绳控转向仿蠕虫爬行机器人装置制造方法及图纸

绳控转向仿蠕虫爬行机器人装置，属于移动机器人领域，包括n个伸缩单元、尾部单元、n个关节轴、第一簧件、第二簧件、左腱绳组件和右腱绳组件；所述伸缩单元包括主机架、副机架、第一驱动器、第一传动机构和足部组件，所述尾部单元包括足部组件和主机架，所述足部组件包括第二驱动器、第二传动机构和吸附单元。该装置实现了仿蚯蚓蠕虫的爬行运动。利用主动吸附来实现主机架与工作壁面的可靠连接，利用伸缩组件来达到单元之间的伸缩运动；能够实现了欠驱动的左右转向，控制容易，可以在工作平面上灵活可控的二维曲线运动，攀爬稳定可靠，负载能力强，可扩展性好，适用于墙面移动机器人。

Rope controlled turning worm like crawling robot

The rope controlled steering worm like crawling robot device belongs to the field of mobile robots, including n expansion units, tail units, n joint shafts, the first spring piece, the second spring piece, the left tendon rope component and the right tendon rope component; the expansion unit includes a main frame, a sub frame, a first driver, a first transmission mechanism and a foot component, and the tail unit includes a foot component and a main frame The foot assembly includes a second driver, a second transmission mechanism and an adsorption unit. The device realizes the creeping motion of the worm. Active adsorption is used to realize the reliable connection between the main frame and the working wall, and expansion components are used to achieve the expansion movement between the units; under driven left and right steering is realized, which is easy to control, flexible and controllable two-dimensional curvilinear movement on the working plane, with stable and reliable climbing, strong load capacity and good scalability, which is suitable for the wall mobile robot.

【技术实现步骤摘要】
绳控转向仿蠕虫爬行机器人装置
本专利技术属于移动机器人领域，特别涉及一种绳控转向仿蠕虫爬行机器人装置的结构设计。
技术介绍
近年来，仿生运动原理被逐渐应用于各类移动机器人的设计中。在自然界的各种生物运动方式中，蠕虫运动是一种灵活、高效的方式。有一种以蚯蚓为代表的蠕虫运动，其身体中段可以沿轴线方向伸长或缩短，此时局部身体的前后两端中任意一端通过刚毛与地面固定，另一端脱离地面并向前运动。因此，凭借此运动方式，蚯蚓依靠简单的身体构造就能够在土壤的复杂空间环境中灵活运动。除了结构简单、控制难度低等优点外，由于蚯蚓在爬行过程中身体无需弯曲或拱起，其垂直于运动方向的横截面积变化量小，蚯蚓的运动方式还具有空间占用量小的优点。因此，这种仿生运动原理被大量应用在了爬行机器人领域。已有的一种模块化可重构蠕虫式爬壁机器人(专利CN101537619B)，采用多个结构相同的吸附关节相接而成。该机器人的相邻两个吸附关节为正交连接，在前行方向上，通过多个吸附关节协调动作使各自的吸盘与工作平面接触或分离，从而实现前进和转向。