仿生攀爬机器人制造技术

本实用新型专利技术公开了一种仿生攀爬机器人，包括躯干、设置躯干后端的尾部与覆盖于躯干上的外壳。躯干上对称设有若干腿部，每个腿部末端相应设有脚部；脚部包括铰关节、零位弹簧、电磁铁、脚掌外壳、钩爪、柔性片和倒刺形刀片；铰关节一端与腿部连接，另一端与置于脚掌外壳内的电磁铁的一端连接；零位弹簧设于铰关节与脚掌外壳之间，且零位弹簧与电磁铁同轴心；另外，脚掌外壳底部的后端设有柔性片，柔性片上嵌有倒刺形钢制刀片；钩爪通过光轴安装在脚掌外壳的前端。本实用新型专利技术结构简单、控制容易、成本低、系统易于搭建、步态灵活可改。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及攀爬机器人的
，特别涉及一种仿生攀爬机器人。
技术介绍
目前，机器人在各行各业中得到广泛应用。无论是军事、制造、航天，还是教育、娱乐、医疗、抢险救灾、家庭服务和社会服务领域，机器人起到举足轻重的作用。在这些行业中，难免有很多高空危险作业，例如建筑物表面清洁；轮船表面喷漆、维护；铁塔和桁架桥梁的检修等等。人们期望这些高空作业由机器人代替人来执行和从事。这就要求机器人具有在钢铁、桁架、墙壁、树等对象上面的攀爬和作业功能。目前，国内外开发出了很多爬壁机器人，如浙江大学的空气吸盘式壁虎；斯坦福大学的仿生壁虎Stickybot ;波士顿动力(Boston Dynamics)的RiSE攀爬机器人。这些机器人虽然都具有一定的爬行功能，但还有较大的局限和不足，主要体现在:I)攀爬对象单一:要么只能爬粗糙墙壁或者树皮(RiSE)，要么只能攀爬光滑墙壁(空气吸盘式壁虎)，而不能实现在具有多种表面结构的对象上攀爬；2)带负载能力差:大部分机器人只是简单的附着在攀爬对象表面，而不能提供足够的抓紧力，难以使机器人带负载工作；3)结构复杂、控制复杂、成本高，实用性较低。
技术实现思路
本技术的专利技术目的是针对现有攀爬机器人的技术不足，提供一种便于在多种表面结构的对象上攀爬的仿生攀爬机器人。为实现上述专利技术目的，本技术采用的技术方案为:提供一种仿生攀爬机器人，包括躯干、设置于躯干后端的尾部与覆盖于躯干上的外壳；所述躯干上对称设有若干腿部，所述每个腿部末端相应设有脚部；所述脚部包括柔性片、铰关节、零位弹簧、电磁铁、脚掌外壳和钩爪；所述电磁铁置于脚掌外壳内；所述铰关节一端安装于腿部上，另一端穿过零位弹簧套入电磁铁内且与电磁铁螺纹配合；零位弹簧与电磁铁同轴心，且该零位弹簧设于脚掌外壳的顶端面与铰关节的突出部之间；另外，所述脚掌外壳底部设有柔性片，所述柔性片上嵌有倒刺形钢制刀片；所述钩爪通过光轴安装在外壳脚掌的前端。优选地，所述电磁铁与脚掌外壳螺纹配合。优选地，所述钩爪包括若干钩爪零件；所述钩爪零件由两段粗细不同的钢丝焊接而形成，分别为粗部与细部；所述粗部磨制成钩刺状；所述细部首端与粗部连接，所述细部的中间绕制成圆环状，形成圆孔；若干所述钩爪零件并列成一排，所述光轴穿过每个钩爪零件的圆孔，将若干所述钩爪零件并排安装在脚掌外壳上；所述细部的尾端向外延伸，所述脚掌外壳前端相应设有光孔，所述细部嵌入所述光孔中。优选地，所述铰关节为球铰。优选地，所述腿部包括腿下部零件、大舵机、舵机输出圆盘、腿上半部零件、转动关节轴、小舵机、大齿轮与小齿轮；所述大舵机装于躯干上，所述舵机输出圆盘套于大舵机的输出轴上；所述腿上半部零件安装于舵机输出圆盘上；所述腿下部零件通过转动关节轴铰接于腿上半部零件的末端，且所述转动关节轴贯穿所述腿上半部零件并向外延伸；所述小舵机安装于腿下部零件上；所述大齿轮通过中心孔套在转动关节轴的延伸端上，所述小齿轮装于小舵机的输出轴上，且所述大齿轮与小齿轮啮合。优选地，所述大齿轮通过螺纹固定于腿上半部零件的末端。优选地，所述舵机输出圆盘上设有贯穿圆盘的凸台，所述凸台中空；该凸台内表面设有内齿轮结构，所述舵机输出圆盘通过内齿轮结构套于大舵机的输出轴上。优选地，所述腿下部零件包括本体，所述本体上设有安装轴，所述铰关节通过该安装轴安装于腿部上；所述本体上设有凹槽，所述小舵机安装于腿下部零件的凹槽内。优选地，为保证左右对称而维持该机器人仿生攀爬的重心平衡，所述躯干包括平板和若干对称分布在平板两侧的支撑柱，所述每个支撑柱上对应装有一个腿部。优选地，所述支撑柱的数量为六个。优选地，所述躯干后部设有若干通孔，用于安装辅助攀爬的尾部。