足式机器人脚的仿生结构设计.doc

足式机器人脚的仿生结构设计
卢松明1,2,郭策1*,戴振东1
(,江苏南京 210016;,江苏南京 210016)
摘要:本文基于蝗虫脚掌在与接触面间接触时能够实现稳定附着这一优异性能,并参照轮胎中轮辋与胎圈的结合技术,设计了一种新型的具有花瓣型结构的仿生机器人脚,为机器人脚的研制提供了一种新的思路。
关键字:蝗虫;机器人脚掌;仿生设计
The Bionic design of legged robot foot
LU Song-ming1,2,GUO Ce1*,DAI Zhen-dong1
(1. Academy of Frontier Science,Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, JS Nanjing 210016,China;2. College of Mechanical and Electrical Engineering, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, JS Nanjing 210016,China)
Abstract:A new kind of bionic robot foot with Petal-type structure was designed by imitating the structure of the locust’s pads, the connection of its two parts is similar to that of the rim and the bead in the vehicle tire. The work provides a new idea for the development of robot foot.
Key words:locust;robot foot;bionic design
0 引言
由于足式机器人对山地和多障碍地面等复杂的非结构环境具有良好的适应能力,因此它在航空航天、军事国防、山地搜救以及工农业生产等领域具有广泛的应用价值[1]。但目前现有的机器人脚结构在负载、对地面适应性和抓附力等方面存在不足,因此迫切需要研发高适应性的机器人脚。生物体在进化过程中已经形成与各自生活环境相适应的结构特性和材料特性,其演化过程中形成的简约结构为机器人脚结构设计提供了天然蓝本。如蝗虫脚掌为相对滑软的易变形材料,它能够在驱动过程中与接触面间产生较大变形,从而增加接触面积,增大摩擦力,实现与接触面的稳定附着[2]。本文即是以蝗虫脚掌为仿生对象,拟采用现代仿生学的观念,将蝗虫脚掌的精巧结构和材料特性用于机器人脚的结构设计和材料仿生,从而为机器人脚的研制提供创新理念,使机器人脚的适应能力向非结构化、未知的环境方向发展[3]。
1 蝗虫脚掌的结构特点及材料特性
蝗虫是群居型的短角蚱蜢,属于蝗科。它身体由多体节构成,分为头部、胸部和腹部,胸部由三节构成,前、中、后胸各生有一对足,分别为前足、中足和后足。胸足包括6个节段,分别为基节、转节、腿节、胫节、跗节和前跗节,如图1所示[4]。蝗虫后足发达,腿节粗大,胫节细长,适于跳跃,在跳跃过程中为蝗虫提供了较好的抓