【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及機器人，具體而言，尤其涉及一種基于納米微吸膠的主動脫附夾爪式攀爬機器人及抓取、脫附和攀爬方法。
技術介紹
1、干粘附攀爬機器人可在垂直墻面或倒置面行進，執行高難度高危險工作，在多個行業應用前景廣闊。相比于磁吸附、靜電吸附、負壓吸附方式，干粘附攀爬機器人通過外力粘附后，無需額外能量輸入就能持續附著表面。
2、仿魚鰭結構的夾爪通過模擬魚鰭的運動原理來實現自適應夾取，通過模仿魚鰭的柔韌性能夠增加與抓取物體的接觸面積。仿魚鰭結構的柔性夾爪在與工件接觸時，壓力會導致結構的側面彎曲，使得基部和尖部朝施加的載荷方向彎曲，實現對工件的包絡效果，從而提高抓握的穩定性。
3、現有的仿魚鰭結構的夾爪主要為被動自適應抓取，若是在夾爪上增加干粘附材料，無法主動的實現從表面脫附，造成過大的脫附力，影響機器人的穩定性。因此，有必要設計一種不僅可自適應抓握，還可在表面實現自適應粘附和主動脫附的新型主動脫附式夾爪，并結合轉動和移動關節實現在垂直面和倒置面的自主攀爬運動。
4、因此本專利技術設計了一種基于納米微吸膠的主動脫附夾爪式攀爬機器人。不僅可以實現自適應“棲息”和自適應抓取任務，還可以作為一個獨立的攀爬機器人實現自主攀爬運動。
技術實現思路
1、根據上述提出的技術問題，而提供一種基于納米微吸膠的主動脫附夾爪式攀爬機器人及抓取、脫附和攀爬方法。
2、本專利技術采用的技術手段如下：
3、一種基于納米微吸膠的主動脫附夾爪式攀爬機器人，包括：軀干
4、所述軀干部分包括第一驅動機構、第二驅動機構和第三驅動機構，所述第一夾爪與第一驅動機構的一側相連，所述第一驅動機構的另一側與第二驅動機構的一側相連，所述第二驅動機構的另一側與第三驅動機構的一側相連，所述第三驅動機構的另一側與第二夾爪相連；所述第一驅動機構用于實現第一夾爪或第二夾爪達到指定高度或方位，所述第二驅動機構用于實現第一夾爪或第二夾爪進行直線運動，所述第三驅動機構用于實現第一夾爪或第二夾爪到達指定位置或合適的姿態。
5、進一步地，所述第一夾爪和第二夾爪的結構相同，包括第四驅動機構以及與第四驅動機構相連的可分離柔性爪，所述第一夾爪和第二夾爪的第四驅動機構分別與第一驅動機構和第三驅動機構相連，用于實現兩側可分離柔性爪的展開和閉合；所述可分離柔性爪上均設有吸附結構。
6、進一步地，所述第四驅動機構包括平面軸承、兩個齒輪形連接件、夾爪驅動齒輪、夾爪從動齒輪、脫附驅動齒輪、第一脫附連接用齒輪、第一雙通六角銅柱、脫附從動齒輪、第二脫附連接用齒輪、第二雙通六角銅柱、脫附用伺服電機、第一定位框架、第二定位框架和驅動用伺服電機，所述可分離柔性爪具有兩個對稱的爪尖，每個爪尖外壁的內外面間隔設置多組磁鐵；
7、所述兩個齒輪形連接件分別與可分離柔性爪的兩個爪尖固定連接，其中一個齒輪形連接件與夾爪驅動齒輪嚙合連接，另一個齒輪形連接件與夾爪從動齒輪嚙合連接，所述夾爪從動齒輪與夾爪驅動齒輪嚙合連接，所述第一脫附連接用齒輪和第二脫附連接用齒輪分別與可分離柔性爪兩側的末端齒條為連接，所述第一脫附連接用齒輪與脫附驅動齒輪嚙合連接，所述脫附驅動齒輪與脫附從動齒輪嚙合連接，所述脫附從動齒輪與第二脫附連接用齒輪嚙合連接，所述脫附用伺服電機固定連接于第一定位框架，所述脫附用伺服電機的驅動端與脫附驅動齒輪固定連接，所述驅動用伺服電機固定連接于第二定位框架，所述驅動用伺服電機的驅動端與夾爪驅動齒輪固定連接；
8、所述齒輪形連接件通過位于其上下的平面軸承與第一定位框架和第二定位框架連接，所述第一定位框架和第二定位框架通過第一雙通六角銅柱、第二雙通六角銅柱加緊固定；
9、齒輪間的嚙合連接均為過盈配合。
10、進一步地，所述可分離柔性爪與物體接觸的內側面設有納米微吸膠。
