爪刺式飞行爬壁机器人的仿生机理与系统设计

作     者：毛晨曦 沈煜年 MAO Chenxi;SHEN Yunian

作者机构：南京理工大学理学院力学与工程科学系江苏南京210094 

出 版 物：《机器人》 (Robot)

年 卷 期：2021年第43卷第2期

页      面：246-256页

核心收录：

学科分类：080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 0804[工学-仪器科学与技术] 0802[工学-机械工程] 

基　　金：中央军科委国防科技创新特区项目 国家自然科学基金面上项目(11572157) 中央高校基本科研业务费专项资金(30920021149) 

主　　题：飞行爬壁机器人 仿生控制 爪刺 碰撞 着陆 

摘      要：在深入分析自然界生物在含粉尘非结构化表面上着陆栖息和爬行仿生原理的基础上,建立了爪刺式飞行爬壁机器人的爬行动力学模型和接触―碰撞动力学模型,研究了爬壁系统的爬行动力学和机器人整机的接触―碰撞动力学行为.利用柔性碳纤维杆和柔性绳组合机构以及爪刺机构,实现爪刺对壁面的自适应抓附与脱离.完成了具有飞行和壁面爬行能力的爪刺式飞行爬壁机器人的优化设计,并开展了整机着陆栖息和爬行的实验.通过与计算结果的比较,验证了动力学模型的正确性和仿生设计的可行性.研究得到了理想爬行步态所需要的舵机驱动力曲线,且发现当尼龙绳预紧力为0.75 N时,对爬行过程中的抖振现象的减缓效果最佳.同时,还深入分析了着陆初速度、能量转换以及舵机升力对着陆栖息的影响,结果表明当着陆碰撞前速度约为0.9 m/s、俯仰角约为-10°时,机器人能正常着陆在粗糙壁面上,并且碳纤维杆的能量转换与升力的共同配合能扩大成功着陆所需的初始状态范围.