一种基于磁敏橡胶黏附材料的仿生双足爬壁机器人制造技术

本发明专利技术属于机器人自动化技术领域，涉及一种基于磁敏橡胶黏附材料的仿生双足爬壁机器人，由两个吸附足组件、三个俯仰关节组件、两个连杆、电源装置、控制模块和无线模块组成，采用磁敏橡胶黏附材料，作为吸附足端件，采用磁场调节材料本身黏附性能，并利用磁场控制部分磁敏橡胶黏附材料发生形变形成负压来加强吸附性能；根据控制模块中软件层面的步态算法以协调各部件以实现运动，包括前进后退，交面过渡等动作；通过可编程的控制模块及无线模块，可以实现人为或自主控制，并完成一系列任务；本机器人可搭载一定载荷和各种检测、侦察模块，用于面向复杂形貌和湿滑、油污环境下的结构(建筑、路桥、船舶、装备等)表面检测、情报侦察等工作。

A Bionic Biped Wall Climbing Robot Based on Magnetically Sensitive Rubber Adhesive Materials

The invention belongs to the field of robotic automation technology, and relates to a bionic biped wall climbing robot based on magnetic sensitive rubber adhesive material. It consists of two adsorbing foot assemblies, three pitching joint assemblies, two connecting rods, power supply devices, control module and wireless module. The magnetic sensitive rubber adhesive material is used as the adsorbing foot part, and the magnetic field is used to adjust the adhesion performance of the material itself. The magnetic field is used to control the deformation of the magnetic sensitive rubber adhesive material to form negative pressure to enhance the adsorption performance; the gait algorithm at the software level in the control module is used to coordinate the movement of each component, including forward and backward, intersection transition and other actions; through the programmable control module and wireless module, human or autonomous control can be realized, and a series of tasks can be accomplished. It can carry a certain load and a variety of detection and reconnaissance modules. It can be used for surface detection and intelligence reconnaissance of structures (buildings, bridges, ships, equipment, etc.) in complex morphology and slippery, oil pollution environment.

