本發(fā)明涉及一種仿生機器人手爪，特別是一種應(yīng)用于空間物體表面棲息領(lǐng)域的吸附和爪子復合仿生機器人手爪。

背景技術(shù)：

隨著科學技術(shù)的發(fā)展，自動化機器人被廣泛應(yīng)用到各個領(lǐng)域，爬壁機器人和飛行機器人是常見的兩種。爬壁機器人和飛行機器人通過仿生機器人手爪棲息在垂直墻壁等目標物表面完成作業(yè)。

傳統(tǒng)仿生機器人手爪固定在目標物表面的方式主要有吸附固定方式和爪鉤固定方式；吸附方式有負壓吸附、靜電吸附等方式，在光滑的表面上能夠取得較好的吸附效果，但是在較為粗糙的表面效果不理想，且功耗比較大。爪鉤固定方式通過爪鉤手爪在較為粗糙的表面能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定的固定，但是在較為光滑的表面會產(chǎn)生相對滑動，且在沒有施加正壓力的情況下，爪鉤也可能在粗糙的表面滑落。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于解決機器人通過手爪在不同粗糙表面棲息的適應(yīng)性和穩(wěn)定性問題，基于壁虎類生物的吸附機理和鳥類生物爪子的工作機制的觀察，提出一種吸附和爪子復合的仿生機器人手爪，能夠適應(yīng)不同粗糙程度的表面實現(xiàn)穩(wěn)定的棲息。

實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案為：一種吸附和爪子復合仿生機器人手爪，包括本體基座、吸附模塊和爪鉤裝置；

所述吸附模塊和爪鉤裝置均固定在仿生機器人手爪本體基座上，吸附模塊用于提供吸附和爪子復合仿生機器人手爪與目標物表面之間的吸附力；爪鉤裝置用于為吸附和爪子復合仿生機器人手爪提供拉力以及與目標物表面之間的摩擦力。

進一步的，所述爪鉤裝置包括推桿、連接板旋轉(zhuǎn)軸、連接板、推桿軸、導向軸、彈簧、連接桿、拉桿、薄片彈簧座、薄片彈簧、支撐板和爪鉤；

所述拉桿與連接桿的一端固定，連接桿和彈簧套接在導向軸上，彈簧的一端與連接桿相接，另一端與導向軸的一端相接；導向軸與支撐板固定連接，所述連接桿的另一端通過推桿軸與連接板的一端連接，連接板的另一端與推桿轉(zhuǎn)動連接，連接板通過連接板旋轉(zhuǎn)軸與支撐板連接，連接板旋轉(zhuǎn)軸位于推桿和推桿軸之間；所述薄片彈簧座與支撐板固定連接，所述薄片彈簧的底部與薄片彈簧座連接，頂部與爪鉤連接，所述爪鉤與推桿接觸；所述爪鉤和薄片彈簧的數(shù)量相同。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的顯著優(yōu)點為：

本發(fā)明的吸附和爪子復合仿生機器人手爪能夠在不同粗糙程度的表面實現(xiàn)穩(wěn)定的固定，具有較高的表面適應(yīng)性，能夠在諸如飛行吸附兩棲機器人得到很好的應(yīng)用；在較為光滑的表面上，主要利用吸附模塊產(chǎn)生的摩擦力實現(xiàn)棲息，爪鉤裝置產(chǎn)生的摩擦力作為輔助手段；在較為粗糙的表面上，主要利用爪鉤裝置產(chǎn)生的拉力進行固定，吸附模塊產(chǎn)生的正壓力能夠增強爪鉤裝置的拉力，并且其產(chǎn)生的摩擦力作為輔助手段。

下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步的詳細說明。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的吸附和爪子復合仿生機器人手爪結(jié)構(gòu)圖。