11、進一步地，所述第一驅動機構包括第一臂連接板和第一伺服電機，所述第一臂連接板的一側與第一夾爪的驅動用伺服電機相連，另一側與第一伺服電機相連，所述第一伺服電機與第二驅動機構相連。
12、進一步地，所述第二驅動機構包括第一直線導軌、直線電機、直線滾針軸承和第二直線導軌，所述第一直線導軌與第一驅動機構的第一伺服電機相連，所述直線電機與第一直線導軌相連且內嵌于第二直線導軌，所述直線滾針軸承固定于第二直線導軌的凹槽內，所述第二直線導軌與第三驅動機構相連。
13、進一步地，所述第三驅動機構包括第二伺服電機和第二臂連接板，所述第二伺服電機與第二驅動機構的第二直線導軌相連，所述第二臂連接板的一側與第二伺服電機相連，另一側與第二夾爪的驅動用伺服電機相連。
14、本專利技術提供了一種基于納米微吸膠的主動脫附夾爪式攀爬機器人的自適應抓取和棲息方法，包括如下步驟：
15、步驟一、每個驅動用伺服電機帶動夾爪驅動齒輪使可分離柔性爪處于平展狀態，將第一夾爪靠近需綁定的可移動平臺，第一夾爪的驅動用伺服電機帶動夾爪驅動齒輪使可分離柔性爪閉合，實現夾取功能，此時攀爬機器人被固定在可移動平臺上，第一夾爪不再發生其他動作；
16、步驟二、第一伺服電機旋轉，帶動第二夾爪達到指定高度，直線電機進行伸縮運動，使得第二夾爪到達指定位置，第二伺服電機旋轉運動使得第二夾爪到達合適的姿態；
17、步驟三、第二夾爪的驅動用伺服電機帶動夾爪驅動齒輪使可分離柔性爪閉合，可分離柔性爪接觸被抓取物，形成包絡狀態，并且可分離柔性爪表面的納米微吸膠粘附被抓取物，此時抓取穩定可靠。
18、本專利技術還提供了一種基于納米微吸膠的主動脫附夾爪式攀爬機器人的主動脫附方法，包括如下步驟：
19、步驟1、主動脫附夾爪的脫附用伺服電機帶動脫附驅動齒輪，從而驅動第一脫附連接用齒輪與脫附從動齒輪，脫附從動齒輪帶動第二脫附連接用齒輪，此時與第一脫附連接用齒輪和第二脫附連接用齒輪固定連接的末端齒條被拉緊，使得磁鐵分離，此時主動脫附夾爪的可分離柔性爪與物體表面分離；
20、步驟2、主動脫附夾爪的驅動用伺服電機帶動夾爪驅動齒輪使可分離柔性爪處于平展狀態；至此，主動脫附夾爪的主動脫附方法完成。
21、本專利技術還提供了一種基于納米微吸膠的主動脫附夾爪式攀爬機器人的攀爬方法，包括如下步驟：
22、s1、起始狀態：每個驅動用伺服電機帶動夾爪驅動齒輪使可分離柔性爪處于平展狀態，將每個可分離柔性爪均粘附在豎直墻面上；
23、s2、第一夾爪的脫附用伺服電機帶動脫附驅動齒輪，從而驅動第一脫附連接用齒輪與脫附從動齒輪，脫附從動齒輪帶動第二脫附連接用齒輪，此時與第一脫附連接用齒輪和第二脫附連接用齒輪固定連接的末端齒條被拉緊，使得磁鐵分離，此時可分離柔性爪與豎直墻面分離；
24、s3、第一伺服電機旋轉運動，使第一夾爪與墻面分離，第二伺服電機旋轉運動使得第一夾爪到本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種基于納米微吸膠的主動脫附夾爪式攀爬機器人，其特征在于，包括：軀干部分和兩個可分離的仿魚鰭結構的主動脫附夾爪，兩個夾爪為第一夾爪和第二夾爪，所述第一夾爪和第二夾爪均具有主動脫附、自適應抓取和粘附功能；
2.根據權利要求1所述的基于納米微吸膠的主動脫附夾爪式攀爬機器人，其特征在于，所述第一夾爪和第二夾爪的結構相同，包括第四驅動機構以及與第四驅動機構相連的可分離柔性爪(1)，所述第一夾爪和第二夾爪的第四驅動機構分別與第一驅動機構和第三驅動機構相連，用于實現兩側可分離柔性爪(1)的展開和閉合；所述可分離柔性爪(1)上均設有吸附結構。
3.根據權利要求2所述的基于納米微吸膠的主動脫附夾爪式攀爬機器人，其特征在于，所述第四驅動機構包括平面軸承(3)、兩個齒輪形連接件(4)、夾爪驅動齒輪(5)、夾爪從動齒輪(6)、脫附驅動齒輪(7)、第一脫附連接用齒輪(8)、第一雙通六角銅柱(9)、脫附從動齒輪(10)、第二脫附連接用齒輪(11)、第二雙通六角銅柱(12)、脫附用伺服電機(13)、第一定位框架(14)、第二定位框架(15)和驅動用伺服電機(16)，所述可分離柔性
