一种柔性藤型机器人及其驱动方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种柔性藤型机器人及其驱动方法和应用。该柔性藤型机器人，包括外壳、电机、柔性筒膜、固定嘴、进气管、气源和转向装置。外壳的内腔封闭设置，且通过进气管与气源连接。带轴支承在外壳中，并由电机驱动旋转。柔性筒膜的内端固定在带轴上，且成卷绕置在带轴上。所述柔性筒膜的外端穿过固定嘴的中心孔，且柔性筒膜的外端边缘与固定嘴的嘴口边缘密封连接。转向装置包括n个条形气囊。n个条形气囊沿着未翻卷的柔性筒膜内侧面的周向依次排列。本发明专利技术具有较强的方向可控性，气泵通过多个电动阀可以分别控制各充气口内的气压，从而控制柔性筒膜向任意方向转向。控制柔性筒膜向任意方向转向。控制柔性筒膜向任意方向转向。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性藤型机器人及其驱动方法和应用


[0001]本专利技术属于软体机器人
，具体涉及一种柔性藤型机器人及其驱动方法和作为消防设备的应用。

技术介绍

[0002]在自然环境中，单细胞花粉管生长、微级菌丝生长、匍匐藤蔓生长以及某些蠕虫的喙伸长具有很强的地形通过能力，在各种机器人系统中也逐步借鉴这种尖端生长和尖端伸长技术，构成生长型机器人或藤型机器人。但是，现有技术中还缺乏能够任意控制弯曲，以及在尖端安装执行器的柔性藤型机器人