其不足之处在于：该机器人结构复杂，电机驱动的主动关节多，运动时控制难度大，整个机器人自重大，负载能力弱。已有的一种滑轨导向吸盘伸缩仿蠕虫爬壁机器人装置(专利CN109176468A)，包括多个吸附单元、多个伸缩连杆组件、导轴、滑块、电动气泵、电磁阀和控制器等。该装置能够吸附在垂直壁面上，实现前进与后退的仿蠕虫爬壁运动。其不足之处在于：该装置仅能实现直线爬行，无法左右转向，难以完成在壁面上的二维曲线运动，没有避障能力。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服已有技术的不足之处，提出一种绳控转向仿蠕虫爬行机器人装置。该装置具有多节，可以实现仿蠕虫爬行，同时还能够实现向左或向右的转向，爬行稳定可靠，负载能力强，控制容易。本专利技术的技术方案如下：本专利技术设计的绳控转向仿蠕虫爬行机器人装置，其特征在于：包括n个伸缩单元、尾部单元、n个关节轴、第一簧件、第二簧件、左腱绳组件和右腱绳组件；所述伸缩单元包括主机架、副机架、第一驱动器、第一传动机构和足部组件；所述副机架滑动镶嵌在主机架上；所述第一驱动器与主机架固接，所述第一驱动器的输出端与第一传动机构的输入端相连，所述第一传动机构的输出端与副机架相连；副机架相对于主机架的滑动方向与该绳控转向仿蠕虫爬行机器人装置的工作平面平行；所述尾部单元包括足部组件和主机架；所述足部组件包括第二驱动器、第二传动机构和吸附单元；所述第二驱动器与相应的主机架固接，第二驱动器的输出端与第二传动机构的输入端相连，第二传动机构的输出端与吸附单元相连；在第二驱动器的作用下，所述吸附单元的作用面与该绳控转向仿蠕虫爬行机器人装置的工作平面相接触或分离；所述吸附单元为负压吸盘方式、电磁铁方式或这两种方式的组合；所述关节轴的中心线相互平行，所述关节轴的中心线均垂直于该绳控转向仿蠕虫爬行机器人装置的工作平面，第i个关节轴套设在第i个伸缩单元中的副机架中，所述第i+1个伸缩单元中的主机架套接在第i个关节轴上；第n个关节轴套设在第n个伸缩单元中的副机架中，所述尾部单元的主机架套接在第n个关节轴上；所述第一簧件的两端分别连接第1个伸缩单元、第2个伸缩单元，所述第二簧件的两端分别连接第n个伸缩单元、尾部单元；所述左腱绳组件包括左腱绳、n+1个左穿绳圈、左转轴、左绕绳筒、左驱动器、左传动机构；所述左驱动器与尾部单元的主机架固接；所述左驱动器的输出端与左传动机构的输入端相连，所述左传动机构的输出端与左转轴相连，所述左转轴套设在尾部单元的主机架上，所述左绕绳筒套固在左转轴上；第j个左穿绳圈固接在第j个伸缩单元的主机架的左侧，第n+1个左穿绳圈固接在尾部单元的主机架的左侧；所述左腱绳的一端与第1个左穿绳圈固接，左腱绳依次穿过第2个左穿绳圈…第n+1个左穿绳圈，之后左腱绳缠绕在左绕绳筒上，左腱绳的另一端与左绕绳筒固接；所述右腱绳组件包括右腱绳、n+1个右穿绳圈、右转轴、右绕绳筒、右驱动器、右传动机构；所述右驱动器与尾部单元的主机架固接；所述右驱动器的输出端与右传动机构的输入端相连，所述右传动机构的输出端与右转轴相连，所述右转轴套设在尾部单元的主机架上，所述右绕绳筒套固在右转轴上；第j个右穿绳圈固接在第j个伸缩单元的主机架的右侧，第n+1个右穿绳圈固接在尾部单元的主机架的右侧；所述右腱绳的一端与第1个右穿绳圈固接，右腱绳依次穿过第2个右穿绳圈…第n+1个右穿绳圈，之后右腱绳缠绕在右绕绳筒上，右腱绳的另一端与右绕绳筒固接；所述左腱绳组件与右腱绳组件对称分布在该绳控转向仿蠕虫爬行机器人装置的左右两侧；所述伸缩单元与尾部单元呈串联布置；其中，n为大于2的自然数，i为1、2…n-1，j为1、2…n。本专利技术所述的绳控转向仿蠕虫爬行机器人装置，其特征在于：所述吸附单元采用负压吸盘方式；所述吸附单元包括吸盘、气源和导管；所述吸盘与相应的第二传动机构的输出端相连；在第二驱动器的作用下，所述吸盘与该绳控转向仿蠕虫爬行机器人装置的工作平面相接触或分离；所述气源通过导管与吸盘相连通，所述气源为可控开闭的负压气源。本专利技术所述的绳控转向仿蠕虫爬行机器人装置，其特征在于：所述第一驱动器采用气缸，气缸包括缸体与活塞，所述缸体与相应的主机架固接，所述活塞与相应的副机架固接。本专利技术所述的绳控转向仿蠕虫爬行机器人装置，其特征在于：所述第二驱动器采用气缸，气缸包括缸体与活塞，所述缸体与相应的主机架固接，所述活塞与相应的第二传动机构的输入端相连。