吸附和爪子复合仿生机器人手爪的制作方法

本发明涉及一种仿生机器人手爪，特别是一种应用于空间物体表面栖息领域的吸附和爪子复合仿生机器人手爪。

背景技术：

随着科学技术的发展，自动化机器人被广泛应用到各个领域，爬壁机器人和飞行机器人是常见的两种。爬壁机器人和飞行机器人通过仿生机器人手爪栖息在垂直墙壁等目标物表面完成作业。

传统仿生机器人手爪固定在目标物表面的方式主要有吸附固定方式和爪钩固定方式；吸附方式有负压吸附、静电吸附等方式，在光滑的表面上能够取得较好的吸附效果，但是在较为粗糙的表面效果不理想，且功耗比较大。爪钩固定方式通过爪钩手爪在较为粗糙的表面能够实现稳定的固定，但是在较为光滑的表面会产生相对滑动，且在没有施加正压力的情况下，爪钩也可能在粗糙的表面滑落。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决机器人通过手爪在不同粗糙表面栖息的适应性和稳定性问题，基于壁虎类生物的吸附机理和鸟类生物爪子的工作机制的观察，提出一种吸附和爪子复合的仿生机器人手爪，能够适应不同粗糙程度的表面实现稳定的栖息。

实现本发明目的的技术方案为：一种吸附和爪子复合仿生机器人手爪，包括本体基座、吸附模块和爪钩装置；

所述吸附模块和爪钩装置均固定在仿生机器人手爪本体基座上，吸附模块用于提供吸附和爪子复合仿生机器人手爪与目标物表面之间的吸附力；爪钩装置用于为吸附和爪子复合仿生机器人手爪提供拉力以及与目标物表面之间的摩擦力。

进一步的，所述爪钩装置包括推杆、连接板旋转轴、连接板、推杆轴、导向轴、弹簧、连接杆、拉杆、薄片弹簧座、薄片弹簧、支撑板和爪钩；

所述拉杆与连接杆的一端固定，连接杆和弹簧套接在导向轴上，弹簧的一端与连接杆相接，另一端与导向轴的一端相接；导向轴与支撑板固定连接，所述连接杆的另一端通过推杆轴与连接板的一端连接，连接板的另一端与推杆转动连接，连接板通过连接板旋转轴与支撑板连接，连接板旋转轴位于推杆和推杆轴之间；所述薄片弹簧座与支撑板固定连接，所述薄片弹簧的底部与薄片弹簧座连接，顶部与爪钩连接，所述爪钩与推杆接触；所述爪钩和薄片弹簧的数量相同。

与现有技术相比，本发明的显著优点为：

本发明的吸附和爪子复合仿生机器人手爪能够在不同粗糙程度的表面实现稳定的固定，具有较高的表面适应性，能够在诸如飞行吸附两栖机器人得到很好的应用；在较为光滑的表面上，主要利用吸附模块产生的摩擦力实现栖息，爪钩装置产生的摩擦力作为辅助手段；在较为粗糙的表面上，主要利用爪钩装置产生的拉力进行固定，吸附模块产生的正压力能够增强爪钩装置的拉力，并且其产生的摩擦力作为辅助手段。

下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明。

附图说明

图1是本发明的吸附和爪子复合仿生机器人手爪结构图。

图2是爪钩装置示意图。

图3是吸附模块并列安装在本体基座示意图。

图4-1～图4-3是吸附和爪子复合仿生机器人手爪的工作过程示意图。

图5-1～图5-3是爪钩的工作过程示意图。

图6是吸附和爪子复合仿生机器人手爪平面安装在机器人上的示意图。

图7是吸附和爪子复合仿生机器人手爪曲面安装在机器人上的示意图。

图8是吸附和爪子复合仿生机器人手爪吸附在室外电线杆或者树干上的示意图。

具体实施方式

结合图1，本发明的一种吸附和爪子复合仿生机器人手爪2，包括本体基座7、吸附模块和爪钩装置3；

所述吸附模块和爪钩装置3均固定在仿生机器人手爪本体基座7上，吸附模块用于提供吸附和爪子复合仿生机器人手爪2与目标物表面之间的吸附力；爪钩装置3用于为吸附和爪子复合仿生机器人手爪2提供拉力以及与目标物表面之间的摩擦力。

进一步的，如图2所示，所述爪钩装置包括推杆9、连接板旋转轴10、连接板11、推杆轴12、导向轴13、弹簧14、连接杆15、拉杆16、薄片弹簧座17、薄片弹簧18、支撑板19和爪钩20；

所述拉杆16与连接杆15的一端固定，连接杆和弹簧套接在导向轴13上，弹簧的一端与连接杆相接，另一端与导向轴13的一端相接；导向轴13与支撑板19固定连接，所述连接杆15的另一端通过推杆轴12与连接板11的一端连接，连接板11的另一端与推杆9转动连接，连接板11通过连接板旋转轴10与支撑板19连接，连接板旋转轴10位于推杆9和推杆轴12之间；所述薄片弹簧座17与支撑板19固定连接，所述薄片弹簧18的底部与薄片弹簧座17连接，顶部与爪钩20连接，所述爪钩20的内侧与推杆9接触；所述爪钩20和薄片弹簧18的数量相同。