【技术实现步骤摘要】
一种基于磁敏橡胶黏附材料的仿生双足爬壁机器人
本专利技术属于机器人自动化
，涉及一种爬壁机器人，尤其涉及一种基于磁敏橡胶黏附材料的仿生双足爬壁机器人。
技术介绍
随着城市建设速度加快，建筑、路桥等基础设施越来越多，大型结构表面的损伤探测等工作需求量也越来越大；同时在特种环境作业中，例如油罐、大型舰船、塔桥等，如果由人工完成难度较大且相对危险的工作环境下，对特种机器人的需求较大。因此爬壁机器人的产生就显得很有必要。目前，爬壁机器人领域主要的关键点之一是爬壁性能的问题。世界各国对仿生机器人都有一定的研究成果，采用的吸附方式主要包括磁吸附、正压吸附、负压吸附、干性黏附、湿性黏附、爪刺黏附等。目前，国外研制的爬壁机器人中，比较典型的有美国斯坦福大学研制的Stickybo机器人，采用仿壁虎的人造刚毛作为黏附材料，但目前黏附力不够，不能在天花板上行走。卡耐基梅隆大学研制的微小型机器人Waalbot、履带式爬壁机器人以及Geckobot等一系列机器人，产生的黏附力也不足，难以在天花板上行走。国内研制的爬壁机器人中，有哈尔滨工业大学的气动吸盘式爬壁机器人、永磁履带式爬壁机器人等，中国科学院常州先进制造所利用制备的仿壁虎的黏附材料实现了干性黏附机器人等。但目前的爬壁机器人中，有的负载能力弱，有的不能在交叉面过度具有运动局限性，有的无法在天花板上爬行。磁吸附材料只能局限于具有铁质等导磁材料上运用。当前，各国所开发的爬壁机器人中在油污等复杂环境下均具有不小的局限性，例如在油罐等具有大量油污环境下，传统干性黏附、湿性黏附和爪刺黏附机器人的吸附足受到油污侵入后失去黏附机构原本的特性，导致爬壁能力大幅下降；吸盘式爬壁机器人在油污壁面，足端摩擦系数减小，导致机器人易发生打滑；永磁式爬壁机器人吸附力大，相对来说可以牢固爬附，但同时带来了脱附困难、驱动能耗大、行走噪音大及行走缓慢等问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术为了解决现有爬壁机器人在负载能力弱、机器人本体体积和重量大、机器人灵活性不高、不具备交面过渡、可搭载功能单一、爬壁环境局限性大的问题，提供一种基于磁敏橡胶黏附材料的仿生双足爬壁机器人。为达到上述目的，本专利技术提供一种基于磁敏橡胶黏附材料的仿生双足爬壁机器人，包括吸附足组件、俯仰关节组件、控制模块和电源装置；所述吸附足组件包括由具有黏附能力和弹性变形能力的磁敏橡胶黏附材料构成的第一吸附足端件和第二吸附足端件，所述第一吸附足端件和第二吸附足端件中部分别放置有第一电磁铁和第二电磁铁，所述第一吸附足端件和第二吸附足端件外分别卡设有第一固定夹具和第二固定夹具，所述第一固定夹具和第二固定夹具远离第一吸附足端件和第二吸附足端件的一端还分别一体成型安装有成对的第一俯仰关节连杆和第二俯仰关节连杆；所述俯仰关节组件包括分别与第一俯仰关节连杆铰接的第一连杆和分别与第二俯仰关节连杆铰接的第二连杆，所述第一连杆与第二连杆的自由端相互铰接，所述第一连杆与第一俯仰关节连杆铰接处固定安装有带第一舵机的第一舵机转轴，所述第二连杆与第二俯仰关节连杆铰接处固定安装有带第三舵机的第三舵机转轴，所述第一连杆与第二连杆的铰接处固定安装有带第二舵机的第二舵机转轴；所述控制模块和电源装置嵌设于第一连杆之间，所述电源装置与第一电磁铁和第二电磁铁电连接，所述控制模块与电源装置、第一舵机、第二舵机和第三舵机电连接。进一步，所述第一吸附足端件和第二吸附足端件均采用磁敏橡胶黏附材料作为基底，所述第一吸附足端件和第二吸附足端件的足端面均为平面形态，足端面中间分布着变形性磁敏橡胶黏附材料和黏附性磁敏橡胶黏附材料。进一步，所述第一吸附足端件和第二吸附足端件的足端面由黏附性较强的黏附性磁敏橡胶黏附材料以圆环、椭圆环及多边形环中的其中一种作为平面外圈，所述可发生弹性形变的变形性磁敏橡胶黏附材料分布在除外圈之外部分。进一步，所述第一吸附足端件和第二吸附足端件的足端面由多个变形性磁敏橡胶黏附材料的小片与黏附性磁敏橡胶黏附材料交错分布，所述小片为圆、不规则圆及多边形形状，各小片之间以等距或不等距的方式分布，各小片之间分布着黏附性较强的黏附性磁敏橡胶黏附材料。进一步，所述第一固定夹具和第二固定夹具呈三爪状，所述第一固定夹具和第二固定夹具均包括三个以120°间隔分布在圆盘边缘的夹杆。进一步，所述第一吸附足端件和第二吸附足端件呈圆盘状。进一步，所述第一电磁铁、第二电磁铁分别通过螺丝固定在第一固定夹具、第二固定夹具上方的圆盘上。进一步，还包括与控制模块信号连接的无线模块，所述控制模块采集的数据经过无线模块传输至外部设备。进一步，第一电磁铁、第二电磁铁与对应的第一吸附足端件和第二吸附足端件存在空隙，使对应的变形性磁敏橡胶黏附材料有一定的运动空间，保证第一吸附足端件和第二吸附足端件与对应的变形性磁敏橡胶黏附材料之间的间隙控制在变形性磁敏橡胶黏附材料受到电磁吸力后，发生形变使之向对应的第一电磁铁、第二电磁铁方向运动，并稳定的保持形变状态的范围内。本专利技术的有益效果在于：1、本专利技术对动物界能够爬壁的众多生物中的爬壁方式方法进行研究后，模仿树蛙、壁虎等在湿滑环境下，脚掌变得黏软，并充分利用大气压来增强黏附力的方法，在对磁敏橡胶黏附材料研究的基础上，利用磁敏橡胶黏附材料在磁场作用下黏附性能提升和在磁场作用下可以发生形变的特性，设计了一种基于磁敏橡胶黏附材料可控黏附的仿生双足爬壁机器人。