阶段，支撑阶段和脱附阶段。

机器人黏附阶段，三自由度的单腿内的三个舵机协调运动使脚掌8平面与黏附表面平行，垂直下落，通过小腿的腿柱17和转轴15向脚掌8平面传递预压力，使得黏附材料较好的与黏附表面贴合在一起。

机器人运动阶段(支撑阶段)，脚掌8与黏附表面粘合牢固，三个舵机转动向后拉动脚掌8使得身体前向运动。

脱附阶段，三个舵机协调运动，使得铝合金的整个小腿脚掌8单元内的转轴15移动到极限位置，带有应变传感器14的脚掌8由固定件变为活动件，与黏附表面成一定倾斜角度的金属杆件(转轴15)向脚掌8的应变传感器14施加非法相的脱附力，使得传感器下电极基底的壁虎刚毛阵列发生不同程度的形变，致使底层的黏附材料层在形变较大区域首先发生脱附，从而达到逐渐将脚掌8从黏附表面撕脱的效果。

在一个实施例中，爬行机器人包括机体11，第一舵机1，第二舵机框架2，第二舵机3，大腿支架4，第三舵机框架5，第三舵机6，小腿支架7，小腿脚掌8，尾部电机9，惯性配重转子10组成；其中第一舵机安装于机体11上，第二舵机框架2安装在第一舵机的输出轴上，第二舵机3安装于第二舵机框架内，大腿支架4一端安装于第二舵机的输出轴上，另一端安装在第三舵机框架5上，第三舵机6安装在第三舵机框架内，小腿支架7一端安装在第三舵机的输出轴上，另一端安装在脚掌上，尾部电机9安装在机体上，惯性配重转子10安装在尾部电机上。在小腿脚掌8上安装有力传感器13，脚掌上安装带有黏附阵列的应变传感器14，包含有上电极19，中介层21，中介层上的圆柱微结构20，银纳米线23，下电极22，其按以下方式进行运动，第一舵机1运动带动整个大腿和小腿上升和下降，第二舵机旋转带动第三舵机及第三舵机框架旋转，第三舵机旋转带动整个小腿脚掌旋转，尾部电机带动惯性配重转子维持运动的平衡。运动时小腿脚掌上的力传感器实时监控，通过将反馈信号传输给控制板，然后控制发送指令控制整个机器人的运动轨迹，脚掌上的应变传感器则黏附在叶片上，通过实时的将应变信号传输给应变数据采集仪，对叶片进行缺陷检测。由于在整个机器人头部和尾部均安装有惯性配重转子且机器人结构上下左右对称，通过控制板发送指令信息调节转子的转动控制机体的平衡可实现双向运动。

最后应该说明的是：所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。

Claims (10)

1.一种检测航空发动机叶片的爬行机器人，其特征在于，其包括，

机体；

四条三自由度多姿态转换仿生单腿模块，其对称安装于所述机体，所述三自由度多姿态转换仿生单腿模块包括，

第一舵机，其安装连接于机体上以带动三自由度多姿态转换仿生单腿模块上升或下降，

第二舵机框架，其安装在所述第一舵机的输出轴上，

第二舵机，其安装于所述第二舵机框架内，

大腿支架，其一端安装于第二舵机的输出轴上，另一端安装在第三舵机框架上，

第三舵机，其安装在第三舵机框架内，第三舵机及第三舵机框架在第二舵机旋转带动下旋转，

小腿支架，其一端安装在第三舵机的输出轴上，另一端安装在小腿上，

脚掌，其设有采集作用力数据的力传感器，第三舵机旋转带动所述脚掌和小腿支架旋转；

尾部电机及头部电机，其分别安装在所述机体上且相对于机体对称布置；

第一惯性配重转子和第二惯性配重转子，其分别安装在所述尾部电机及头部电机上，尾部电机及头部电机分别带动第一惯性配重转子和第二惯性配重转子以维持运动的平衡；

控制板，其连接所述力传感器、第一舵机、第二舵机、第三舵机、尾部电机及头部电机，响应于所述作用力数据，所述控制板发送指令到第一舵机、第二舵机、第三舵机、尾部电机及头部电机以控制爬行机器人的双向的运动轨迹和平衡。

2.根据权利要求1所述的一种检测航空发动机叶片的爬行机器人，其特征在于，优选的，脚掌包括，

腿柱，其支承脚掌，

力传感器，其连接腿柱以实时监测脚掌的作用力数据，

球关节，其连接所述腿柱以调节小腿脚掌姿态，

黏附刚毛的应变传感器，其设在脚掌底面，所述刚毛与航空发动机叶片之间发生黏附或脱附，所述应变传感器测量叶片的应变数据。

3.根据权利要求2所述的一种检测航空发动机叶片的爬行机器人，其特征在于，黏附刚毛的应变传感器包括，

上电极，其包括固定于小腿脚掌底部的上电极基底和设在上电极基底的上电极线，

中介层，其层叠于所述上电极，

下电极，其包括层叠于所述中介层的下电极基底，

多个刚毛，其黏附于所述下电极外表面。

4.根据权利要求3所述的一种检测航空发动机叶片的爬行机器人，其特征在于，所述刚毛包括仿生黏附材料3D打印的壁虎刚毛微结构。

5.根据权利要求3所述的一种检测航空发动机叶片的爬行机器人，其特征在于，爬行机器人接触阶段，脚掌平面与航空发动机叶片表面平行，脚掌及其底部的刚毛垂直下落向脚掌平面传递预压力，使得刚毛与航空发动机叶片贴合在一起，爬行机器人运动阶段，脚掌及其刚毛与航空发动机叶片表面粘合牢固，三个舵机转动向后拉动脚掌使得身体前向运动；爬行机器人脱附阶段，与爬行机器人成一定倾斜角度的转轴向脚掌的应变传感器施加非法相的脱附力，使得阵列刚毛发生不同程度的形变，在形变较大区域首先发生脱附，从而达到逐渐将脚掌从航空发动机叶片表面撕脱。

6.根据权利要求5所述的一种检测航空发动机叶片的爬行机器人，其特征在于，所述黏附刚毛的应变传感器连接应变数据采集仪，控制板控制脚掌的运动轨迹以执行和切换爬行机器人接触阶段、爬行机器人运动阶段和爬行机器人脱附阶段且应变数据采集仪得到相应航空发动机叶片应变数据。

7.根据权利要求3所述的一种检测航空发动机叶片的爬行机器人，其特征在于，上电极基底和下电极基底均由聚二甲基硅氧烷材料构成，所述中介层设有多个圆柱微结构。

8.根据权利要求1所述的一种检测航空发动机叶片的爬行机器人，其特征在于，所述第一舵机的输出轴线与机体中心轴线相交，第二舵机的输出轴线与第一舵机的输出轴相交，第三舵机的输出轴线与第二舵机输出轴线平行。

9.根据权利要求8所述的一种检测航空发动机叶片的爬行机器人，其特征在于，所述爬行机器人还包括，

第一支承板，其设在机体上以支承所述控制板，

第二支承板，其设在机体且位于所述第一支承板上方以支承可拆卸连接电源，所述电源连接所述控制板，

第三支承板，其设在机体且位于所述第二支承板上方以支承用于采集应变数据的应变数据采集仪，其连接所述应变传感器。

10.根据权利要求9所述的一种检测航空发动机叶片的爬行机器人，其特征在于，所述第一支承板、第二支承板和第三支承板为铝合金板，所述电源为锂电池。