仿生柔性爪刺抓附力检测系统电路设计文献综述

1 引言

科学家根据生物体灵巧的运动结构和机敏的运动模式，创造出了很多高性能的仿生机器人，爬壁机器人就是其中的一种[^[1]]。传统的爬壁机器人主要采用负压吸附、永磁吸附和特殊黏合材料等方式，附着在光滑的竖直面上，如窗户和光滑内墙。大部分攀爬方式均不适宜在有气孔和灰尘较大的外墙面(如砖墙、粉饰灰泥墙、石墙)行走。负压式攀爬方式虽然可以在这种壁面行走，但这种结构无论在移动和静止的时候均需要提供相当大的电力支持，耗能较大。此外，不可避免地产生噪音，并很难适应(如窗户边缘和拐角处) 非平坦地形．另外，还有一类特殊机器人采用手、足抓附的仿人类攀爬的方式[^[2]]。

自然界中有很多生物，例如壁虎、苍蝇、蜘蛛、甲虫等，天生就具有飞檐走壁的能力，但人类在很长一段时间内没能弄清这些生物与壁面间是如何附着的。近年来，随着观测技术的发展提高，人们对生物附着机理有了较为深刻的认识[^[3]]。壁虎、苍蝇、蜘蛛等足部表面生长有大量的柔性刚毛，这些刚毛与壁面间的范德华力之和提供了它们在壁面上爬行的干性粘附力，东方绢金龟等昆虫使用其足跗节末端微细的爪刺结构，与粗糙壁面间通过静摩擦力作用，形成机械锁合结构，以此附着在墙壁表面，等等[^[4]]。这些生物精妙的附着结构为克服爬壁机器人存在的弊端提供了启发：通过模仿生物附着机理，完全有可能使爬壁机器人实现低能耗、高适应性的壁面攀爬。

2 霍尔传感器的应用

在这信息高速发展的时代，传感器检测系统的发展有两个及其重要的方向，分别为智能化与集成化。而传感器检测系统智能化和集成化的程度主要取决于系统内部微处理器的性能。当前国内外开发和研究的热点是具有数据处理能力，能够进行自动检测、自动校准、自动误差补偿、自动抽样、以及标度变换功能的智能压力传感器检测系统。传感器技术是现代测量和自动化技术的重要技术之一。

而柔性爪刺抓附力的感知与控制是目前仿生爪刺爬壁机器人领域的关键问题之一，决定了爬壁机器人是否能够准确获取抓附状态，实现自主稳定运动调控的重要环节。本课论文基于霍尔原理，设计爪刺抓附力测量方案，并进行检测电路设计。

3 国内外爬壁机器人的研究状况

国外研究状况