一种干粘附与钩爪结合四足多栖机器人及其仿生运动，属机器人领域。它的身体主体包括前足支撑架（3）、N个串联的身体Z轴舵机、后足支撑架（18）；头颈结构包括头部Y轴向舵机（2）和摄像头（1）；尾巴结构包括：尾巴X轴向舵机（26）、尾巴X轴向舵机U型连接件（27）、M个串联的尾巴Z轴舵机、尾鳍（31）；足结构由足部Y轴舵机、支撑足、桨叶、钩爪和干粘附材料组成。该机器人能满足自然环境下非结构地形水面‑陆地表面自适应要求，同时在光滑表面上可采用干粘附进行大坡度墙面爬行，又可以在粗糙表面上可采用钩爪进行大坡度墙面爬行，可作为自然环境下的全地形多栖越野移动平台的干粘附钩爪四轮足桨驱动的多栖机器人。
【技术实现步骤摘要】
干粘附与钩爪结合四足多栖机器人及其仿生运动方法
本专利技术属于机器人技术应用领域，具体涉及一种干粘附与钩爪结合四足多栖机器人及其仿生运动方法，主要作为自然环境下的全地形多栖移动平台。
技术介绍
适应各种水陆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。足式机器人能够实现复杂地面爬坡，可调整前后端高低体位运动相结合的方式，满足更大坡度的山地环境运动要求，增强了山地环境运动的适应性，但同时足式机器人行进速度低，因重心原因容易引起运动不稳定。轮式机器人更适合平坦的路面，且能高速移动，但容易打滑，不平稳，越障能力、地形适应能力差。桨式驱动的机器人可以实现在水面移动，但不适合复杂地面运动。模拟鱼类尾鳍驱动方式的仿生机器人可以实现水中的自由游动，但不太适合复杂地面上运动。如何能将各式机器人的优点集中，弥补缺点是一个当下的研究热点。研究大自然生物特性，我们发现鳄鱼属于两栖动物，在水中可用身体和尾巴实现游动，同时在岸上可用四肢爬行；具有干粘附运动能力的大壁虎属于爬行类，可实现在复杂地面和墙面的自由爬行，结合两者的仿生对象优点，仿生设计一种水中、陆地、墙面的多栖仿生机器人，将具有重要的研究意义和工程价值。比较国内外较为著名的轮足式结合机器人，其中由TheUniversityofMichigan、McGillUniversity、UniversityofCalifornia等研究机构研制的“X-RHexLite”是一款轮足结合的机器人（https://www.grasp.upenn.edu/projects/x-rhex-lite-xrl），它可以双足跳跃，四足跳跃、六足跳跃，还可以连续跳跃。通过不同的跳跃模式达到不同的效果，比如跳跃沟槽，攀爬矮墙，或者是180°跳跃翻身，甚至是在岩石地面运动，装上桨式的腿还可以在水中游动。波士顿动力的RISE机器人采用钩爪与腿结合驱动方式，是一种垂直爬行的机器人，该机器人脚部有小爪可以方便它在粗糙地面上牢固抓紧（SaundersA,GoldmanDI,FullRJ,etal.Theriseclimbingrobot:bodyandlegdesign[C].GeorgiaInstituteofTechnology,2006）。北京理工大学特种机器人科技创新团队设计的新型节肢机器人（http://www.liuti.cn/News/117741.html），采用的腿与轮子的结合驱动方式，具有一定的爬楼梯能力。东南大学的蚂蚁月球车，是一款仿生轮腿式机器人（http://news.longhoo.net/index/content/2016-04/23/content_28380.html），采用分布式传感控制系统，具有一定越障能力，可在山地、冰雪地等环境中行走，具有较好的适应性。中国科学院合肥物质科学研究院先进制造技术研究所研制的仿壁虎轮足复合爬壁机器人，采用粘附、履带和足驱动方式，实现光滑壁面的爬行（http://mil.huanqiu.com/china/2013-09/4341264.html）。单一的轮足、足钩、粘附履带等机器人功能有限，而与具有一种干粘附与钩爪结合四足多栖机器人及其仿生运动方式尚未报道过，也并未开展过研究。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种具有较高的陆地越野爬坡运动功能、满足自然环境下非结构地形水面-陆地表面自适应要求，同时在光滑表面上可采用干粘附进行大坡度墙面爬行，又可以在粗糙表面上可采用钩爪进行大坡度墙面爬行，可作为自然环境下的全地形多栖越野移动平台的干粘附和钩爪结合的四足多栖机器人。