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种柔性藤型机器人，其通过气压驱动使柔性筒膜的尖端延伸，长度变化多，能够让柔性筒膜的尖端伸长到任意长度。
[0004]本专利技术一种柔性藤型机器人，包括外壳、电机、柔性筒膜、固定嘴、进气管、气源和转向装置。外壳的内腔封闭设置，且通过进气管与气源连接。带轴支承在外壳中，并由电机驱动旋转。柔性筒膜的内端固定在带轴上，且成卷绕置在带轴上。所述柔性筒膜的外端穿过固定嘴的中心孔，且柔性筒膜的外端边缘与固定嘴的嘴口边缘密封连接。
[0005]所述的转向装置包括n个条形气囊，n≥3。n个条形气囊沿着未翻卷的柔性筒膜内侧面的周向依次排列。各条形气囊均沿着柔性筒膜的长度方向布置。n个条形气囊的一侧边缘均与柔性筒膜内侧面固定。条形气囊充气后将沿径向膨胀，且沿轴向缩短。各条形气囊的充气口均靠近固定嘴设置。n根条形气囊内的气压能够独立控制。
[0006]作为优选，本专利技术一种柔性藤型机器人还包括前盖板和后盖板。外壳的前端与前盖板密封连接。外壳的后端与后盖板密封连接；后盖板的中部开设有进气孔，进气管与后盖板上的进气孔密封连接；前盖板的中部开设输出孔。固定嘴与前盖板的输出孔密封连接；所述的外壳主体呈圆筒状；外壳内安装有内安装座；内安装座沿外壳的轴向滑动连接；所述的内安装座的前端设置有环形固定圈；外壳前端设有环形固定槽，环形固定圈嵌入环形固定槽内；前盖板压紧环形固定圈。所述的电机固定在内安装座上；带轴的两端与内安装座的两侧转动连接；带轴与电机的输出轴通过带轮机构传动连接；
[0007]作为优选，所述的外壳的两端面设有环形密封槽；所述的环形密封槽内嵌有环形密封圈；前盖板和后盖板分别压紧外壳两端面；所述的环形密封圈的材料为橡胶。
[0008]作为优选，所述的外壳内设置有缩回装置。所述的缩回装置包括缩回支架和滚筒；缩回支架固定在外壳中。相互平行且间隔设置的两个滚筒均支承在缩回支架上。未向外翻卷的柔性筒膜从对称的滚筒之间穿过。
[0009]作为优选，所述的条形气囊为一串依次相连的气球，相邻两个气球的连接处无法膨胀。
[0010]作为优选，本专利技术一种柔性藤型机器人还包括头盖装置。所述的头盖装置安装柔
性筒膜喷出部分的尖端，能够随柔性筒膜的喷出和缩回，进行前进和后退。所述的头盖装置包括外盖组件和内芯组件。外盖组件设置在柔性筒膜的外侧。内芯组件设置在柔性筒膜的内侧。内芯组件的位置被限制在外盖组件内。所述的柔性筒膜从内芯组件的中心位置进入，并从外盖组件与内芯组件之间的间隙伸出。
[0011]作为优选，所述的外盖组件包括顶端头盖和尾端头盖。顶端头盖卡接在尾端头盖的头部。所述顶端头盖的内部中心位置固定有摄像头，顶端头盖的外部安装有机械夹手。所述的尾端头盖的尾部设置有多个向内倾斜的第一安装架。各第一安装架的尾端均支承有第一导向轮。各第一安装架的内侧均固定有第一磁铁；
[0012]所述的内芯组件包括第一内部盖、第二内部盖和第三内部盖。第一内部盖的尾端与第三内部盖的头端卡接。第一内部盖位于顶端头盖的内侧。第一内部盖的头端支承沿自身轴线的周向均布的多个转轮。第三内部盖位于尾端头盖的内侧。
[0013]所述第三内部盖的尾部设置有多个向内倾斜的第二安装架。各第二安装架的尾端均支承有第二导向轮。各第一安装架的外侧均固定有第二磁铁；各第一导向轮与各第二导向轮分别接触。各第一磁铁与各第二磁铁分别对齐并相互吸引。
[0014]作为优选，所述第二内部盖安装在第一内部盖和第三内部盖的内侧。第二内部盖的内侧安装有两个滚筒式电机。所述滚筒式电机的滚筒外侧安装有滚针轴承。所述的滚针轴承的端面通过径向棘轮与滚筒式电机的滚筒端面相连，径向棘轮在柔性筒膜向外伸出时自由转动，径向棘轮在柔性筒膜向内收卷时，卡紧滚筒，此时通过滚筒式电机驱动滚筒转动来收拢柔性筒膜。
[0015]该柔性藤型机器人的驱动方法如下：
[0016]当需要将柔性筒膜的尖端伸长时，向外壳内部加压，因外壳内部气压大于外壳外部气压，柔性筒膜被从固定嘴内压出，通过调节带轴的转速，控制柔性筒膜伸出或缩回的速度和幅度。当柔性筒膜的尖端需要转向时，与目标方向相同侧的一个条形气囊充气缩短，使得柔性筒膜的尖端目标方向弯曲。
[0017]一种柔性藤型机器人作为消防设备的应用；该柔性藤型机器人进行消防作业的过程如下：向外壳内充气的同时注入水，使得伸出的柔性筒膜中混有水；转向装置和电机驱动柔性筒膜的尖端向火源运动；当柔性筒膜的尖端到达火源处时，柔性筒膜的尖端受到火源灼烧而发生破损；柔性筒膜中的水从破损处喷出，进行灭火。
[0018]本专利技术具有的有益效果是：
[0019]1、本专利技术通过气压驱动使柔性筒膜的尖端延伸，长度变化多，能够让柔性筒膜的尖端伸长到任意长度。
[0020]2、本专利技术通过电机反转控制尖端在伸长后还能收缩，通过同步带轮可以精确控制尖端伸长的长度。
[0021]3、本专利技术具有较强的方向可控性，气泵通过多个电动阀可以分别控制各充气口内的气压，从而控制柔性筒膜向任意方向转向。。