进一步的，爪钩20和薄片弹簧18的数量为1～5个。

进一步的，所述吸附模块采用真空负压吸附、静电吸附、正压推进或者分子力吸附方式。采用真空负压吸附方式时，吸附模块包括吸盘8、真空泵6、控制模块5和电池4，所述电池4为真空泵6供电，所述真空泵6用于抽取吸盘8与表面间空气，所述控制模块5用于调节吸附模块的吸附力大小。

进一步的，所述本体基座7为平板结构，吸附模块和爪钩装置3并排设置在平板的一侧。或者，所述本体基座7为曲面板结构，吸附模块和爪钩装置3设置在本体基座7的曲面内侧。

吸附和爪子复合仿生机器人手爪的抓取过程为：吸附模块开始工作，然后爪钩装置打开，将爪钩紧贴于目标物表面，产生拉力。

吸附和爪子复合仿生机器人手爪的释放过程为：吸附模块停止工作，然后爪钩装置从目标物表面收回到初始位置。

下面结合具体实施例对本发明进一步说明。

实施例1

如图3所示，本实施例的吸附和爪子复合仿生机器人手爪2包括三个吸附模块、三个爪钩装置3和一个本体基座7。本体基座7为平面结构，吸附模块和爪钩装置3并排固定在本体基座7的一侧，该仿生机器人手爪2用于栖息在室内墙壁等平面位置；

吸附模块的吸附机理可以是负压吸附、静电吸附、正压推进以及分子力吸附。如图1所示，本实施例为真空负压吸附原理，吸附模块包括吸盘8、真空泵6、控制模块5及电池4，电池4为真空泵6供电，所述真空泵6用于抽取吸盘8与目标物表面之间的空气，控制模块5用于调节吸附模块的吸附力大小。

爪钩装置3模拟鸟的爪子，如图2所示，包括推杆9、连接板旋转轴10、连接板11、推杆轴12、导向轴13、弹簧14、连接杆15、拉杆16、薄片弹簧座17、薄片弹簧18、支撑板19和爪钩20。一个爪钩装置由1-5个爪钩20组成，每个爪钩20对应一个薄片弹簧18。

拉杆16与连接杆15的一端固定，连接杆15和弹簧14套接在导向轴13上，弹簧的一端与连接杆相接，另一端与导向轴13的一端相接；导向轴13与支撑板19固定连接，所述连接杆15的另一端通过推杆轴12与连接板11的一端连接，连接板11的另一端与推杆9转动连接，连接板11通过连接板旋转轴10与支撑板19连接，连接板旋转轴10位于推杆9和推杆轴12之间；所述薄片弹簧座17与支撑板19固定连接，所述薄片弹簧18的底部与薄片弹簧座17连接，顶部与爪钩20连接，所述爪钩20的内侧与推杆9接触。

吸附和爪子复合仿生机器人手爪的工作机制及工作过程如图4-1～4-3所示；

工作机制：在较为光滑的表面上，利用吸附模块产生的摩擦力进行吸附。在较为粗糙或者柔软的表面上，利用吸附模块产生正压力以增大爪钩装置的拉力，利用爪钩装置产生的拉力进行吸附。

吸附和爪子复合仿生机器人手爪2的抓取过程为：吸附模块开始工作，真空泵6产生负压使吸盘8贴合于目标物表面，爪钩装置3开始工作，与目标物表面接触。如图5-1所示，当爪钩装置3靠近目标物表面时，拉杆16受目标物表面挤压向左运动通过连接杆15压缩弹簧14，同时带动连接板11和推杆9沿连接板旋转轴10顺时针旋转，同时爪钩20在薄片弹簧18的拉伸下向右下运动，薄片弹簧18变成自然状态，从而爪钩20钩到目标物，如图5-2所示。当其他组件因重力向下滑落时，爪钩20下部钩住推杆9从而将整个组件钩住，如图5-3所示。

吸附和爪子复合仿生机器人手爪2的释放过程为：吸附模块停止工作，然后爪钩装置3从目标物表面脱离，在弹簧14和薄片弹簧18的作用下收回到初始位置。当爪钩装置3离开目标物表面时，弹簧14带动拉杆16向右运动，带动连接板11和推杆9沿连接板旋转轴10逆时针旋转，并将薄片弹簧18恢复到拉伸状态。爪钩20在薄片弹簧的拉伸下回收到初始位置。

如图6所示，本实施例的吸附和爪子复合仿生机器人手爪2安装在飞行机器人1上，该手爪可抓在光滑以及粗糙的空间表面，提供支撑力。

实施例2

如图1所示，本实施例的吸附和爪子复合仿生机器人手爪2包括3个吸附模块、3个爪钩装置3和一个本体基座7。本体基座7为曲面结构，吸附模块和爪钩装置3弧形安装在本体基座7上，该仿生机器人手爪2用于栖息在室外电线杆或树干上。

吸附模块和爪钩装置3的结构及其工作原理与实施例1相同。

如图7所示，本实施例的吸附和爪子复合仿生机器人手爪2安装在飞行机器人1上，该手爪可抓在光滑以及粗糙的空间表面，提供支撑力。

如图8所示，飞行机器人1通过吸附和爪子复合仿生机器人手爪2吸附在室外电线杆21或者树干上。