六足仿生湿吸爬壁机器人制造技术

本发明专利技术属于仿生学技术领域，具体涉及一种六足仿生湿吸爬壁机器人，由躯干骨架、仿生肢节、电机、驱动电路、预压结构、凸轮结构和拉绳结构组成，所有部件安装在躯干骨架上。躯干骨架包括支架、横梁，横梁安装在躯干支架凹槽中；仿生肢节包括底座、股节、胫节、弹簧钢片、柔性结构，股节、柔性结构的一端与底座相连，一端与胫节相连，弹簧钢片安装在胫节上；驱动电路对电机联合控制，电机竖直安装在电机槽中和横卧安装在横梁上；预压结构包括肢节支架、股节延伸Ｔ型支架，通过弹簧连接；凸轮结构包括凸轮、凸轮固定支架，凸轮的一端固定在电机轴上，一端与凸轮固定支架相连；拉绳结构包括拉绳支架、拉绳、闸线，拉绳通过拉绳支架与仿生肢节相连。本发明专利技术结构精简，各部分模块化、标准化，加工、组装方便，采用镂空结构，整体质量轻，多电机驱动，易于步态规划，容易实现六足爬壁机器人的稳定、可靠运行。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于仿生学
，具体涉及一种爬壁机器人的机构，尤其涉及一种六足仿生湿吸爬壁机器人。
技术介绍
仿生学是生命科学与机械、材料和信息等工程技术学科相结合的交叉学科，具有 鲜明的创新性和应用性。通过对湿吸类昆虫的研究，基于湿吸原理，设计一种新的吸附机 制——湿吸吸附，研制出新型的爬壁机器人，具有广泛的应用前景。根据湿吸计算模型、力 学计算结果和实验数据，发现吸附力的大小除了与分泌液的成分、接触表面的粗糙度及有 效的接触面积相关外，还与机器人的步态有关。因此，通过步态规划方法，进一步保证爬壁 机器人稳定、可靠运行是最为基础和关键的技术之一。当前的爬壁机器人主要以轮式、履带 式和足式为主。轮式、履带式爬壁机器人虽然设计简单，所要求的驱动电机少，易于控制，但 运动方式单一，无法实现对机器人姿态的控制；足式机器人克服了轮式、履带式爬壁机器人 的上述缺点，机器人的肢节具有相对较多的自由度，易于对机器人的姿态进行控制及步态 规划。六足昆虫比四足昆虫能够更好的吸附，因此，一般足式爬壁机器人采用六足的机构设 计。基于昆虫的运动规律，通过对六足机器人进行步态规划，使六足按一定规律协调运动， 增加足垫的吸附力，保证机器人稳定、可靠运行。 鉴于以上
技术介绍
及足式机器人的优点，基于湿吸原理，提供了一种新型的六足 仿生湿吸机器人结构。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种六足仿生湿吸爬壁机器人。 本专利技术基于仿生学的原理，通过对六足湿吸类昆虫的研究，设计爬壁机器人的整体架构。机器人紧贴壁面，重心位于整体架构的中后端，同时在机器人的腿部关节处加入柔性机构，足端的安装足垫处加入预压环节，增加足垫的吸附力，同时结构精简，各部分模块化，加工、组装方便，质量轻，易于步态规划，容易实现机器人的稳定、可靠运行。 本专利技术提出的六足仿生湿吸爬壁机器人，包括躯干骨架、仿生肢节、电机、驱动电路、预压结构、凸轮结构和拉绳结构；仿生肢节、电机、驱动电路、预压结构、凸轮结构和拉绳结构均安装于躯干骨架上； 其中所述躯干骨架17上上自上而下平行安装有2个仿生肢节安装横梁、2个电 机固定横梁、2个仿生肢节安装横梁、2个电路板固定横梁和2个仿生肢节安装横梁；2个仿 生肢节安装横梁为一组，即6个仿生肢节安装横梁分别位于躯干骨架17的前部、中部和后 部； 所述仿生肢节共有6个，根据六足湿吸类昆虫，6个仿生肢节分成前足、中足和后 足3组，前足、中足向前，后足向后，分别对称地安装于躯干骨架的6个仿生肢节安装横梁 