200710056722.9 说明 书 第1/2页 仿生机器爬虫 一、技术领域 本发明属于一种仿生机器人，特别涉及一种仿生机器爬虫。 二、技术背景 随着计算机科学、材料科学的发展，生物学与工程学相结合成为可能，并 产生了新兴的仿生机器人研究领域。近年来仿生学研究逐渐成为机器人研究中的 热点，各种仿生机器人层出不穷，如蛇型机器人，机械狗，2足、4足、6足步 行机器生物等等。利用先进的计算工具和运动控制控制方法，机器仿生学研究将 大大促进生物学研究，并进一步有利于人类真正认识自身。 但是所有国内外的研究均针对地面移动，目前尚无仿生机器爬虫的研究先 例。已知壁面移动机器人主要有轮式、框架式、步行式几种；吸附原理也主要采 用真空吸附、负压吸附、旋翼吸附等，这些方式均存在体积庞大的问题。 已知的生物爬虫的运动机理主要包括两种。一种是以蚯蚓为例，它的身体 由许多节组成，每一节都包含环状和纵向两种肌肉，纵向肌肉收缩，这一节变得 短而粗；环状肌肉收缩，这一节变得细而长。控制不同节的径向变形顺序即可实 现蠕动。蚯蚓的蠕动需要管壁对其节体膨胀提供挤压约束，所以它不大适合在平 面上运动。，另一种以丈量虫为例，在运动中它的首、尾分别起保持器的作用，它 们的足端在不同时段与地面发生吸附或脱离，而由中间节体的变形实现前进运 动。丈量虫的足端与地面的关系不是吸附就是浮空，不出现在摩擦中移动的矛盾 局面。显然这与吸盘的功能类似，即能回避壁面移动机器人既让吸盘吸附，又要 让它移动的本征矛盾。同时也有利于翻越障碍和改变运动方向。 三、发明内容 本发明的目的在于将壁面吸附机理与生物毛虫移动机理结合，解决壁面移动 机器人在面向小型化设计时遇到的共性问题。本发明提出的爬壁蠕虫仿照生物毛 虫的运动自由度、仿生运动学原理构建系统，机器人身体由若干节体构成，采用 全自动，被动吸盘吸附，多传感器融合，通过中枢模式发生器运动控制算法，协 调各个模块关节的运动控制关系，能够在水平、垂直、斜面等条件下的不同材质 壁面上自主爬行、越障、面面转换，并能够实现侧移、旋转、翻滚等仿生运动功 能。 本发明的目的是通过下述方案达到的：一种仿生机器爬虫，由头模块（1)， 躯千模块(2)组成，所述躯干模块由舵机（5)、小吸盘(6)及机壳(7)组成， 机壳（7)有两对向外延伸的耳片(8)，机壳前耳片有一对吸盘安装孔(10)，后 耳片有一对级联孔(9)，舵机(5)安装在机壳(7)前端，舵机的转动盘(3) 与级联孔(9)成90度分布。头、尾模块(1)由外壳（7)CCD摄像头(4)组 成，CCD摄像头(4)安装在机壳(7)的耳片（8)前端。仿生机器爬虫以躯千 为轴线由头模块与若干节躯干模块及尾部模块依次排列。各相邻模块之间沿爬虫 躯干轴线旋转90度联结而成。躯干模块中的舵机转动可实现机器爬虫的俯仰和 侧向摆动运动自由度。 仿生机器爬虫采用被动吸附实现与不同材质壁面的吸附保持。首先直接利 用躯干的旋转运动将小吸盘压于壁面上，使小吸盘(6)内空气压缩排空，然后 驱动该关节向上抬起实现扩大容积，从而使得吸盘内建立起一定的真空度。为了 保持吸附的可靠性，控制该模块不断以低频、小幅振动，实现吸盘内容积的不断 变化，补给真空泄漏损失，收到雏持真空的效果。反之，抬起吸盘时，停止振动， 由于泄漏损失，吸盘内真空消失，然后驱动躯干模块提起该吸盘。 由于仿生机器爬虫具有N个关节自由度，以生物学研究中的中枢模式发生 器Central Pattern Generators(CPGs)模型为核心，建立机器人控制算法， 2