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圖7 約翰?霍普金斯大學機械抓扣機構［12］
Fig.7 Mechanical grasping mechanism of Johns Hopkins University［12］
圖8 耶魯大學的模塊化起落架機構［13］
Fig.8 Modularized landing gears mechanism of Yale University ［13］
圖9 科羅拉多州立大學機械抓扣機構［14］
Fig.9 Mechanical grasping mechanism of Colorado State University［14］
圖10 科羅拉多州立大學新型新穩態機械抓扣機構［15］
Fig.10 A new steady state mechanical grasping mechanism of Colorado State University［15］
悉尼大學Yu 等［16］提出一種具有2 個自由度的柔性機械抓取機構，可模仿鳥類的抓取和棲息，結構如圖11 所示［16］。抓取機構的對稱構形使得在抓取和棲息過程中，重心移動較小、對平臺角動量的擾動較小，試驗結果表明該機械抓取機構具有棲息和抓取能力。猶他大學Kitchen 等［17］研究了一種雙鉤固定裝置，該裝置通過2 個欠驅動鉗口機械爪抓取并棲息到電力電纜，將電纜與充電線圈對齊，從電纜的電磁場中獲取能量，結構如圖12 所示［17］。阿卜杜勒?拉赫曼?新月會科學技術研究所Magesh 等［18］提出了一種基于形狀記憶聚合物的伸縮式起落架用于無人機的棲息，并對棲息性能進行了測試，結果表明使用拉伸式卡爪可達到的最小拉力與普通卡爪相差了27.6%。這種新穎設計確保了曲率的最大期望變形，與普通夾持器相比差異為35.8%，結構如圖13 所示［18］。
圖11 悉尼大學的柔性機械抓取機構［16］
Fig.11 Compliant mechanical grasping mechanism of University of Sydney［16］
圖12 猶他大學機械抓扣機構［17］
Fig.12 Mechanical grasping mechanism of University of Utah［17］
圖13 阿卜杜勒?拉赫曼?新月會科學技術研究所機械抓取機構［18］
Fig.13 Mechanical grasping mechanism of Abdur Rahman Crescent Institute of Science and Technology［18］
洛桑聯邦理工學院智能系統試驗室Kova?等［19］提出了一種固定翼無人機棲息機構，該機構可使無人機棲息在天然和人造材料的墻壁上，并在各種基材上進行了110 次連續棲息，成功率100%，機構如圖14 所示［19］。洛桑聯邦理工學院工程學院Stewart 等［20］提出了一種用于固定翼無人機被動棲息的儲能機構，包含能量回收的存儲機構和用于棲息在水平桿上的爪子。試驗驗證了爪子在棲息期間重新獲得5%的動能，同時表明該裝置可在較寬的偏航角度范圍內成功停靠，并實現了以7.4 m/s 的速度進行棲息，結構如圖15 所示［20］。耶魯大學工程與應用科學學院Backus 等［21］提出了一種可用于直升機的機械抓取機構，研究了設計和抓取參數如肌腱路線/滑輪比率等對完全驅動和欠驅動設計性能的影響。結果表明完全驅動設計對棲息應用效果更好，增加機構的寬度可改善棲息和抓取性能，結構如圖16 所示［21］。
圖14 洛桑聯邦理工學院智能系統試驗室棲息機構［19］
Fig.14 Perching mechanism of Laboratory of Intelligent Systems，Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne［19］
圖15 洛桑聯邦理工學院工程學院機械抓扣機構［20］
Fig.15 Mechanical grasping mechanism of School of Engineering， école Polytechnique Fédérale de Lausanne［20］
圖16 耶魯大學工程與應用科學學院機械抓扣機構［21］
Fig.16 Mechanical grasping mechanism of School of Engineering and Applied Science，Yale University［21］
2. 2 仿生機械抓扣式棲息機構
隨著仿生學的發展，衍生出了仿生機械抓扣式棲息。人們通過觀察鳥類的棲息，學習鳥類在各種復雜物體表面上的棲息活動，進行仿生機械設計。曼徹斯特大學Nagendran 等［22］首次提出了一種基于生物靈感的腿部著陸系統概念，利用機械桿件和彈簧阻尼器實現對鳥腿的仿生設計，進而實現無人機棲息著陸的功能，如圖17 所示［22］。南洋理工大學機械與航空工程學院的Chi等［23］更系統地從鳥類棲息中獲得靈感，進一步提出一種仿生自適應棲息機構的設計，結構如圖18所示［23］，并將無人機的棲息序列概括為3 個階段，預棲、棲息和去棲息，結果表明該棲息機構適用于大范圍的棲息角度和直徑目標。猶他大學的Doyle 等［24］提出了一種可被動棲息的仿生機械結構，如圖19 所示［24］，整個機構由欠驅動的抓取腳和折疊的腿組成，借助無人機的重量轉化為肌腱張力進而驅動腳來完成無人機棲息，結果表明無人機可被動地在多種表面棲息。新墨西哥州立大學的Xie 等［25］提出了一種由繩索驅動的腿部機構和繩索驅動的欠驅動的腳部組成的仿生機械抓取機構，如圖20 所示［25］，并建立了腳趾執行力與各指骨接觸力之間的關系模型，結果表明該設計對無人機仿生棲息技術具有基礎性的貢獻。
