一种气动的仿生蛇形柔性机器人制造技术

本发明专利技术公开了一种气动的仿生蛇形柔性机器人，包括：仿生蛇头和仿生蛇身，所述仿生蛇身的一端安装所述仿生蛇头，所述仿生蛇身包括：若干运动转换节、若干运动结构、密封波纹管、气泵，相邻两个所述运动转换节之间通过所述运动结构相连，所述密封波纹管贯穿所有运动转换节和运动结构，且两端分别固定在最前端的运动转换节和最后端的运动转换节，所述气泵的出气口与所述密封波纹管相连通，进气口连通大气；其中，所述运动转换节包括：第一外壳、曲柄滑块机构、运动轮和运动转换驱动结构，所述曲柄滑块机构设置在所述第一外壳上；所述运动轮安装在所述曲柄滑块机构的曲柄的外延伸端；所述运动转换驱动结构推动所述曲柄摆动。转换驱动结构推动所述曲柄摆动。

【技术实现步骤摘要】
一种气动的仿生蛇形柔性机器人


[0001]本申请涉及机器人
，具体涉及一种气动的仿生蛇形柔性机器人。

技术介绍

[0002]蛇形机器人，是一种能够模仿生物蛇运动的新型仿生机器人。由于它能像生物一样实现“无肢运动”，因而被国际机器人业界称为“最富于现实感的机器人"。全球各工业发达国家在仿生蛇形机器人方面做了大量研究工作，其中美国的蛇形机器人研究代表了目前世界的先进水平，其成果也最多。
[0003]仿生蛇形机器人结合了机器人动力学、摩擦学、材料学、模块动力学等多学科的相关理论，通过机械结构模仿蛇的行波运动学模型实现蛇的各种运动状态。
[0004]从驱动方式看，目前绝大多数仿生蛇形机器人是通过电机实现主体的姿态变化，从而模仿蛇的行波实现仿生运动。
[0005]在结构方面，目前绝大部分仿生蛇形机器人为刚性连杆结构，通过电机等控制相邻连杆的摆动实现机器人姿态的变化。
[0006]从动力转化方式看，目前的仿生蛇形机器人主要有两种，分别为模仿蛇表面的鳞片实现动力转化和底部安装从动轮实现动力转化。
[0007]但目前的仿生蛇形机器人由于结构和驱动装置的影响，主体重量偏重，运动姿态生硬，应用环境单一，难以适应多种环境。再者，由于结构设计问题，目前的仿生蛇形机器人每个自由度的弯曲都由独立的一个驱动装置控制，驱动装置较多，故障率高，且对能源的要求较高。

