[发明专利]可重组轮爪式湿吸爬壁机器人轮爪

说明书

技术领域

本发明属于仿生学领域，涉及一种仿生湿吸微型机器人的足部机构，尤其是一种可重组轮爪。 

背景技术

仿生方法就是从生物界寻找发现和发明的启示，模仿生物器官的功能和行为，是启发思路、获得发明和创造契机的一种重要的方法。随着微系统技术、微力测试技术、生物技术以及其它相关技术的发展，为理解生物机制及仿生应用提供了实验手段和分析方法。基于仿生学的爬壁机器人可广泛应用于搜索、救援、侦察以及科学实验和科学考察等方面。一般爬壁机器人的吸附机制可分为三类：真空吸附、电磁吸附和粘性吸附。真空吸附和电磁吸附的研究已经比较成熟，但是基于真空吸附和电磁吸附机理的机器人只能在特定的表面上运动，而不能在一般的表面上运动。基于仿生学的吸附机制做为一种新的吸附机制，它的研究还处于一个初始阶段，许多机理还不太清楚。湿吸理论的研究最近吸引越来越多研究者的关注，若能弄清吸附力的来源，用于仿生机械，则可研制出新型吸附机理的操作器械或爬壁机器人，能大大扩展人类活动范围，提高生产效率。 

当前的爬壁机器人主要以足式和轮式为主： 

1.足式结构 

其代表为斯坦福大学设计爬壁机器人，足式移动方式的机器人可以相对较易地跨过比较大的障碍(如沟、坎等)，并且机器人的足所具有的大量的自由度可以使机器人的运动更加灵活，但是它的结构复杂，要求的驱动电机多，控制复杂。 

2.轮式结构 

其代表结构为某种型号的侦察车，轮式机器人的设计简单，所要求的驱动电机少，控制简单，得到了广泛的应用。但是它有个致命的缺点就是不能翻越超过车轮半径的台阶，也不能跨越超过车轮直径的壕沟。 

鉴于以上两种形式结构的存在的缺点，受到昆虫腿的结构的启发，基于仿生湿吸微型机器人的吸附机制的研究，提供了一种新型的可重组轮爪结构，用于不同情况下的吸附力的研究。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种可重组轮爪式湿吸爬壁机器人轮爪，该轮爪既能跨越超过轮盘半径的障碍物，也能跨越超过轮盘直径的壕沟，同时结构简单，需要的驱动电机少，易于控制。 

为达到以上目的，本发明所采用的解决方案是： 

一种可重组轮爪式湿吸爬壁机器人轮爪，其包括轮盘、爪子及足垫，爪子安装在轮盘上，轮盘由驱动电机驱动带动爪子转动；在爪子下表面安装有足垫。 

所述的轮盘包括固定块、螺纹孔、台阶孔、通孔，通孔位于轮盘中心与电机轴相配合，其外侧分布有用于固定电机轴的台阶孔，在轮盘最外侧圆周上设有起定位作用的固定块，固定块与台阶孔之间设有固定爪子的螺纹孔，螺纹孔分布位置与固定块错开一定角度。 

所述的台阶孔为4个，均匀分布于通孔外围，所述的固定块为12个，均匀分布将圆周分成12等份。 

所述的螺纹孔分为内外两排，形成两个同心圆。 

所述的螺纹孔为24个，内外圆上各等间距分布12个，两同心圆的半径相差6mm。螺纹孔与固定块错开15°。 

所述的爪子包括下表面、上表面、加强筋板、台阶孔、连杆，用于固定爪子的台阶孔位于端部与轮盘的螺纹孔配合固定，其外侧设有用于与轮盘固定块配合的连杆，其通过加强筋板连接爪子上下表面，爪子下表面为平整结构，其上安装有仿生光滑足垫，上表面为具有弧度的曲面。 

所述的连杆宽度与轮盘上固定块的间隔相等，连杆卡设于固定块间隔内紧密耦合。 

所述的光滑足垫为具有微结构的轻薄柔软足垫，其厚度为1mm～3mm，长度为4cm～8cm，宽度为2cm～3.5cm。 

所述的爪子上表面设有厚硬足垫作为预载。 

所述的厚硬足垫厚度为4mm～7mm，长度为4cm～8cm，宽度为2cm～3.5cm。 

由于采用了上述方案，本发明具有以下特点：轮盘上的12个固定块是等间距分布的，因为轮盘和爪子是分开设计的，爪子可拆卸，所以可以能够重组为三爪、四爪、六爪的结构。由于间距的影响，三爪、四爪、六爪的结构是比较合理的，为了增加吸附力，采用足垫的双层结构。通过对轮爪进行重组，可以方便地用于不同情况下的吸附力的测量；而且该轮爪既能跨越超过轮盘半径的障碍物，也能跨越超过轮盘直径的壕沟，结构简单，安装拆卸方便。 

附图说明

图1为轮盘结构的主视结构示意图。 

图2为轮盘结构的后视结构示意图。 

图3为左爪子结构示意图。 

图4为右爪子结构示意图。 

图5为双层足垫结构示意图。 

图6为本发明实施例三爪结构示意图。