一项目简介及立项背景
目前仿生壁虎机器人技术的研究主要分为细分技术的研究与移动技术的研究,吸附技术研究主要是仿生生物的灵巧移动方式。
传统爬壁机器人的吸附结构主要采用磁力吸附、真空吸附、静电吸附和化学粘附四种方式。
大多数爬壁机器人的吸附结构主要是采用磁力吸附、真空吸附、静电吸附和化学粘附四种方式。
大多数爬壁机器人的足部都是通过使用吸盘、磁体或者粘性物质设计而成的。
这四种方式都存在各自的缺陷:磁力吸附要求壁面必须是磁体材料;真空吸附在壁面凹凸不平和多孔状况下吸附能力下降很快而且不能应用于真空环境;静电吸附要求被接触表面具有具有导电特性,由于静电力十分小,汪汪不能提供足够的粘附力;化学粘附时年较容易挥发、固化,使得粘胶迅速被消化而影响粘附。
所有这些年付方式都无法适用于于布满灰尘且崎岖不平的表面。
传统爬壁机器人功能主要是吸盘式、车轮式和履带式。
吸盘式能跨越很小的障碍,但移动速度比较慢;车轮式移动速度快、控制灵活,但维持一定的吸附能力比较困难;履带式对壁面的适应性强,着地面积大,但不容易转弯。
而这三种方式的跨越障碍能力都很弱。
传统爬壁机器人的驱动方式主要有汽缸驱动和电动机驱动两种方式。
汽缸和电机不仅质量大,增加机器人本身的重量,而且效率低,能耗非常大。
由于传统爬壁机器人在运动稳定性、灵活性、可靠性、简约的控制系统方面还存在着难于在短期内突破的技术瓶颈,因此对生物运动规律和生物及其人得研究近年来受到更多的重视。
目前,美国、日本等发达国家都在开展仿生壁虎机器人方面的研究,美国处于领先的位置,但仍在初步阶段。
我国也开展这方面的研究,其中在壁面清洗方面处于领先位置。
目前仿生庇护机器人技术的研究主要分为吸附技术的研究与移动技术的研究,吸附技术研究主要是围绕研制仿生壁虎脚掌的吸附材料展开,移动技术则主要是模仿生物的灵巧移动方式。
我们认为壁虎机器人的发展有如下趋势:1.吸附方式将越来越多地采用干性粘合剂。
2.向微小化发展。
3.移动方式用腿足式。
4.生物壁虎机器人。
爬壁机器人在民用、军事、航天上具有广泛的用途,因而越来越瘦到人们的重视。
在民用领域,爬壁机器人被用来清洗大厦外壁墙面和玻璃、监测舰船船体、监测核密封灌等;在军事反恐领域,爬壁机器人可用来进行侦察窃听、研制蛙人等;在航天领域,爬行机器人可用来进行舱外维修等。
但传统爬壁几批人的吸附原理和移动机理与真实壁虎毫无关系,其缺点限制了应用环境和工作范围,而壁虎的吸附原理和移动方式为传统爬壁机器人的限制提供了新的思路,因而成了一个新的研究方向。
本项目主要研究可以攀爬竖直墙壁的仿生壁虎,大气压强的原理,通过控制吸盘内部压强来控制四足的吸附与离开,利用注射器作为转换装置,将机电动力转换为大气压的动力,从而达到使仿生壁虎吸附攀爬的目的。
二实施方案
1 本仿生壁虎主要构造为主体和四足,四足安放吸盘并通过导气管与注射器连接,四个注射器通过四个传动杆与主体安放的齿轮相连接,齿轮由一个电机带动,控制四足的吸附,四肢与主体连接处的关节部分纺织两个齿轮,齿轮上放置传动杆,由两个电机带动,其中一个齿轮可前后方向转动使壁虎前进和后退。
2 此仿生壁虎的四肢分别安放吸盘,吸盘通过导气管与注射器连接,为达到密封的效果,需要的是吸盘四周材料尽量柔软,并且吸盘材料密度尽量减小,以便于减轻仿生壁虎的重量。
3 仿生壁虎的齿轮上分别安放传动杆,其中主体部位的齿轮上均布四个传动杆,是四只可以水平方向上和竖直方向上运动。
4 为减轻此仿生壁虎的重量,全部材料应该尽量使用密度小强度高的材料。
三主要创新点
1 利用大气压原理,并巧妙利用注射器控制吸盘内部压强以达到控制壁虎四足吸附和离开的母的。
2 此仿生壁虎主体部位安放两个齿轮,分别在其四周均匀安放两个传动杆,分别控制两组注射器,这样就大大的减轻了此仿生壁虎的重量。
3 关节部位安放的圆盘里安放传动杆将电机的动力转换为四肢的动力。
4 此仿生壁虎主要利用圆盘和安放在其上面的传动杆进行动力的转换,将电机的动力转换为此仿生壁虎的动力。
5 此仿生壁虎的运动方式采用对角运动方式,这不仅可以使其运动灵活,可以实现转弯,也增加其运动过程中的稳定性。