圖2是爪鉤裝置示意圖。

圖3是吸附模塊并列安裝在本體基座示意圖。

圖4-1～圖4-3是吸附和爪子復合仿生機器人手爪的工作過程示意圖。

圖5-1～圖5-3是爪鉤的工作過程示意圖。

圖6是吸附和爪子復合仿生機器人手爪平面安裝在機器人上的示意圖。

圖7是吸附和爪子復合仿生機器人手爪曲面安裝在機器人上的示意圖。

圖8是吸附和爪子復合仿生機器人手爪吸附在室外電線桿或者樹干上的示意圖。

具體實施方式

結(jié)合圖1，本發(fā)明的一種吸附和爪子復合仿生機器人手爪2，包括本體基座7、吸附模塊和爪鉤裝置3；

所述吸附模塊和爪鉤裝置3均固定在仿生機器人手爪本體基座7上，吸附模塊用于提供吸附和爪子復合仿生機器人手爪2與目標物表面之間的吸附力；爪鉤裝置3用于為吸附和爪子復合仿生機器人手爪2提供拉力以及與目標物表面之間的摩擦力。

進一步的，如圖2所示，所述爪鉤裝置包括推桿9、連接板旋轉(zhuǎn)軸10、連接板11、推桿軸12、導向軸13、彈簧14、連接桿15、拉桿16、薄片彈簧座17、薄片彈簧18、支撐板19和爪鉤20；

所述拉桿16與連接桿15的一端固定，連接桿和彈簧套接在導向軸13上，彈簧的一端與連接桿相接，另一端與導向軸13的一端相接；導向軸13與支撐板19固定連接，所述連接桿15的另一端通過推桿軸12與連接板11的一端連接，連接板11的另一端與推桿9轉(zhuǎn)動連接，連接板11通過連接板旋轉(zhuǎn)軸10與支撐板19連接，連接板旋轉(zhuǎn)軸10位于推桿9和推桿軸12之間；所述薄片彈簧座17與支撐板19固定連接，所述薄片彈簧18的底部與薄片彈簧座17連接，頂部與爪鉤20連接，所述爪鉤20的內(nèi)側(cè)與推桿9接觸；所述爪鉤20和薄片彈簧18的數(shù)量相同。

進一步的，爪鉤20和薄片彈簧18的數(shù)量為1～5個。

進一步的，所述吸附模塊采用真空負壓吸附、靜電吸附、正壓推進或者分子力吸附方式。采用真空負壓吸附方式時，吸附模塊包括吸盤8、真空泵6、控制模塊5和電池4，所述電池4為真空泵6供電，所述真空泵6用于抽取吸盤8與表面間空氣，所述控制模塊5用于調(diào)節(jié)吸附模塊的吸附力大小。

進一步的，所述本體基座7為平板結(jié)構(gòu)，吸附模塊和爪鉤裝置3并排設(shè)置在平板的一側(cè)。或者，所述本體基座7為曲面板結(jié)構(gòu)，吸附模塊和爪鉤裝置3設(shè)置在本體基座7的曲面內(nèi)側(cè)。

吸附和爪子復合仿生機器人手爪的抓取過程為：吸附模塊開始工作，然后爪鉤裝置打開，將爪鉤緊貼于目標物表面，產(chǎn)生拉力。

吸附和爪子復合仿生機器人手爪的釋放過程為：吸附模塊停止工作，然后爪鉤裝置從目標物表面收回到初始位置。

下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進一步說明。

實施例1

如圖3所示，本實施例的吸附和爪子復合仿生機器人手爪2包括三個吸附模塊、三個爪鉤裝置3和一個本體基座7。本體基座7為平面結(jié)構(gòu)，吸附模塊和爪鉤裝置3并排固定在本體基座7的一側(cè)，該仿生機器人手爪2用于棲息在室內(nèi)墻壁等平面位置；

吸附模塊的吸附機理可以是負壓吸附、靜電吸附、正壓推進以及分子力吸附。如圖1所示，本實施例為真空負壓吸附原理，吸附模塊包括吸盤8、真空泵6、控制模塊5及電池4，電池4為真空泵6供電，所述真空泵6用于抽取吸盤8與目標物表面之間的空氣，控制模塊5用于調(diào)節(jié)吸附模塊的吸附力大小。

