期南京航空航天大学学报V o l 39N o1

第39卷第1期南　京　航　空　航　天　大　学　学　报Vol.39No.1

2007年2月　Feb.2007JournalofNanjingUniversityofAeronautics&Astronautics

正 零表面上自由运动的黄斑蝽三维接触力测试

吉爱红　颜化冰　沈　辉　戴振东

(南京航空航天大学高新技术研究院,南京,210016)

摘要:研究昆虫运动时其脚掌与接触面间的接触力学规律及其附着机制,可以为多足爬行机器人的设计提供理论依据。研制的微牛级应变式力传感器,用来测试昆虫无障碍运动时与接触面间的3维接触力。对黄斑蝽在地面和垂直壁面两种状态下爬行时与接触面的作用力进行测试,分析了力的作用机理。在垂直壁面状态下,昆虫向上爬行时将身体向上推进的同时,会产生防止身体倾覆的吸附力。关键词:昆虫;运动;接触力;传感器;测量

中图分类号:R318.01　　　文献标识码:A　　　文章编号:100522615(2007)0120080204

Three-DimensionalContactForceMeasuring

DuringErthesinaFulloLocomotingonPositive JiAihong,YanHuabing,SHui,aiZ(AcademyofFrontierScience,NanjingUn,Nanjing,210016,China)

Abstract:Bymeasuring2onforcesgeneratedbyinsectsonvarioussurfaces,theadhesiremdynamicscanbelearned.Thesedatacanhelpengineersimprove.Toexplainthedesignprincipleofthediverseleg,amicroforcetheperformrobots

sensorismadetomeasurethree2dimensionalcontactforcesgeneratedbyindividuallegsofthestinkbugErthesinafullowhenmovingonthelevelandverticalsurfaces.TheadhensiveforceofErthesinafulloismeasuredwhenwalkinguprightandclimbingvertically.Thelegsoftheinsectgeneratetheadhesiveforcetoavoidoverturningwhenclimbingvertically.

Keywords:insects;locomotion;adhesiveforce;sensor;measurement

引　　言

壁虎、蜘蛛和昆虫等微小动物具有在光滑或粗

糙的正、零和负表面(以地球外法线为正,对应地面、墙面和天花板)上自如运动的能力。爬壁机器人是特种机器人的重要分支,具有广泛而迫切的市场需求[1]。但目前的产品存在着附着性能受接触表面状态影响大、可靠性低等不足。生物爬行过程中与接触面间的附着机制,给人类很大启示[2]。Irschick等研究了大壁虎(Gekkogecko)靠两条前腿附着在垂直的有机玻璃面上时,前腿的脚掌与有机玻璃之

间的附着力[3]。Autumn等通过实验测定了大壁虎脚掌上单个刚毛的粘附力[426],认为壁虎在墙面和天花板上附着时,是基于vanderWaals力的力学机制。Gorb测定了苍蝇在天花板上运动时的接触力,表明切向力是法向力的4倍以上[7]。Full等研究了蟑螂、蚂蚁等在正、零表面上运动及其附着机理,测量了蚂蚁分别在正、零表面上运动时的附着力[829]。理解能够在光滑或粗糙的正、零和负表面上自如运动的动物的接触力学规律,为开展爬壁机器人设计提供创新性的工作原理和设计理念。本文研究黄斑蝽(Erthesinafullo)在正、

零表面上自由运

　基金项目:国家自然科学基金(60535020)重点资助项目。　收稿日期:2006204212;修订日期:2006209214

　作者简介:吉爱红,男,讲师,1973年2月生,E2mail:meeahji@nuaa.edu.cn。