技术实现思路

[0008]本申请实施例的目的是提供一种气动的仿生蛇形柔性机器人，以解决相关技术中存在的运动姿态生硬，环境适应能力不强等技术问题。
[0009]根据本申请实施例，提供一种气动的仿生蛇形柔性机器人，包括：
[0010]仿生蛇头；
[0011]仿生蛇身，所述仿生蛇身的一端安装所述仿生蛇头，所述仿生蛇身包括：若干运动转换节、若干运动结构、密封波纹管、气泵，相邻两个所述运动转换节之间通过所述运动结构相连，所述密封波纹管贯穿所有运动转换节和运动结构，且两端分别固定在最前端的运动转换节和最后端的运动转换节，所述气泵的出气口与所述密封波纹管相连通，进气口连通大气；
[0012]其中，所述运动转换节包括：
[0013]第一外壳；
[0014]曲柄滑块机构，所述曲柄滑块机构设置在所述第一外壳上；
[0015]运动轮，所述运动轮安装在所述曲柄滑块机构的曲柄的外延伸端；
[0016]运动转换驱动结构，所述运动转换驱动结构推动所述曲柄摆动；
[0017]其中，所述运动结构包括：
[0018]若干仿生鳞片运动连接节，若干所述仿生鳞片运动连接节依次铰接；
[0019]若干环形充放气囊结构，相邻两个所述环形充放气囊结构之间布置一个所述仿生鳞片运动连接节。
[0020]进一步地，所述第一外壳由两块运动转换节外壳固定连接而成，所述曲柄滑块机构设置在两块所述运动转换节外壳之间。
[0021]进一步地，所述曲柄滑块机构包括：弹簧、叉形连杆轴、连杆、运动轮连接杆，所述叉形连杆轴、连杆和运动轮连接杆依次铰接，所述叉形连杆轴滑动设置在所述第一外壳上，所述弹簧的一端抵住所述叉形连杆轴的一端，另一端抵住所述第一外壳，所述运动轮连接杆的中部铰接在所述第一外壳上，所述运动轮安装在所述运动轮连接杆的外端部。
[0022]进一步地，所述曲柄滑块机构还包括：光轴导轨，所述光轴导轨固定在所述第一外壳上，所述叉形连杆轴滑动设置在所述光轴导轨上。
[0023]进一步地，所述运动转换驱动结构包括第一气囊、第一三通电磁气阀，所述第一气囊的进出气口与所述第一三通电磁气阀的A口相连通，所述第一三通电磁气阀的B口与所述密封波纹管相连通，C口连通到大气，作为排气通道。
[0024]进一步地，所述仿生鳞片运动连接节包括连接件，所述连接件的中部开有供所述密封波纹管通过的通孔，底部具有仿生鳞片，前后侧面具有供铰链连接的铰接部。
[0025]进一步地，所述环形充放气囊结构包括：若干呈弧形的第二气囊和若干第二三通电磁气阀，若干所述第二气囊排布成形成非封闭的环形结构，每个第二气囊配备一个所述第二三通电磁气阀，所述第二气囊的进出气口与所述第二三通电磁气阀的A口相连通，所述第二三通电磁气阀的B口与所述密封波纹管相连通，C口连通到大气，作为排气通道。
[0026]进一步地，所述第二气囊有三个。
[0027]进一步地，所述仿生蛇头上安装有红外摄像头。
[0028]进一步地，还包括电源，所述电源分别为所述红外摄像头、第一三通电磁气阀、第二三通电磁气阀以及气泵供电。
[0029]本申请的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
[0030]1、驱动方式相对简单，气泵工作为密封波纹管提供气压，控制每个气囊的微型三通电磁气阀开闭即可实现气在低压状态和高压充气状态间的转换，实现主体姿态的变化，配合机器人表面覆盖的仿蛇表面鳞片结构柔性倒刺结构体，模仿蛇的行波运动。
[0031]2、对能量要求低，只需要一个小型12v电源即可驱动。
[0032]3、结构上创新性的采用了柔性结构，主体重量轻，运动姿态灵活，应用环境丰富，可以适应多种环境。
[0033]4、两种运动方式相结合。模仿蛇表面的鳞片实现动力转化和底部安装从动轮实现动力转化两种动力转换方式相结合，可实现快速切换，以分别适应复杂路面和平坦路面。
[0034]5、可在平坦路面上的快速运动。通过向从动轮释放结构的气囊充气加压，使从动轮下放接触路面，配合气泵向驱动气囊中充气加压使机器人本体变形模仿出蛇的行波，实现机器人在平坦路面上的快速运动。
[0035]6、增加了机器人的运动状态。通过控制气压的大小，可控制本体的形变弯曲程度，进而控制机器人的行波波长与振幅，可以自适应通过不同宽度落差的复杂环境。
[0036]7、增加了机器人的工作环境。机器人所有电气部分安装于密封波纹管内部，可在高温、低温、干燥、潮湿和水中自由运动。
[0037]应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。
附图说明
[0038]此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
[0039]图1为本专利技术实施例提供的一种气动的仿生蛇形柔性机器人的整体结构示意图；
[0040]图2为本专利技术实施例提供的一种气动的仿生蛇形柔性机器人的仿生蛇身内部结构示意图。
[0041]图3为图1中的B
‑
B向剖视图。
[0042]图4为本专利技术实施例提供的轮式运动姿态下的运动转换节结构示意图，(a)为运动转换节的主视图(去掉一个运动转换节外壳)，(b)为运动转换节的侧视图，(c)为运动转换节的主视图。
[0043]图5为本专利技术实施例提供的行波爬行运动姿态下的运动转换节结构示意图，(a)为运动转换节的主视图(去掉一个运动转换节外壳)，(b)为运动转换节的侧视图，(本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种气动的仿生蛇形柔性机器人，其特征在于，包括：仿生蛇头；仿生蛇身，所述仿生蛇身的一端安装所述仿生蛇头，所述仿生蛇身包括：若干运动转换节、若干运动结构、密封波纹管、气泵，相邻两个所述运动转换节之间通过所述运动结构相连，所述密封波纹管贯穿所有运动转换节和运动结构，且两端分别固定在最前端的运动转换节和最后端的运动转换节，所述气泵的出气口与所述密封波纹管相连通，进气口连通大气；其中，所述运动转换节包括：第一外壳；曲柄滑块机构，所述曲柄滑块机构设置在所述第一外壳上；运动轮，所述运动轮安装在所述曲柄滑块机构的曲柄的外延伸端；运动转换驱动结构，所述运动转换驱动结构推动所述曲柄摆动；其中，所述运动结构包括：若干仿生鳞片运动连接节，若干所述仿生鳞片运动连接节依次铰接；若干环形充放气囊结构，相邻两个所述环形充放气囊结构之间布置一个所述仿生鳞片运动连接节。2.根据权利要求1所述的一种气动的仿生蛇形柔性机器人，其特征在于，所述第一外壳由两块运动转换节外壳固定连接而成，所述曲柄滑块机构设置在两块所述运动转换节外壳之间。3.根据权利要求1所述的一种气动的仿生蛇形柔性机器人，其特征在于，所述曲柄滑块机构包括：弹簧、叉形连杆轴、连杆、运动轮连接杆，所述叉形连杆轴、连杆和运动轮连接杆依次铰接，所述叉形连杆轴滑动设置在所述第一外壳上，所述弹簧的一端抵住所述叉形连杆轴的一端，另一端抵住所述第一外壳，所述运动轮连接杆的中部铰接在所述第一外壳上，所述运动轮安装在所述运动轮连接杆的外端部。4.根据权利要求3所述的一种气动的仿生蛇形...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐高欢，郑君涛，阚杰，
申请(专利权)人：浙江水利水电学院，
类型：发明
国别省市：