爪鉤裝置3模擬鳥的爪子，如圖2所示，包括推桿9、連接板旋轉(zhuǎn)軸10、連接板11、推桿軸12、導向軸13、彈簧14、連接桿15、拉桿16、薄片彈簧座17、薄片彈簧18、支撐板19和爪鉤20。一個爪鉤裝置由1-5個爪鉤20組成，每個爪鉤20對應(yīng)一個薄片彈簧18。

拉桿16與連接桿15的一端固定，連接桿15和彈簧14套接在導向軸13上，彈簧的一端與連接桿相接，另一端與導向軸13的一端相接；導向軸13與支撐板19固定連接，所述連接桿15的另一端通過推桿軸12與連接板11的一端連接，連接板11的另一端與推桿9轉(zhuǎn)動連接，連接板11通過連接板旋轉(zhuǎn)軸10與支撐板19連接，連接板旋轉(zhuǎn)軸10位于推桿9和推桿軸12之間；所述薄片彈簧座17與支撐板19固定連接，所述薄片彈簧18的底部與薄片彈簧座17連接，頂部與爪鉤20連接，所述爪鉤20的內(nèi)側(cè)與推桿9接觸。

吸附和爪子復合仿生機器人手爪的工作機制及工作過程如圖4-1～4-3所示；

工作機制：在較為光滑的表面上，利用吸附模塊產(chǎn)生的摩擦力進行吸附。在較為粗糙或者柔軟的表面上，利用吸附模塊產(chǎn)生正壓力以增大爪鉤裝置的拉力，利用爪鉤裝置產(chǎn)生的拉力進行吸附。

吸附和爪子復合仿生機器人手爪2的抓取過程為：吸附模塊開始工作，真空泵6產(chǎn)生負壓使吸盤8貼合于目標物表面，爪鉤裝置3開始工作，與目標物表面接觸。如圖5-1所示，當爪鉤裝置3靠近目標物表面時，拉桿16受目標物表面擠壓向左運動通過連接桿15壓縮彈簧14，同時帶動連接板11和推桿9沿連接板旋轉(zhuǎn)軸10順時針旋轉(zhuǎn)，同時爪鉤20在薄片彈簧18的拉伸下向右下運動，薄片彈簧18變成自然狀態(tài)，從而爪鉤20鉤到目標物，如圖5-2所示。當其他組件因重力向下滑落時，爪鉤20下部鉤住推桿9從而將整個組件鉤住，如圖5-3所示。

吸附和爪子復合仿生機器人手爪2的釋放過程為：吸附模塊停止工作，然后爪鉤裝置3從目標物表面脫離，在彈簧14和薄片彈簧18的作用下收回到初始位置。當爪鉤裝置3離開目標物表面時，彈簧14帶動拉桿16向右運動，帶動連接板11和推桿9沿連接板旋轉(zhuǎn)軸10逆時針旋轉(zhuǎn)，并將薄片彈簧18恢復到拉伸狀態(tài)。爪鉤20在薄片彈簧的拉伸下回收到初始位置。

如圖6所示，本實施例的吸附和爪子復合仿生機器人手爪2安裝在飛行機器人1上，該手爪可抓在光滑以及粗糙的空間表面，提供支撐力。

實施例2

如圖1所示，本實施例的吸附和爪子復合仿生機器人手爪2包括3個吸附模塊、3個爪鉤裝置3和一個本體基座7。本體基座7為曲面結(jié)構(gòu)，吸附模塊和爪鉤裝置3弧形安裝在本體基座7上，該仿生機器人手爪2用于棲息在室外電線桿或樹干上。

吸附模塊和爪鉤裝置3的結(jié)構(gòu)及其工作原理與實施例1相同。

如圖7所示，本實施例的吸附和爪子復合仿生機器人手爪2安裝在飛行機器人1上，該手爪可抓在光滑以及粗糙的空間表面，提供支撐力。

如圖8所示，飛行機器人1通過吸附和爪子復合仿生機器人手爪2吸附在室外電線桿21或者樹干上。