为复杂形貌和湿滑、油污环境等特种环境下进行表面检测、情报侦察等特种作业的需求，提供了一种新的解决方案。2、本专利技术所公开的基于磁敏橡胶黏附材料的仿生双足爬壁机器人，在吸附足中合理运用了自主研发的磁敏橡胶黏附材料的可控黏附特性，即在磁场下磁敏橡胶黏附材料黏附性能增强且具有可控形变等特性。在模仿生物界中一些动物能在垂直及倒立壁面行走时足部黏附的特点及方式基础上，研发了基于磁敏橡胶黏附材料的仿生双足爬壁机器人，专利技术了一种控制磁敏橡胶黏附材料的方法，使机器人摆脱传统爬壁机器人吸附力不足特别是在复杂形貌和湿滑、油污环境下的结构(建筑、路桥、船舶、装备)表面，吸附性能大幅下滑等缺点，使本专利技术的机器人适用范围提高，其强大的吸附力带来的负载能力提升使之可以携带更多的仪器设备，便于扩展其功能，使其能完成例如表面检测、情报侦察等工作。本专利技术相比其他机器人能够实现更多的运动组合，通过自主研发的控制算法，在整体机器人系统稳定的基础上，又能连贯进行运动，即使前方遇见垂直交面也可以进行完美过渡。总体而言，本专利技术结构简单，可附加功能多，适应的环境广泛。本专利技术的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本专利技术的实践中得到教导。本专利技术的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。附图说明为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作优选的详细描述，其中：图1为本专利技术仿生双足爬壁机器人的结构示意图；图2为本专利技术仿生双足爬壁机器人中变形性磁敏橡胶黏附材料在足端面上的分布示意图；图3为本专利技术仿生双足爬壁机器人中吸附足组件的结构分解示意图；图4为本专利技术仿生双足爬壁机器人的运动过程示意图；图5为本专利技术仿生双足爬壁机器人的控制流程示意图。附图标记本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于磁敏橡胶黏附材料的仿生双足爬壁机器人，其特征在于，包括吸附足组件、俯仰关节组件、控制模块和电源装置；所述吸附足组件包括由具有黏附能力和弹性变形能力的磁敏橡胶黏附材料构成的第一吸附足端件和第二吸附足端件，所述第一吸附足端件和第二吸附足端件中部分别放置有第一电磁铁和第二电磁铁，所述第一吸附足端件和第二吸附足端件外分别卡设有第一固定夹具和第二固定夹具，所述第一固定夹具和第二固定夹具远离第一吸附足端件和第二吸附足端件的一端还分别一体成型安装有成对的第一俯仰关节连杆和第二俯仰关节连杆；所述俯仰关节组件包括分别与第一俯仰关节连杆铰接的第一连杆和分别与第二俯仰关节连杆铰接的第二连杆，所述第一连杆与第二连杆的自由端相互铰接，所述第一连杆与第一俯仰关节连杆铰接处固定安装有带第一舵机的第一舵机转轴，所述第二连杆与第二俯仰关节连杆铰接处固定安装有带第三舵机的第三舵机转轴，所述第一连杆与第二连杆的铰接处固定安装有带第二舵机的第二舵机转轴；所述控制模块和电源装置嵌设于第一连杆之间，所述电源装置与控制模块电连接，所述控制模块与第一电磁铁、第二电磁铁、第一舵机、第二舵机和第三舵机电连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于磁敏橡胶黏附材料的仿生双足爬壁机器人，其特征在于，包括吸附足组件、俯仰关节组件、控制模块和电源装置；所述吸附足组件包括由具有黏附能力和弹性变形能力的磁敏橡胶黏附材料构成的第一吸附足端件和第二吸附足端件，所述第一吸附足端件和第二吸附足端件中部分别放置有第一电磁铁和第二电磁铁，所述第一吸附足端件和第二吸附足端件外分别卡设有第一固定夹具和第二固定夹具，所述第一固定夹具和第二固定夹具远离第一吸附足端件和第二吸附足端件的一端还分别一体成型安装有成对的第一俯仰关节连杆和第二俯仰关节连杆；所述俯仰关节组件包括分别与第一俯仰关节连杆铰接的第一连杆和分别与第二俯仰关节连杆铰接的第二连杆，所述第一连杆与第二连杆的自由端相互铰接，所述第一连杆与第一俯仰关节连杆铰接处固定安装有带第一舵机的第一舵机转轴，所述第二连杆与第二俯仰关节连杆铰接处固定安装有带第三舵机的第三舵机转轴，所述第一连杆与第二连杆的铰接处固定安装有带第二舵机的第二舵机转轴；所述控制模块和电源装置嵌设于第一连杆之间，所述电源装置与控制模块电连接，所述控制模块与第一电磁铁、第二电磁铁、第一舵机、第二舵机和第三舵机电连接。2.如权利要求1所述的仿生双足爬壁机器人，其特征在于，所述第一吸附足端件和第二吸附足端件均采用磁敏橡胶黏附材料作为基底，所述第一吸附足端件和第二吸附足端件的足端面均为平面形态，足端面中间分布着变形性磁敏橡胶黏附材料和黏附性磁敏橡胶黏附材料。3.如权利要求2所述的仿生双足爬壁机器人，其特征在于，所述第一吸附足端件和第二吸附足端件的足端面由黏附性较强的黏附性磁...

【专利技术属性】
技术研发人员：李锐，冯甚尧，杨平安，李嫄源，刘琳，肖启鹏，冉超，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50