[0022]4、本专利技术具有较好的延展性，柔性筒膜由于沿直径方向可压缩，故柔性筒膜能够进入缝隙，当固定嘴垂直向上时，柔性筒膜能够垂直爬升。
[0023]5、本专利技术的气泵在增大气压的过程中将柔性筒膜的尖端内注入水，可以用于灭火，当尖端通过着火点时，柔性筒膜的尖端接近火源的部位被烧穿，从而柔性筒膜的尖端被
烧穿的部位，喷出水气混合物将火源熄灭。
[0024]6、本专利技术具有较强的环境适应能力，3个第一导向轮和3个第二导向轮卡住柔性筒膜，使得头盖装置能够固定在柔性筒膜的顶端，第一磁铁与第二磁铁相互吸引，使头盖装置能稳定固定在柔性筒膜的顶端，有助于柔性筒膜稳定伸长和收缩；在气泵往柔性筒膜内部充气时，柔性筒膜自由伸长，摄像头拍摄柔性筒膜顶部的画面，供转向装置转向做参考，机械夹手能够夹住和释放物品，通过转向装置的协助还能够清理通道上的障碍物。
附图说明
[0025]图1为本专利技术的整体结构示意图；
[0026]图2为本专利技术的爆炸图；
[0027]图3为本专利技术的另一方向的爆炸图；
[0028]图4为本专利技术的柔性筒膜伸长过程示意图；
[0029]图5为本专利技术的缩回装置示意图；
[0030]图6a为本专利技术中的弯转装置在带动柔性筒膜弯曲的示意图；
[0031]图6b为本专利技术中的弯转装置在带动柔性筒膜弯曲时的截面图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性藤型机器人，包括外壳(1)、电机(5)、柔性筒膜(6)、固定嘴(7)、进气管(8)和气源；其特征在于：还包括转向装置(10)；所述的外壳(1)的内腔封闭设置，且通过进气管(8)与气源连接；带轴(9)支承在外壳(1)中，并由电机(5)驱动旋转；柔性筒膜(6)的内端固定在带轴(9)上，且成卷绕置在带轴(9)上；所述柔性筒膜(6)的外端穿过固定嘴(7)的中心孔，且柔性筒膜(6)的外端边缘与固定嘴(7)的嘴口边缘密封连接；所述的转向装置(10)包括n个条形气囊(10
‑
1)，n≥3；n个条形气囊(10
‑
1)沿着未翻卷的柔性筒膜(6)内侧面的周向依次排列；各条形气囊(10
‑
1)均沿着柔性筒膜(6)的长度方向布置；n个条形气囊(10
‑
1)的一侧边缘均与柔性筒膜(6)内侧面固定；条形气囊(10
‑
1)充气后将沿径向膨胀，且沿轴向缩短；各条形气囊(10
‑
1)的充气口(10
‑
2)均靠近固定嘴(7)设置；n根条形气囊(10
‑
1)内的气压能够独立控制。2.根据权利要求1所述的一种柔性藤型机器人，其特征在于：还包括前盖板(3)和后盖板(4)；外壳(1)的前端与前盖板(3)密封连接；外壳(1)的后端与后盖板(4)密封连接；后盖板(4)的中部开设有进气孔，进气管(8)与后盖板(4)上的进气孔密封连接；前盖板(3)的中部开设输出孔；固定嘴(7)与前盖板(3)的输出孔密封连接；所述的外壳(1)主体呈圆筒状；外壳(1)内安装有内安装座(2)；内安装座(2)沿外壳(1)的轴向滑动连接；所述的内安装座(2)的前端设置有环形固定圈(2
‑
1)；外壳(1)前端设有环形固定槽，环形固定圈(2
‑
1)嵌入环形固定槽内；前盖板(3)压紧环形固定圈(2
‑
1)；所述的电机(5)固定在内安装座(2)上；带轴(9)的两端与内安装座(2)的两侧转动连接；带轴(9)与电机(5)的输出轴通过带轮机构(9
‑
1)传动连接。3.根据权利要求1所述的一种柔性藤型机器人，其特征在于：所述的外壳(1)的两端面设有环形密封槽(1
‑
1)；所述的环形密封槽(1
‑
1)内嵌有环形密封圈(1
‑
2)；前盖板(3)和后盖板(4)分别压紧外壳(1)两端面；所述的环形密封圈(1
‑
2)的材料为橡胶。4.根据权利要求1所述的一种柔性藤型机器人，其特征在于：所述的外壳(1)内设置有缩回装置(6
‑
1)；所述的缩回装置(6
‑
1)包括缩回支架(6
‑
2)和滚筒(6
‑
3)；缩回支架(6
‑
2)固定在外壳(1)中；相互平行且间隔设置的两个滚筒(6
‑
3)均支承在缩回支架(6
‑
2)上；未向外翻卷的柔性筒膜(6)从对称的滚筒(6
‑
3)之间穿过。5.根据权利要求1所述的一种柔性藤型机器人，其特征在于：所述的条形气囊(10
‑
1)为一串依次相连的气球，相邻两个气球的连接处无法膨胀。6.根据权利要求1所述的一种柔性藤型机器人，其特征在于：本发明一种柔性藤型机器人还包括头盖装置(11)；所述的头盖装置(11)安装柔性筒膜(6)喷出部分的尖端，能够随柔性筒膜(6)的喷出和缩回，进行前进和后退；所述的头盖装置(11)包括外盖组件和内芯组件；外盖组件设置在柔性筒膜(6)的外侧；内芯组件设置在柔性筒膜(6)的内侧；内芯组件的位置被限制在外盖组件内；所述的柔性筒膜(6)从内芯组件的中心位置进入，并从外盖组件与内芯组件之间的间隙伸出。7.根据权利要求6所述的一种柔性藤型机器人，其特征在于：所述的外盖组件包括顶端头盖(11

【专利技术属性】
技术研发人员：王旭，许明，张帝，胡润泽，李诚辉，王幸涵，汪子璇，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：