所述的一种干粘附与钩爪结合四足多栖机器人,其特征在于:包括身体主体结构、头颈结构、四个足部结构；还包括电池、控制电路板。身体主体结构自前向后依次包括前足支撑架、N个依次串联的身体Z轴舵机、后足支撑架，其中3≤N≤6；其中自前向后第一个身体Z轴舵机称为第一身体Z轴舵机,最后一个身体Z轴舵机称为第N身体Z轴舵机；其中身体Z轴舵机之间通过舵机U型连接件连接，U型连接件的后端与后方的身体Z轴舵机的输出轴相固定，U型连接件的前端与前方的身体Z轴舵机机体相固定；其中前足支撑架的后端与第一身体Z轴舵机的输出轴相固定；其中后足支撑架的前端与第N身体Z轴舵机机体相固定；头颈结构包括头部Y轴向舵机和摄像头；其中头部Y轴向舵机的输出轴与前足支撑架的前端相固定，摄像头固定在头部Y轴向舵机机体；尾巴结构自前向后依次包括：尾巴X轴向舵机、尾巴X轴向舵机U型连接件、M个依次串联的尾巴Z轴舵机、尾鳍，其中2≤M≤4；其中自前向后第一个尾巴Z轴舵机称为第一尾巴Z轴舵机，最后一个尾巴Z轴舵机称为第M尾巴Z轴舵机；其中尾巴Z轴舵机之间通过舵机U型连接件连接，U型连接件的后端与后方的尾巴Z轴舵机的输出轴相固定，U型连接件的前端与前方的尾巴Z轴舵机机体相固定；尾巴X轴向舵机旋转输出端与后足支撑架后端沿X轴固定，尾巴X轴向舵机另一端与尾巴X轴向舵机U型连接件固定；第一尾巴Z轴舵机的旋转输出端与尾巴X轴向舵机U型连接件沿Z轴固定，其中尾鳍与第M尾巴Z轴舵机机体相固定。所述的足结构由足部Y轴舵机、足组成；其中足的一端固定安装于足部Y轴舵机的旋转输出端，足部Y轴舵机固定在前足支撑架或后足支撑架的端部。足包括支撑足和桨叶；支撑足呈现“C”型，桨叶固定在支撑足的外侧面；支撑足下底面从前向后设置有I排趾块，4≤I≤6；每排趾块从左向右安装J个钩爪，钩爪面朝前下方，3≤J≤6；每排趾块下方安装有一片干粘附材料，干粘附材料后端与相应趾块后侧固定，前端向上凹起，粘附材料表面朝向前下方，整体呈悬臂状态。所述的一种干粘附与钩爪结合四足多栖机器人的仿生运动,其特征在于:通过尾鳍在水平方向依次实现右-中-左的运动方式，结合往复循环运动控制，实现仿生机器人模拟尾鳍水平往复摆动，推动水流，实现前向尾鳍游动方式；通过尾鳍和身体在水平方向依次实现左右往复摆动的运动方式，可以实现仿生机器人模拟尾鳍和身体水平往复摆动，推动水流，实现前向整体柔性游动方式；通过尾鳍在垂直方向依次实现上-中-下的运动方式，结合往复循环运动控制，实现仿生机器人模拟尾鳍垂直往复摆动，推动水流，实现上下尾鳍游动方式；通过调整足的方向，在水中当左前足、左后足、右前足和右后足向上减小前进阻力，实现在游动前进过程中减阻增速模式运行，提高游动速度和效率。通过调整足的方向，在水中当左前足、左后足、右前足和右后足向下增加前进阻力，实现在游动前进过程中增阻减速模式运行，提高游动制动性能。通过调整足的方向，在水中左前足和左后足向下增加前进阻力，右前足和右后足向上减小前进阻力，实现仿生机器人在水中游动时通过足实现左转弯运动，减小转弯半径、提高转弯效率。通过调整足的方向，在水中左前足和左后足向上减小前进阻力，右前足和右后足向下增加前进阻力，实现仿生机器人在水中游动时通过足实现右转弯运动，减小转弯半径、提高转弯效率。通过调整足的方向，在水中左前足和右前足向下增加前进阻力，左后足和右后足向上减小前进阻本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种干粘附与钩爪结合四足多栖机器人,其特征在于:包括身体主体结构、头颈结构、四个足部结构；还包括电池（10）、控制电路板（25）；上述身体主体结构自前向后依次包括前足支撑架（3）、N个依次串联的身体Z轴舵机、后足支撑架（18），其中3≤N≤6；其中自前向后第一个身体Z轴舵机称为第一身体Z轴舵机,最后一个身体Z轴舵机称为第N身体Z轴舵机；其中身体Z轴舵机之间通过舵机U型连接件连接，U型连接件的后端与后方的身体Z轴舵机的输出轴相固定，U型连接件的前端与前方的身体Z轴舵机机体相固定；其中前足支撑架3的后端与第一身体Z轴舵机的输出轴相固定；其中后足