本专利技术所述的绳控转向仿蠕虫爬行机器人装置，其特征在于：所述第一驱动器采用电机。本专利技术所述的绳控转向仿蠕虫爬行机器人装置，其特征在于：所述第二驱动器采用电机。本专利技术所述的绳控转向仿蠕虫爬行机器人装置，其特征在于：所述足部组件还包括滑轨和滑台，所述滑台滑动镶嵌在滑轨上，所述滑轨固接在相应的主机架上，所述滑台在滑轨上的滑动方向与该绳控转向仿蠕虫爬行机器人装置的工作平面垂直；所述第二传动机构包括第一连杆、第二连杆、第一轴和第二轴；所述第一连杆套固在第二驱动器的输出轴上，第一连杆与第二连杆通过第一轴铰接，所述第二连杆通过第二轴与滑台铰接，第一轴与第二轴的中心线平行，所述第一轴的中心线平行于该绳控转向仿蠕虫爬行机器人装置的工作平面；所述第二驱动器的输出轴、第一连杆、第一轴、第二连杆、第二轴、滑台和滑轨组成曲柄滑块机构；所述滑台与吸附单元相连。本专利技术与现有技术相比，具有以下优点和突出性效果：该装置采用伸缩单元、尾部单元、关节轴、簧件、腱绳组件等综合实现了可转向的仿蚯蚓蠕虫爬行运动。该装置中，利用主动吸附实现主机架与工作壁面的可靠连接，利用伸缩组件达到单元之间的伸缩运动；利用驱动器、腱绳和弹簧实现左右转向，转向运动为欠驱动，控制容易。该装置可以实现在工作平面上的二维曲线运动；由于每次动作仅需移动一个单元，与工作平面接触面积大，攀爬稳定可靠，负载能力强，可扩展性好，适用于壁面移动机器人。附图说明图1是本专利技术设计的绳控转向仿蠕虫爬行机器人装置的一种实施例右转弯时的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种绳控转向仿蠕虫爬行机器人装置，其特征在于：包括n个伸缩单元、尾部单元、n个关节轴、第一簧件、第二簧件、左腱绳组件和右腱绳组件；所述伸缩单元包括主机架、副机架、第一驱动器、第一传动机构和足部组件；所述副机架滑动镶嵌在主机架上；所述第一驱动器与主机架固接，所述第一驱动器的输出端与第一传动机构的输入端相连，所述第一传动机构的输出端与副机架相连；副机架相对于主机架的滑动方向与该绳控转向仿蠕虫爬行机器人装置的工作平面平行；所述尾部单元包括足部组件和主机架；所述足部组件包括第二驱动器、第二传动机构和吸附单元；所述第二驱动器与相应的主机架固接，第二驱动器的输出端与第二传动机构的输入端相连，第二传动机构的输出端与吸附单元相连；在第二驱动器的作用下，所述吸附单元的作用面与该绳控转向仿蠕虫爬行机器人装置的工作平面相接触或分离；所述吸附单元为负压吸盘方式、电磁铁方式或这两种方式的组合；所述关节轴的中心线相互平行，所述关节轴的中心线均垂直于该绳控转向仿蠕虫爬行机器人装置的工作平面，第i个关节轴套设在第i个伸缩单元中的副机架中，所述第i+1个伸缩单元中的主机架套接在第i个关节轴上；第n个关节轴套设在第n个伸缩单元中的副机架中，所述尾部单元的主机架套接在第n个关节轴上；所述第一簧件的两端分别连接第1个伸缩单元、第2个伸缩单元，所述第二簧件的两端分别连接第n个伸缩单元、尾部单元；所述左腱绳组件包括左腱绳、n+1个左穿绳圈、左转轴、左绕绳筒、左驱动器、左传动机构；所述左驱动器与尾部单元的主机架固接；所述左驱动器的输出端与左传动机构的输入端相连，所述左传动机构的输出端与左转轴相连，所述左转轴套设在尾部单元的主机架上，所述左绕绳筒套固在左转轴上；第j个左穿绳圈固接在第j个伸缩单元的主机架的左侧，第n+1个左穿绳圈固接在尾部单元的主机架的左侧；所述左腱绳的一端与第1个左穿绳圈固接，左腱绳依次穿过第2个左穿绳圈…第n+1个左穿绳圈，之后左腱绳缠绕在左绕绳筒上，左腱绳的另一端与左绕绳筒固接；所述右腱绳组件包括右腱绳、n+1个右穿绳圈、右转轴、右绕绳筒、右驱动器、右传动机构；所述右驱动器与尾部单元的主机架固接；所述右驱动器的输出端与右传动机构的输入端相连，所述右传动机构的输出端与右转轴相连，所述右转轴套设在尾部单元的主机架上，所述右绕绳筒套固在右转轴上；第j个右穿绳圈固接在第j个伸缩单元的主机架的右侧，第n+1个右穿绳圈固接在尾部单元的主机架的右侧；所述右腱绳的一端与第1个右穿绳圈固接，右腱绳依次穿过第2个右穿绳圈…第n+1个右穿绳圈，之后右腱绳缠绕在右绕绳筒上，右腱绳的另一端与右绕绳筒固接；所述左腱绳组件与右腱绳组件对称分布在该绳控转向仿蠕虫爬行机器人装置的左右两侧；所述伸缩单元与尾部单元呈串联布置；其中，n为大于2的自然数，i为1、2…n-1，j为1、2…n。/n...

