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基于柔性力学原理的自适应爬壁机器人主要是将机器人的部分刚体机构换成柔性结构,当爬行表面曲率发生变化时,柔性材料形变产生柔性力,使机器人保持平衡稳定,从而以姿态变化实现对变曲率立面的自适应运动。葡萄牙加州大学国际研究中心Mahmoud Tavakoli等使用一种弹性体和ABS塑料组成柔性被动底盘,机器人能够在不需要驱动的情况下适应曲面,同时车轮使用全向轮,以最小自由度提供360°全向运动,运动更加灵活。该机器人利用柔性材料对曲率变化的灵活适应性比较高,但柔性材料变形方向不受控制,机器人稳定性不高。
本团队提出一种被动自适应变曲率立面爬壁机器人,该机器人主要由两个相对独立的被动自适应移动机构、双铰链结构、间隙式可越障永磁吸附装置、氮气弹簧辅助装置和平衡系统组成。两相对独立的被动自适应移动机构通过铰链连接固连在同一车体,加以氮气弹簧辅助装置以更好自适应曲率变化;平衡系统包括万向轮与间隙式可越障永磁体,为机器人提供足够法向吸附力,时刻保持机器人重心与爬行壁面之间的相对稳定。
机器人采用分体柔性自适应运动形式,即两相对独立的被动弯曲系统固连在同一车体以自适应曲率变化;采用间隙式永磁体吸附结构,用于解决作业完成后永磁体与壁面剥离较困难问题,且永磁体与运动系统集成一体用于被动弯曲和增强驱动力。该机器人克服了多体机器人结构体多、串联长度大、转弯半径大,运动不灵活以及采用柔性结构的自适应机器人整机不稳定等缺点,且机器人在曲面纵向运动与转弯运动中能灵活的自适应曲面变化,且无需调整永磁体高度就能始终保证机器人处于最佳吸附状态,在保证重心稳定和吸附稳定的情况下能够更好的自适应曲面变化。