近日,，輪機(jī)工程學(xué)院徐敏義團(tuán)隊(duì)在《Nano Research》上發(fā)表最新研究論文"Highly adaptive triboelectric tactile sensor on the foot of autonomous wall-climbing robots for detecting the adhesion state and avoiding the hazard"。這項(xiàng)工作提出了一種高適應(yīng)性摩擦電觸覺傳感器,，用于檢測腿足式磁吸附爬墻機(jī)器人的磁吸附狀態(tài),，提高機(jī)器人自主爬行的避障能力和安全性。
目前,，腿足式磁吸附爬壁機(jī)器人因其高靈活性而成為船體檢測的重要工具,。然而，由于船舶的鐵磁性金屬外板通常具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu),，包括各種腐蝕點(diǎn),，裂紋和焊縫，機(jī)器人在攀爬過程中存在脫落的風(fēng)險(xiǎn),。因此,，確保腿足式磁吸附機(jī)器人能夠穩(wěn)定的吸附在鐵磁性壁面上，并在足部電磁鐵與壁面之間建立有效的接觸,，對于腿足式爬壁機(jī)器人的穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)至關(guān)重要,。為了解決這一問題，迫切需要開發(fā)一種傳感器來監(jiān)測機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過程中足部的磁吸附狀態(tài),。
徐敏義教授團(tuán)隊(duì)針對腿足式磁吸附爬壁機(jī)器人無法感知磁吸附狀態(tài)的問題,，提出了一種用于腿足式爬壁機(jī)器人的足部觸覺傳感器，采用3D打印外殼,、觸覺滑塊和三個(gè)等距傳感單元組成的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了既不影響機(jī)器人足部的正常吸附,，又能夠感知機(jī)器人足部的磁吸附狀態(tài)。本文開展了觸覺傳感器在觸覺滑塊不同的滑動(dòng)頻率和滑動(dòng)深度情況下的性能實(shí)驗(yàn),，實(shí)驗(yàn)表明觸覺傳感器能夠監(jiān)測觸覺滑塊的滑動(dòng)深度并控制LED信號(hào)燈,。此外，在監(jiān)測機(jī)器人足部吸附狀態(tài)的演示實(shí)驗(yàn)中,，摩擦電觸覺傳感器對各種鐵磁壁面具有較強(qiáng)的適應(yīng)性,，并建立了機(jī)器人步態(tài)控制系統(tǒng)，驗(yàn)證了摩擦電觸覺傳感器的反饋控制能力,。結(jié)果表明,，安裝了摩擦電觸覺傳感器的機(jī)器人能夠識(shí)別爬行壁上的危險(xiǎn)區(qū)域并自主規(guī)避危險(xiǎn)。
最后,，將摩擦電觸覺傳感器安裝于四足磁吸附爬壁機(jī)器人足部,，當(dāng)機(jī)器人踩踏到鋼板上模擬的焊接接縫和腐蝕性凸點(diǎn)時(shí),，機(jī)器人通過觸覺傳感器感知到的異常信號(hào)能夠自動(dòng)的更換步態(tài)，從而避免因機(jī)器人足部無法形成穩(wěn)定磁吸附導(dǎo)致的整機(jī)脫落的風(fēng)險(xiǎn),；同時(shí),，在機(jī)器人踏空后，機(jī)器人也能夠感知到異常信號(hào)并自主避險(xiǎn),。本文的研究成果提供了一種具有應(yīng)用前景的用于腿足式磁吸附爬壁機(jī)器人足部吸附狀態(tài)監(jiān)測的觸覺傳感器,，機(jī)器人通過識(shí)別傳感器的異常信號(hào)進(jìn)行自主避險(xiǎn)，對于腿足式磁吸附爬壁機(jī)器人穩(wěn)定的自主爬行在復(fù)雜鐵磁性壁面上具有重要意義,。
Nano Research重點(diǎn)關(guān)注納米材料科學(xué)的基本研究和實(shí)際應(yīng)用,，由清華大學(xué)和中國化學(xué)會(huì)主辦，是由清華大學(xué)出版社和Springer聯(lián)合出版的一本跨學(xué)科國際學(xué)術(shù)期刊,。論文的共同第一作者為大連海事大學(xué)輪機(jī)工程學(xué)院2021級(jí)碩士研究生王昭洋,、2023級(jí)博士研究生劉建華和2020級(jí)碩士研究生王梓聿，論文的通訊作者為北京大學(xué)工學(xué)院博士后徐鵬和大連海事大學(xué)輪機(jī)工程學(xué)院徐敏義教授,。
原文鏈接：https://doi.org/10.1007/s12274-024-6537-1
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