【技术特征摘要】
1.一种绳控转向仿蠕虫爬行机器人装置，其特征在于：包括n个伸缩单元、尾部单元、n个关节轴、第一簧件、第二簧件、左腱绳组件和右腱绳组件；所述伸缩单元包括主机架、副机架、第一驱动器、第一传动机构和足部组件；所述副机架滑动镶嵌在主机架上；所述第一驱动器与主机架固接，所述第一驱动器的输出端与第一传动机构的输入端相连，所述第一传动机构的输出端与副机架相连；副机架相对于主机架的滑动方向与该绳控转向仿蠕虫爬行机器人装置的工作平面平行；所述尾部单元包括足部组件和主机架；所述足部组件包括第二驱动器、第二传动机构和吸附单元；所述第二驱动器与相应的主机架固接，第二驱动器的输出端与第二传动机构的输入端相连，第二传动机构的输出端与吸附单元相连；在第二驱动器的作用下，所述吸附单元的作用面与该绳控转向仿蠕虫爬行机器人装置的工作平面相接触或分离；所述吸附单元为负压吸盘方式、电磁铁方式或这两种方式的组合；所述关节轴的中心线相互平行，所述关节轴的中心线均垂直于该绳控转向仿蠕虫爬行机器人装置的工作平面，第i个关节轴套设在第i个伸缩单元中的副机架中，所述第i+1个伸缩单元中的主机架套接在第i个关节轴上；第n个关节轴套设在第n个伸缩单元中的副机架中，所述尾部单元的主机架套接在第n个关节轴上；所述第一簧件的两端分别连接第1个伸缩单元、第2个伸缩单元，所述第二簧件的两端分别连接第n个伸缩单元、尾部单元；所述左腱绳组件包括左腱绳、n+1个左穿绳圈、左转轴、左绕绳筒、左驱动器、左传动机构；所述左驱动器与尾部单元的主机架固接；所述左驱动器的输出端与左传动机构的输入端相连，所述左传动机构的输出端与左转轴相连，所述左转轴套设在尾部单元的主机架上，所述左绕绳筒套固在左转轴上；第j个左穿绳圈固接在第j个伸缩单元的主机架的左侧，第n+1个左穿绳圈固接在尾部单元的主机架的左侧；所述左腱绳的一端与第1个左穿绳圈固接，左腱绳依次穿过第2个左穿绳圈…第n+1个左穿绳圈，之后左腱绳缠绕在左绕绳筒上，左腱绳的另一端与左绕绳筒固接；所述右腱绳组件包括右腱绳、n+1个右穿绳圈、右转轴、右绕绳筒、右驱动器、右传动机构；所述右驱动器与尾部单元的主机架固接；所述右驱动器的输出端与右传动机构的输入端相连，所述右传动机构的输出端与右转轴相连，所述右转轴套设在尾部单元的主机架上，所述右绕绳筒套固在右转轴上；第j个右穿绳圈固接...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨文昊，张文增，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11