小型爬壁毛虫柔性构型及运动机理研究

项目针对目前爬壁机器人在小型化上难以兼顾灵活性与轻量化的问题，借鉴生物学研究成果，开展以毛虫为仿生对象的小型柔性仿生爬壁毛虫机器人研究。项目将综合分析毛虫机体构造、运动学模型、运动神经控制机理、体节伪弹性模型对固定约束下波动爬行步态的影响，建立柔性分布合理的毛虫体节物理学模型，据此研制模块化小型爬壁毛虫样机，开展基于柔性模块的仿生爬壁毛虫构型、运动机理和控制方法研究。.该研究将引申出一类以弹性势能和动能转换为主要能量转换形式的柔性仿生移动机器人，实现结构- - 步态- - 控制方法上的综合仿生，在爬壁机器人设计理论上具有创新性。

刚性仿生毛虫在爬行过程中，除了其首末端的起波和波释放过程外，波传递时其身体始终处于闭链状态时，冗余驱动和关节位置误差的存在和刚性杆较大的刚度，导致附着点处产生较大的侧滑力，从而影响附着的稳定性，降低爬行效率。为减小爬壁过程中的侧滑力，本项目建立了柔性杆侧滑力力学模型。通过对模型的研究，引入柔性关节，设计柔性驱动削弱侧滑力。并通过实验验证了其可行性。另一方面，为进一步降低机器人的爬壁能耗，本项目提出了微刺与壁面附着模型，讨论影响微刺附着稳定性的因素，进而设计了刚性微刺驱动机构。通过在柔软材质壁面和粗糙砂石壁面上的爬行实验，证明了该思路的可行性。