支撑架（18）的前端与第N身体Z轴舵机17机体相固定；上述头颈结构包括头部Y轴向舵机（2）和摄像头（1）；其中头部Y轴向舵机（2）的输出轴与前足支撑架（3）的前端相固定，摄像头（1）固定在头部Y轴向舵机（2）机体；上述尾巴结构自前向后依次包括：尾巴X轴向舵机（26）、尾巴X轴向舵机U型连接件（27）、M个依次串联的尾巴Z轴舵机、尾鳍（31），其中2≤M≤4；其中自前向后第一个尾巴Z轴舵机称为第一尾巴Z轴舵机,最后一个尾巴Z轴舵机称为第M尾巴Z轴舵机；其中尾巴Z轴舵机之间通过舵机U型连接件连接，U型连接件的后端与后方的尾巴Z轴舵机的输出轴相固定，U型连接件的前端与前方的尾巴Z轴舵机机体相固定；尾巴X轴向舵机（26）旋转输出端与后足支撑架（18）后端沿X轴固定，尾巴X轴向舵机（26）另一端与尾巴X轴向舵机U型连接件（27）固定；第一尾巴Z轴舵机的旋转输出端与尾巴X轴向舵机U型连接件（27）沿Z轴固定，其中尾鳍与第M尾巴Z轴舵机机体相固定；上述足结构由足部Y轴舵机、足组成；其中足的一端固定安装于足部Y轴舵机的旋转输出端，足部Y轴舵机固定在前足支撑架或后足支撑架的端部；上述足包括支撑足和桨叶；支撑足呈现“C”型，桨叶固定在支撑足的外侧面；支撑足下底面从前向后设置有I排趾块，4≤I≤6；每排趾块从左向右安装J个钩爪，钩爪面朝前下方，3≤J≤6；每排趾块下方安装有一片干粘附材料，干粘附材料后端与相应趾块后侧固定，前端向上凹起，粘附材料表面朝向前下方，整体呈悬臂状态。...
【技术特征摘要】
1.一种干粘附与钩爪结合四足多栖机器人,其特征在于:包括身体主体结构、头颈结构、四个足部结构；还包括电池（10）、控制电路板（25）；上述身体主体结构自前向后依次包括前足支撑架（3）、N个依次串联的身体Z轴舵机、后足支撑架（18），其中3≤N≤6；其中自前向后第一个身体Z轴舵机称为第一身体Z轴舵机,最后一个身体Z轴舵机称为第N身体Z轴舵机；其中身体Z轴舵机之间通过舵机U型连接件连接，U型连接件的后端与后方的身体Z轴舵机的输出轴相固定，U型连接件的前端与前方的身体Z轴舵机机体相固定；其中前足支撑架3的后端与第一身体Z轴舵机的输出轴相固定；其中后足支撑架（18）的前端与第N身体Z轴舵机17机体相固定；上述头颈结构包括头部Y轴向舵机（2）和摄像头（1）；其中头部Y轴向舵机（2）的输出轴与前足支撑架（3）的前端相固定，摄像头（1）固定在头部Y轴向舵机（2）机体；上述尾巴结构自前向后依次包括：尾巴X轴向舵机（26）、尾巴X轴向舵机U型连接件（27）、M个依次串联的尾巴Z轴舵机、尾鳍（31），其中2≤M≤4；其中自前向后第一个尾巴Z轴舵机称为第一尾巴Z轴舵机,最后一个尾巴Z轴舵机称为第M尾巴Z轴舵机；其中尾巴Z轴舵机之间通过舵机U型连接件连接，U型连接件的后端与后方的尾巴Z轴舵机的输出轴相固定，U型连接件的前端与前方的尾巴Z轴舵机机体相固定；尾巴X轴向舵机（26）旋转输出端与后足支撑架（18）后端沿X轴固定，尾巴X轴向舵机（26）另一端与尾巴X轴向舵机U型连接件（27）固定；第一尾巴Z轴舵机的旋转输出端与尾巴X轴向舵机U型连接件（27）沿Z轴固定，其中尾鳍与第M尾巴Z轴舵机机体相固定；上述足结构由足部Y轴舵机、足组成；其中足的一端固定安装于足部Y轴舵机的旋转输出端，足部Y轴舵机固定在前足支撑架或后足支撑架的端部；上述足包括支撑足和桨叶；支撑足呈现“C”型，桨叶固定在支撑足的外侧面；支撑足下底面从前向后设置有I排趾块，4≤I≤6；每排趾块从左向右安装J个钩爪，钩爪面朝前下方，3≤J≤6；每排趾块下方安装有一片干粘附材料，干粘附材料后端与相应趾块后侧固定，前端向上凹起，粘附材料表面朝向前下方，整体呈悬臂状态。2.根据权利要求1所述的一种干粘附与钩爪结合四足多栖机器人,其特征在于:所述足，其特征在于:身体主体结构左侧的足和右侧的足沿身体轴向对称；左前足和左后足结构相同；右前足和右后足结构相同。3....
【专利技术属性】
技术研发人员：俞志伟，陶洁莲，罗奥，石叶，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32
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