基于SMA驱动的仿尺蠖钩爪式软体末端夹持器研究

李明军，曾 翔，谢荣臻，张逸鸿

(1.广东工业大学 机电工程学院，广东 广州 510006； 2.广东岭南职业技术学院 数控教研室，广东 广州 510663)

0 引言

自然界中很多生物都有类钩爪结构以实现在复杂环境中的攀爬。众多学者从这些生物的足部结构和运动机理中受到启发，设计了各种末端夹持装置。如：Pfeifer R团队研发的末端吸附材料[1]；广东工业大学管贻生教授团队研发的真空吸附装置[2]；清华大学研发的永磁吸附装置[3]，它只适合于光滑的壁面，在有灰尘和粗糙的环境中容易失效；Parness设计的钩爪末端夹持器LEMURⅡB[4]，用于太空土壤的采样工作，体积大，太笨重，不适合树木环境的攀爬，而且驱动装置过于庞大，能耗大；波士顿动力公司研发了一系列的仿生钩爪爬壁机器人[5]，其制造工艺复杂，成本高。针对存在的这些问题，本文研发了一种驱动简单有效、制造工艺精简、结构柔软紧凑的微型钩爪软体末端夹持器，将其与仿尺蠖软体驱动模块[6]结合，完成攀爬任务。

1 仿生设计

1.1 尺蠖钩爪结构运动机理

尺蠖钩爪结构如图1所示，尺蠖运动过程中是由其尾部的足提供支撑，通过肌肉收缩控制头部钩爪张合，能稳定附着于不同形状、尺寸、粗糙度的物体表面，并支撑其躯体实现运动。

尺蠖头部钩爪运动可以分为主动运动和被动运动。如图2和图3所示，闭合运动时，内侧肌肉1和2收缩，外侧肌肉3和4被拉长；而张开时，肌肉的收缩状态则相反。闭合产生的收缩力要比张开时产生的力大，才能保证附着的稳定性。……