本技术相对于现有技术，具有以下有益效果:本技术结构简单、控制容易、成本低、系统易于搭建、步态灵活可改；脚部设计了一种复合两种攀爬模式的模块，可实现在光滑钢铁表面及粗糙墙面或树干上攀爬，可使机器人在攀爬环境变化较大的情况下工作；在墙壁上爬行时，能提供较强的附着力，尤其是在钢铁壁面上，最多可提供相当于自重两倍左右的负载(按照摩擦系数0.3计算)，可以作为理想的小型移动平台等；万向球铰和弹簧约束的应用，为爬行提供一定的自适应性。附图说明图1为实施例中的仿生六足攀爬机器人的外观图(含外壳);图2为实施例中的本仿生六足攀爬机器人的外观图(不含外壳)；图3为实施例中的腿部结构的外观图；图4为实施例中的腿部结构的爆炸图；图5为实施例中的具有外螺纹的圆柱形电磁铁的外观图；图6为实施例中的本仿生六足攀爬机器人的脚部外壳剖面示意图；图7为实施例中的仿生六足攀爬机器人的钩爪的示意图；图8为实施例中的仿生六足攀爬机器人的柔性片和倒刺形钢制刀片镶嵌的结构示意图；图9为实施例中的仿生六足攀爬机器人的脚部结构图；图10为实施例中的仿生六足攀爬机器人的脚部剖面图；图11为实施例中的仿生六足攀爬机器人的脚部爆炸图；图12为实施例中的仿生六足攀爬机器人的仰视图；图13为实施例中的仿生六足攀爬机器人的侧视图；图14为图13的A部放大剖视图。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本技术的技术目的作进一步详细地描述，实施例不能在此一一赘述，但本技术的实施方式并不因此限定于以下实施例。除非特别说明，本技术采用的材料和加工方法为本
常规材料和加工方法。如图1所示，为六足仿生攀爬机器人含外壳的外观图。如图2所示，为六足仿生攀爬机器人不含外壳的外观图。图中，外壳2起保护作用，通过6个带有双头螺纹的六棱柱与机器人的躯干I连接。图3和图4分别为腿部结构外观图和爆炸图。腿部包括大舵机L1、舵机输出圆盘L2、腿上半部零件L3、腿下部零件L4、转动关节轴L5、小舵机L6、大齿轮L7与小齿轮L8。大舵机LI装于躯干I上，舵机输出圆盘L2套于大舵机LI的输出轴上，具体地，舵机输出圆盘L2上设有贯穿圆盘L21的凸台L22，凸台L22中空，该凸台L22内表面设有内齿轮结构，舵机输出圆盘L2通过内齿轮结构套于大舵机LI的输出轴上，同时采用螺钉L9将其进一步紧固。腿上半部零件L3通过4组螺钉Lll与螺母LlO的结合安装于舵机输出圆盘L2上。腿下部零件L4通过转动关节轴L5铰接于腿上半部零件L3的末端，且转动关节轴L5贯穿所述腿上半部零件L3并向外延伸。转动关节轴L5使腿下部零件L4与腿上半部零件L3形成一个上下转动的自由度。小舵机L6安装于腿下部零件上，具体地，腿下部零件L4包括本体L41与设于本体上的凹槽L43，小舵机L6通过2组螺钉L14与螺母L13安装于腿下部零件的凹槽L43内。大齿轮L7通过中心孔套在转动关节轴L5的延伸端上，大齿轮通过螺纹L15固定于腿上半部零件的末端。小齿轮L8装于小舵机L6的输出轴上，且所述大齿轮L7与小齿轮L8啮合，大齿轮L7与小齿轮L8的齿数之比为1:2，大齿轮L7和小齿轮L8的传动过程类似于太阳轮和行星轮的传动，把小舵机L6的输出力矩扩大2倍后传动到关节转动轴L5上。大舵机L1、小舵机L6均是驱动器；另外，大舵机LI安装在躯干上，从而使腿部与躯干形成一个前后摆动的自由度。图5为具有外螺纹的圆柱形电磁铁F7外观图。图6为脚掌外壳F5的剖面视图。电磁铁F7与脚掌外壳F5螺纹配合。图7为钩爪零件的示本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种仿生攀爬机器人，包括躯干、设置于躯干后端的尾部与覆盖于躯干上的外壳；所述躯干上对称设有若干腿部，所述每个腿部末端相应设有脚部；其特征在于：所述脚部包括柔性片、铰关节、零位弹簧、电磁铁、脚掌外壳和钩爪；所述电磁铁置于脚掌外壳内；所述铰关节一端安装于腿部上，另一端穿过零位弹簧套入电磁铁内；所述零位弹簧与电磁铁同轴心，且该零位弹簧设于脚掌外壳的顶端面与铰关节的突出部之间；另外，所述脚掌外壳底部设有柔性片，所述柔性片上嵌有倒刺形钢制刀片；所述钩爪通过光轴安装在外壳脚掌的前端。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张义，张鸿阳，管贻生，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：实用新型
国别省市：