湿吸附机理及其在仿生爬壁机器人中的应用

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1、2第01302年卷第9月5朗机器人ROBOTVbS1e_3p2．NO．52010．，DoI：10．3724／SEJ．1218．2010．00577湿吸附机理及其在仿生爬壁机器人中的应用黎明和，何斌，岳继光，陆汉雄，周艳敏(同济大学控制科学与T程系，上海201804)摘要：提出一种新的皋十湿吸附机理的仿生爬壁机器人．首先讨论湿吸附模型及吸附力的控制方法，对一种基于硫化硅橡胶(聚合物)的仿生足垫的湿吸附力进行测试，由此验证足垫j壁面问的液体薄膜对吸附力的积极影响．然后设计一种实验研究用的轮爪式仿生爬壁机器人，并对其进行静力学分析．最后对所设计的机器人进行爬壁试验．结果表明，

2、液体薄膜可以有效提高足垫吸附力，所研制的湿吸附机器人可吸附于约85。的壁面，可成功爬行于坡度约65。的玻璃壁面，一定程度I验证了湿吸附机理爬壁机器人的可行性．关键词：湿吸附系统；轮爪机器人；爬壁机器人；仿生学中图分类号：TP24文献标识码：A文章编号：1002—0446(2010)一05—0577—09WetAdhesionMechanismandItsApplicationtoBionicWall-climbingRobotLIMinghe，HEBin，YUEJiguang，LUHanxiong，ZHOUYanmin(DepartmentofControlScienc

3、e＆Engineering，TongfiUniversity，Shanghai201804，China)Abstract：AnewbionicWal1一climbingrobotbasedonwetadhesionmechanismisproposed．Thewetadhesionmodelandadhesiveforcecontro1methodarediscussedfirstly．Thewetadhes．iveforcesofbionicpadmadeofvulcanizedsiliconerubber(polymer)aremeasuredsecondly，an

4、ditisdemonstratedthatathinliquidlayerbetweenthepadandthewallhelpstogenerateadhesiveforces．Anexperimentalbionicwheel—legclimbingrobotisdesigned，andthestaticsisanalyzedthirdly．％11climbingexperimentsontheproposedrobotareconductedfinally．TheexperimentalresultsshowthatthethinlayerhelpstOincre

5、asetheadhesiveforces．Currently,therobotcanstopatthewetslopeof8．andclimbuptheslopeof65。ofglasssuccessfully．ItmeansthatitiSfeasibletodevelopwetadhesioninspiredclimbingrobot．Keywords：wetadhesionsystem；wheel—legrobot；climbingrobot；bionics1前言(Introduction)粘附式机器人难以快速从壁面剥离，并且在长时间爬行后会失去吸附力[4】；机械

6、联锁式爬壁机器人不爬壁机器人属于特种移动机器人，有着广阔的能在光滑壁面上爬行．丁是，人们寻求从生物爬壁应用前景．常规的爬壁机器人按爬行机构可分为轮系统获得灵感，设计出性能更优秀的爬壁机器人．式、履带式、仿生爬行式等几种类型．轮式及履带式千百万年来，在与自然进行抗争或适应复杂环实现简单，但越障能力有限；足式爬行机器人移动境的过程中，自然界进化出各种各样的拥有某种特灵活，越障能力强，但控制及实现相对复杂．爬壁机殊本领的动物．壁虎、蟋蟀、蚂蚁、甲虫等具有出色器人的吸附机理可大致划分为4类：(1)负压(真空)爬壁能力的动物就是其中一类．它们的足垫在与壁吸附㈣；(2)磁吸附【=}

7、1；(3)粘性吸附；(4)机械联锁面接触的过程中形成可以足够对抗地心引力的吸附吸附．这些机理的爬壁机器人各有优点，如真空吸力，在垂直壁面(甚至天花板)上自由爬行．研究者附、粘性吸附机器人的吸附力火而相对稳定，机械联锁吸附机器人可应对粗糙壁面，磁吸附机器人对们希望从动物吸附系统得到灵感，研制出仿生吸附吸附的金属表面粗糙度依赖相对较小等．但同时，足垫及仿生爬壁机构．因此，最近几年，动物爬壁吸它们的缺点限制了其应用领域及工作空间，负压式附机理吸引了大量国内外研究者的关注．Autumn等机器人实现相对容易，但不能在真空环境卜吸附于对壁虎刚毛形态、