4.根據權利要求2所述的基于納米微吸膠的主動脫附夾爪式攀爬機器人，其特征在于，所述可分離柔性爪(1)與物體接觸的內側面設有納米微吸膠。
5.根據權利要求1所述的基于納米微吸膠的主動脫附夾爪式攀爬機器人，其特征在于，所述第一驅動機構包括第一臂連接板(17)和第一伺服電機(18)，所述第一臂連接板(17)的一側與第一夾爪的驅動用伺服電機(16)相連，另一側與第一伺服電機(18)相連，所述第一伺服電機(18)與第二驅動機構相連。
6.根據權利要求1所述的基于納米微吸膠的主動脫附夾爪式攀爬機器人，其特征在于，所述第二驅動機構包括第一直線導軌(19)、直線電機(20)、直線滾針軸承(21)和第二直線導軌(22)，所述第一直線導軌(19)與第一驅動機構的第一伺服電機(18)相連，所述直線電機(20)與第一直線導軌(19)相連且內嵌于第二直線導軌(22)，所述直線滾針軸承(21)固定于第二直線導軌(22)的凹槽內，所述第二直線導軌(22)與第三驅動機構相連。
7.根據權利要求1所述的基于納米微吸膠的主動脫附夾爪式攀爬機器人，其特征在于，所述第三驅動機構包括第二伺服電機(23)和第二臂連接板(24)，所述第二伺服電機(23)與第二驅動機構的第二直線導軌(22)相連，所述第二臂連接板(24)的一側與第二伺服電機(23)相連，另一側與第二夾爪的驅動用伺服電機(16)相連。
8.一種如權利要求1-7任意一項權利要求所述的基于納米微吸膠的主動脫附夾爪式攀爬機器人的抓取方法，其特征在于，包括如下步驟：
9.一種如權利要求1-7任意一項權利要求所述的基于納米微吸膠的主動脫附夾爪式攀爬機器人的主動脫附方法，其特征在于，包括如下步驟：
10.一種如權利要求1-7任意一項權利要求所述的基于納米微吸膠的主動脫附夾爪式攀爬機器人的攀爬方法，其特征在于，包括如下步驟：
...【技術特征摘要】
1.一種基于納米微吸膠的主動脫附夾爪式攀爬機器人，其特征在于，包括：軀干部分和兩個可分離的仿魚鰭結構的主動脫附夾爪，兩個夾爪為第一夾爪和第二夾爪，所述第一夾爪和第二夾爪均具有主動脫附、自適應抓取和粘附功能；
2.根據權利要求1所述的基于納米微吸膠的主動脫附夾爪式攀爬機器人，其特征在于，所述第一夾爪和第二夾爪的結構相同，包括第四驅動機構以及與第四驅動機構相連的可分離柔性爪(1)，所述第一夾爪和第二夾爪的第四驅動機構分別與第一驅動機構和第三驅動機構相連，用于實現兩側可分離柔性爪(1)的展開和閉合；所述可分離柔性爪(1)上均設有吸附結構。
3.根據權利要求2所述的基于納米微吸膠的主動脫附夾爪式攀爬機器人，其特征在于，所述第四驅動機構包括平面軸承(3)、兩個齒輪形連接件(4)、夾爪驅動齒輪(5)、夾爪從動齒輪(6)、脫附驅動齒輪(7)、第一脫附連接用齒輪(8)、第一雙通六角銅柱(9)、脫附從動齒輪(10)、第二脫附連接用齒輪(11)、第二雙通六角銅柱(12)、脫附用伺服電機(13)、第一定位框架(14)、第二定位框架(15)和驅動用伺服電機(16)，所述可分離柔性爪(1)具有兩個對稱的爪尖，每個爪尖外壁的內外面間隔設置多組磁鐵(2)；
4.根據權利要求2所述的基于納米微吸膠的主動脫附夾爪式攀爬機器人，其特征在于，所述可分離柔性爪(1)與物體接觸的內側面設有納米微吸膠。
5.根據權利要求1所述的基于納米微吸膠的主動脫附夾爪式攀爬機器人，其特征在于，所述第一驅動機構包括第一臂連接板(17)和第一伺...
【專利技術屬性】
技術研發人員：李智，肖計春，聶佳偉，郝麗娜，張穎，
申請(專利權)人：東北大學，
類型：發明
國別省市：
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