上；每个仿生肢节包括底座29、股节3Q、胫节31、弹簧钢片32和柔性结构33，股节30和柔4性结构33的一端均安装在底座29上，股节30另一端连接胫节31，柔性结构33的另一端连 接胫节31，胫节31另一端安装弹簧钢片32，底座29上设有电机齿轮箱凹槽35，电机齿轮箱 凹槽35内设有电机轴孔36 ; 所述电机共有8个，6个安装于仿生肢节的电机齿轮箱凹槽35中，电机上的电机轴 穿过电机轴孔36连接股节30 ;2个电机横卧安装于躯干骨架17两端的电机固定横梁上； 所述驱动电路包括电机驱动电路、系统控制电路，电机驱动电路连接电机，系统控 制电路连接电机驱动电路，通过系统控制电路发出控制信号，控制电机驱动电路； 所述预压结构为3组，每组包括肢节支架、股节延伸T型支架和压縮弹簧，肢节支 架固定于躯干骨架17上，3个肢节支架分别位于三组仿生肢节安装横梁之间；股节延伸T 型支架固定于仿生股节底座29的外侧；拉绳26经肢节支架第一斜孔43与股节延伸T型支 架相连；位于肢节支架上的第四螺纹孔44用于固定压縮弹簧；股节延伸T型支架上的第六 螺纹孔46用于固定拉绳26 ;螺钉通过股节延伸T型支架第五螺纹孔45将股节延伸T型支 架固定在股节底座29上； 所述凸轮结构为2个，每个凸轮结构包括凸轮23和凸轮固定支架25，凸轮23的一 端固定在电机轴上，另一端与凸轮固定支架25相连；凸轮固定支架25安装于位于躯干骨架 中部的仿生肢节安装横梁上； 所述拉绳结构包括拉绳支架24、拉绳26和闸线，拉绳支架24安装于躯干骨架17 上；拉绳26的一端穿过拉绳支架24上的斜孔连接仿生支节，另一端，另一端连接凸轮23，， 闸线套于拉绳26外。 本专利技术中，所述凸轮23包括电机连接轴47和凸轮轴49，电机连接轴47套在电机 轴上，凸轮轴49与凸轮固定支架25相连。本专利技术中，所述拉绳支架24包括第一斜孔43、第四螺纹孔44。第一斜孔43用于 通过拉绳26，固定闸线；第四螺纹孔44用于将拉绳支架24固定在躯干骨架上。 本专利技术中，所述位于拉绳支架24上的斜孔共有6个，其倾角为45° 。 本专利技术中，所述电机齿轮箱凹槽35内放置有电机齿轮箱。 本专利技术中，柔性结构33包括底座连接杆39、弹簧40、细轴41和胫节连接杆42，弹簧40 —端固定于底座连接杆39的凹槽中，另一端穿过细轴41，通过细轴41与胫节连接杆42相连，胫节连接杆42嵌入底座连接杆39的凹槽中，二者是间隙配合。 本专利技术中，6个仿生肢节安装横梁的两侧均设有限位块，仿生肢节通过该限位块安装于仿生肢节安装横梁上。 本专利技术中，电机驱动电路连接控制器，控制器安装于电路板固定横梁上，本专利技术中，系统控制电路包括飞思卡尔控制器MC9S12DG128B、8块驱动电路板。MC9S12DG128B的通用10 口与驱动电路板芯片MC3386的控制输入口相连，实现对整个系统的控制。 本专利技术具有以下特点六足仿生湿吸机器人整体结构细长，重心位于整体结构的 中后端且紧贴壁面，降低了对安装在机器人足端的足垫吸附力的要求；在仿生肢节中加入 了柔性结构，提高了机器人对环境的适应性，符合仿生的概念；采用机械结构进行限位控 制，减少了传感器的安装，降低成本及电气控制复杂度；预压结构增加了足垫与壁面的有 效接触面积，增大吸附力；凸轮的设计放大了电机输出的转矩，提高了电机的效率；拉绳结构使足垫剥离容易控制。该专利技术结构精简，各部分模块化、标准化，加工、组装方便，采用镂 空结构，整体质量轻，多电机驱动，易于步态规划，容易实现六足爬壁机器人的稳定、可靠运 行。附图说明 图1为六足仿生湿吸爬壁机器人整体结构图。 图2为仿生肢节安装横梁结构图。 图3为装有横梁的躯干骨架结构图。 图4为仿生肢节结构图。其中(a)为仿生肢节的俯视图，(b)为仿生肢节的仰视 图。 