[发明专利]仿生湿吸爬壁机器人足垫

说明书

技术领域

本发明属于仿生学领域，涉及一种仿生湿吸爬壁机器人的攀爬结构，尤其是一种仿生湿吸爬壁机器人足垫。 

背景技术

近几年来，动物生理学及仿生学的研究者们对湿吸类爬壁动物的吸附来源、吸附机构的生理学特性等进行了较为深入的研究，得知湿吸类动物足垫的吸附力主要来源于足垫分泌的粘液在足垫与壁面之间形成薄膜时，产生的表面张力或毛细力。受此启示，通过模仿湿吸类动物足垫的表面微结构，设计仿生湿吸爬壁机器人的足垫。因为湿吸类动物足垫的表面微结构的几何尺寸，在微米级甚至纳米级，而且结构复杂，基于现有的制造工艺和加工精度，完全复制湿吸类动物的足垫十分困难，而且是没有必要的。因为动物要在垂直壁面上自由行走，除了由足垫提供必要吸附力以外，还要具有能快速剥离的机制。在剥离实现方面，动物依靠表层下的纤维的方向性，即与垂直壁面成一定的角度，以及吸附、剥离时采用不同的步态来实现。 

鉴于目前加工技术的制约，同时为了满足仿生湿吸机器人爬壁时吸附力的需求，根据湿吸类昆虫足垫的整体结构，包括表面微结构以及表层下的纤维，提供了一种新型的仿生湿吸机器人的足垫，用于实现仿生湿吸爬壁机器人的平稳运动。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种仿生湿吸爬壁机器人足垫。 

该足垫具有较好的粘弹特性，与物体表面具有良好的接触能力和粘合力，同时该足垫具有合理的迅速吸附和剥离机制，结构简单，材质柔软，易于实现。 

本发明提出的仿生湿吸爬壁机器人足垫，包括：微结构的曲面、中间层的仿生纤维斜片和硅胶平面； 

所述微结构的曲面由足垫前端光滑曲面1、足垫中央平面2和足垫后端光滑曲面3依次连接组成一体； 

所述中间层的仿生纤维斜片由后端仿生纤维切片4、中央仿生纤维切片5和前端仿生纤维切片6组成，后端仿生纤维切片4、中央仿生纤维切片5和前端仿生纤维切片6一侧均连接足垫中央平面2一侧，后端仿生纤维切片4、中央仿生纤维切片5和前端仿生纤维切片6 与足垫中央平面5之间夹角分别为：25°、35°、45°； 

所述硅胶平面7具有与仿生纤维斜片和微结构的曲面相对应的切片凹槽，切片凹槽9共有10个，具有微结构的曲面与中间层的仿生纤维均通过凹槽固定在硅胶平面上，利用硅胶平面上的螺纹孔8，将硅胶足垫安装在仿生湿吸机器人的足端。 

本发明中，所述后端仿生纤维切片4为3个，中央仿生纤维切片5为2个，前端仿生纤维切片6为3个。 

本发明中，所述足垫中央平面2的表面具有边长为0.2mm，高为0.3mm，间距为0.1mm的微结构花纹，如图2所示，正方形柱体斜向45°，在平面上均匀分布。 

本发明具有以下特点：足垫上只有中央平面具有微结构，两端的曲面是光滑的，有利于吸附力的控制；仿生纤维片具有相同的厚度，不同位置上的仿生纤维片与中央平面的夹角不同，有利于足垫的吸附和剥离；硅胶平面上凹槽的分布，根据仿生纤维片的位置设计，有利于足垫各部分的组装和在机器人足端上的固定。该足垫结构简单，易于加工，通过上述的模具浇注而成，容易在足垫表面形成微结构的花纹，具有仿生的概念，能够满足仿生湿吸机器人爬壁时吸附力的需求，易于实现仿生湿吸机器人的爬壁运动。 

附图说明

图1为仿生足垫结构图。 

图2为仿生足垫表面微结构。 

图3为硅胶平面7结构图示。 

图4为湿吸类昆虫接触过程示意图。 

图5为湿吸类昆虫剥离过程示意图。 

图6为垂直吸附力与接触面积的关系。 

图7为平行吸附力与接触面积的关系。 

图中标号：1为足垫前端光滑曲面，2为足垫中央曲面，3为足垫后端光滑曲面，4为后端仿生纤维切片，5为中央仿生纤维切片，6为前端仿生纤维切片，7硅胶平面，8螺纹孔，9切片凹槽。 

具体实施方式

以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。 

仿生湿吸机器人的足垫，如图1所示，主要包括具有微结构的曲面、中间层的仿生纤维斜片和硅胶平面7。