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圖25 斯坦福大學(xué)仿生腳［34-37］

Fig.25 Bird-inspired perching landing gear of Stanford University［34-37］

圖26 佛羅里達(dá)州立大學(xué)工程學(xué)院仿生針刺機(jī)構(gòu)［38］

Fig.26 Bionic dart perching mechanism of Florida State University College of Engineering［38］

圖27 舍布魯克大學(xué)機(jī)械抓扣機(jī)構(gòu)［39-40］

Fig.27 Mechanical grasping mechanism of University of Sherbrooke［39-40］

斯坦福大學(xué)仿生學(xué)和靈巧操作試驗(yàn)室Pope等［41-42］設(shè)計(jì)了一款可飛行、在壁面棲息、爬行、再次起飛的四旋翼無(wú)人機(jī)，結(jié)構(gòu)如圖28 所示［41-42］，該無(wú)人機(jī)具備從爬行失敗中恢復(fù)及通過(guò)應(yīng)用空氣動(dòng)力增加可用立足點(diǎn)密度的能力。倫敦帝國(guó)學(xué)院Zhang 等［43］提出了一種帶有可發(fā)射張力錨機(jī)構(gòu)的多旋翼無(wú)人機(jī)，結(jié)構(gòu)如圖29 所示［43］，張力錨通過(guò)錨定在壁面上使無(wú)人機(jī)棲息，試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了該設(shè)計(jì)的有效性以及在大風(fēng)環(huán)境下的穩(wěn)定能力。倫敦帝國(guó)理工學(xué)院空中機(jī)器人試驗(yàn)室Nguyen 等［44］提出了一種被動(dòng)自適應(yīng)棲息機(jī)構(gòu)，可使無(wú)人機(jī)穩(wěn)定地附著在包括樹(shù)枝和管道在內(nèi)的各種表面上，結(jié)構(gòu)如圖30 所示［44］，結(jié)果表明該機(jī)構(gòu)能提供可靠的牽引力和非常高的負(fù)載能力并能正常釋放。加州理工學(xué)院噴氣推進(jìn)試驗(yàn)室Backus 等［45］設(shè)計(jì)了一款帶有微棘爪的多旋翼無(wú)人機(jī)，結(jié)構(gòu)如圖31 所示［45］，該機(jī)構(gòu)可使無(wú)人機(jī)在粗糙的傾斜或垂直表面棲息，且在自重100 g 的情況下可抓取超過(guò)10 N 的載荷。

圖28 斯坦福大學(xué)仿生學(xué)和靈巧操作試驗(yàn)室仿生腳［41-42］

Fig.28 Bionic feet of Department of Mechanical Engineering，Stanford University ［41-42］

圖29 倫敦帝國(guó)學(xué)院仿生針刺機(jī)構(gòu)［43］

Fig.29 Bionic dart perching mechanism of Imperial College London［43］

圖30 倫敦帝國(guó)學(xué)院空中機(jī)器人試驗(yàn)室機(jī)械抓扣機(jī)構(gòu)［44］

Fig.30 Mechanical grasping mechanism of Aerial Robotics Laboratory，Imperial College London［44］

圖31 加州理工學(xué)院噴氣推進(jìn)試驗(yàn)室機(jī)械抓扣機(jī)構(gòu)［45］

Fig.31 Mechanical grasping mechanism of Jet Propulsion Laboratory，California Institute of Technology［45］

2. 4 負(fù)壓吸盤(pán)式棲息機(jī)構(gòu)

負(fù)壓吸盤(pán)式棲息利用吸盤(pán)和棲息物體之間產(chǎn)生的負(fù)壓吸附力，使無(wú)人機(jī)棲息到目標(biāo)物體。南京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系Liu 等［46］提出了一種用于飛行和吸附棲息無(wú)人機(jī)的阻抗控制方法，試驗(yàn)結(jié)果表明該控制方法搭配設(shè)計(jì)的吸盤(pán)結(jié)構(gòu)能使無(wú)人機(jī)實(shí)現(xiàn)與壁面的平穩(wěn)吸附接觸和棲息，結(jié)構(gòu)如圖32 所示［46］。特溫特大學(xué)Wopereis 等［47］設(shè)計(jì)了一種基于被動(dòng)真空杯技術(shù)吸收空中撞擊的機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)如圖33 所示［47］，試驗(yàn)結(jié)果表明無(wú)人機(jī)可借助該機(jī)構(gòu)在環(huán)境中實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定棲息、解除棲息和可靠起飛。日本高級(jí)科學(xué)技術(shù)研究所信息科學(xué)學(xué)院Huang 等［48］提出了一種可使無(wú)人機(jī)棲息在任務(wù)形狀表面上的機(jī)構(gòu)，如圖34 所示［48］，該機(jī)構(gòu)由2 個(gè)旋轉(zhuǎn)臂和4 個(gè)真空吸盤(pán)組成，且其設(shè)計(jì)目標(biāo)是重量輕、模塊化、可擴(kuò)展、自平衡，因此可裝配到多種無(wú)人機(jī)上。

圖32 南京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系負(fù)壓吸盤(pán)［46］

Fig.32 Vacuum cup of Department of Computer Science and Technology，Nanjing University of Science and Technology［46］

圖33 特溫特大學(xué)負(fù)壓吸盤(pán)［47］

Fig.33 Vacuum cup of University of Twente［47］

圖34 日本高級(jí)科學(xué)技術(shù)研究所信息科學(xué)學(xué)院負(fù)壓吸盤(pán)［48］

Fig.34 Vacuum cup of School of Information Science，Japan Advanced Institute of Science and Technology［48］

上海交通大學(xué)機(jī)械與工程學(xué)院Liu 等［49-50］提出了一種用于空中抓取和棲息的內(nèi)外雙硬度真空杯設(shè)計(jì)［49-50］，結(jié)構(gòu)如圖35 所示，試驗(yàn)結(jié)果表明內(nèi)外雙硬度真空杯吸盤(pán)設(shè)計(jì)要優(yōu)于傳統(tǒng)吸盤(pán)，且在抓取和棲息時(shí)所需的接觸壓力顯著降低。東京工業(yè)大學(xué)系統(tǒng)與控制工程系Tsukagoshi 等［51］提出了一種新的混合式吸盤(pán)結(jié)構(gòu)，利用粘性粘膠的粘附力和負(fù)壓吸力來(lái)使無(wú)人機(jī)棲息，結(jié)構(gòu)如圖36 所示［51］，試驗(yàn)表明帶有該機(jī)構(gòu)的無(wú)人機(jī)可棲息到混凝土墻和天花板上并解除棲息復(fù)飛。