图5为股节底座结构图。 图6为胫节柔性连接结构图。 图7为肢节支架结构图。 图8为股节延伸T型支架结构图。 图9为凸轮结构图。 图10为凸轮固定支架结构图。 图11为拉绳支架结构图。 图中标号1为右前足，2为右中足，3为右后足，4为左后足，5为左中足，6为左前 足，7、8、11、12、15、16分别为仿生肢节的第一安装横梁、第二安装横梁、第三安装横梁、第四 安装横梁、第五安装横梁和第六安装横梁，9、10分别为第一电机固定横梁、第二电机固定横 梁，13、14分别为第一电路板固定横梁、第二电路板固定横梁，17为躯干骨架，18、19、20为 第一肢节支架、第二肢节支架和第三肢节支架，21为变速齿轮箱固定支架，22为电机固定 支架，23为凸轮，24为拉绳支架，25为凸轮固定支架，26为拉绳，27为限位块，28为第一通 孔，29为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种六足仿生湿吸爬壁机器人，包括躯干骨架、仿生肢节、电机、驱动电路、预压结构、凸轮结构和拉绳结构；仿生肢节、电机、驱动电路、预压结构、凸轮结构和拉绳结构均安装于躯干骨架上；其特征在于：所述躯干骨架（１７）上上自上而下平行安装有２个仿生肢节安装横梁、２个电机固定横梁、２个仿生肢节安装横梁、２个电路板固定横梁和２个仿生肢节安装横梁；２个仿生肢节安装横梁为一组，即６个仿生肢节安装横梁分别位于躯干骨架（１７）的前部、中部和后部；所述仿生肢节共有６个，根据六足湿吸类昆虫，６个仿生肢节分成前足、中足和后足３组，前足、中足向前，后足向后，分别对称地安装于躯干骨架的６个仿生肢节安装横梁上；每个仿生肢节包括底座（２９）、股节（３０）、胫节（３１）、弹簧钢片（３２）和柔性结构（３３），股节（３０）和柔性结构（３３）的一端均安装在底座（２９）上，股节（３０）另一端连接胫节（３１），柔性结构（３３）的另一端连接胫节（３１），胫节（３１）另一端安装弹簧钢片（３２），底座（２９）上设有电机齿轮箱凹槽（３５），电机齿轮箱凹槽（３５）内设有电机轴孔（３６）；所述电机共有８个，６个安装于仿生肢节的电机齿轮箱凹槽（３５）中，电机上的电机轴穿过电机轴孔（３６）连接股节（３０）；２个电机横卧安装于躯干骨架（１７）两端的电机固定横梁上；所述驱动电路包括电机驱动电路、系统控制电路，电机驱动电路连接电机，系统控制电路连接电机驱动电路，通过系统控制电路发出控制信号，控制电机驱动电路；所述预压结构为３组，每组包括肢节支架、股节延伸Ｔ型支架和压缩弹簧，肢节支架固定于躯干骨架（１７）上，３个肢节支架分别位于三组仿生肢节安装横梁之间；股节延伸Ｔ型支架固定于仿生股节底座（２９）的外侧；拉绳（２６）经肢节支架第一斜孔（４３）与股节延伸Ｔ型支架相连；位于肢节支架上的第四螺纹孔（４４）用于固定压缩弹簧；股节延伸Ｔ型支架上的第六螺纹孔（４６）用于固定拉绳（２６）；螺钉通过股节延伸Ｔ型支架第五螺纹孔（４５）将股节延伸Ｔ型支架固定在股节底座（２９）上；所述凸轮结构为２个，每个凸轮结构包括凸轮（２３）和凸轮固定支架（２５），凸轮（２３）的一端固定在电机轴上，另一端与凸轮固定支架（２５）相连；凸轮固定支架（２５）安装于位于躯干骨架中部的仿生肢节安装横梁上；所述拉绳结构包括拉绳支架（２４）、拉绳（２６）和闸线，拉绳支架（２４）安装于躯干骨架（１７）上；拉绳（２６）的一端穿过拉绳支架（２...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：何斌，黎明和，秦海燕，周艳敏，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]