[發(fā)明專利]模塊化網(wǎng)狀蠕蟲機(jī)器人

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710579152.5
• 申請日: 2017-07-17
• 公開（公告）號(hào): CN107416057B
• 公開（公告）日: 2019-06-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王少萍;張益鑫;張卿
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): B62D57/02
• 分類號(hào): B62D57/02
• 代理公司: 北京永創(chuàng)新實(shí)專利事務(wù)所 11121
• 代理人: 周長琪

本發(fā)明公開一種模塊化網(wǎng)狀蠕蟲機(jī)器人，屬于仿生機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，由多個(gè)身部模塊串聯(lián)形成，單個(gè)身部模塊由若干3D打印的轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)、V型軸承、電表螺栓及螺母構(gòu)成的結(jié)點(diǎn)組成，各個(gè)結(jié)點(diǎn)之間由聚碳酸酯棒或尼龍管鏈接，形成圓柱體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，整機(jī)由各段網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)級(jí)聯(lián)組成。各結(jié)點(diǎn)上的軸承以及電表螺栓用于纏繞氟碳線，在各段網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)上有固定點(diǎn)安置電機(jī)，電機(jī)通過方形法蘭盤、繞線輪，支架與固定點(diǎn)相連。電機(jī)作為作動(dòng)器纏繞繩索，使得各段在繩索驅(qū)動(dòng)下實(shí)現(xiàn)收縮和舒張運(yùn)動(dòng)，每個(gè)繞線輪纏繞有4根繩索，利用正反轉(zhuǎn)分別驅(qū)動(dòng)其中兩根，使得控制收縮和舒張兩種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。在整機(jī)末端有控制器，控制器控制各個(gè)電機(jī)產(chǎn)生節(jié)律性運(yùn)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的蠕蟲式前行后退運(yùn)動(dòng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明設(shè)計(jì)屬于仿生機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，提供一種以蠕動(dòng)方式運(yùn)動(dòng)的機(jī)器人，具體來說，是一種模塊化網(wǎng)狀蠕蟲機(jī)器人。

背景技術(shù)

仿生學(xué)是一門模仿生物的特殊本領(lǐng)，利用生物的結(jié)構(gòu)和功能原理來研制機(jī)械或各種新技術(shù)的科學(xué)技術(shù)。現(xiàn)代機(jī)器人運(yùn)動(dòng)方式一般分為輪式，腿式，仿生類機(jī)器人。仿生類機(jī)器人仿照生物的運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)原理，實(shí)現(xiàn)特殊的功能，對于人們的生產(chǎn)起一定指導(dǎo)作用。蠕蟲作為一種地面生物，具有柔性，適應(yīng)能力強(qiáng)的特點(diǎn)。相比輪式，腿式機(jī)器人，蟲式機(jī)器人更能適應(yīng)狹小，曲折的環(huán)境，適合進(jìn)行特種作業(yè)；傳統(tǒng)的蟲形機(jī)器人，大多數(shù)是舵機(jī)級(jí)聯(lián)的尺蠖式機(jī)器人，身體缺乏柔性，對于蠕蟲的蠕動(dòng)運(yùn)動(dòng)方式較少；平行四邊形結(jié)構(gòu)具有兩個(gè)正交方向的變形能力，變形而產(chǎn)生的形變與蠕蟲身體在流體靜力學(xué)上相似，通過構(gòu)造空間的平行四邊形網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)模仿蠕蟲的身體結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有的研究情況，本發(fā)明提出一種利用空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的模塊化的蠕蟲機(jī)器人，以其特殊設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)，利用聚碳酸酯棒和尼龍管等棒狀物體作為主要骨架，依靠聚碳酸酯棒和尼龍管的撓性變形，構(gòu)造出具有柔性形變能力又有一定剛性的蠕蟲結(jié)構(gòu)，利用線驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)蚯蚓等身部模塊動(dòng)物的身部模塊擴(kuò)大縮小的形態(tài)仿生。

本發(fā)明模塊化網(wǎng)狀蠕蟲機(jī)器人，由身部模塊串聯(lián)構(gòu)成，每個(gè)身部模塊為由18個(gè)節(jié)點(diǎn)組成6個(gè)環(huán)節(jié)，18個(gè)節(jié)點(diǎn)包括12個(gè)A型節(jié)點(diǎn)、5個(gè)B型節(jié)點(diǎn)與1個(gè)C型節(jié)點(diǎn)以及一套繩驅(qū)動(dòng)設(shè)備。

所述A型節(jié)點(diǎn)、B型節(jié)點(diǎn)與C型節(jié)點(diǎn)均具有兩個(gè)十字交叉設(shè)置的轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)，形成定軸旋轉(zhuǎn)的平面副。轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)的兩端安裝有接頭；A型節(jié)點(diǎn)中還具有一個(gè)與轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)同軸安裝的V型軸承，用于繞線。B型節(jié)點(diǎn)還具有一個(gè)軸線垂直轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸的穿繩通道，用于穿線。C型節(jié)點(diǎn)中還具有一個(gè)電機(jī)支架。

上述18個(gè)節(jié)點(diǎn)分三層布置，其中，第一層與第三層周向均布有6個(gè)A型節(jié)點(diǎn)，且周向位置相對。第二層周向均布6個(gè)節(jié)點(diǎn)，分別為1個(gè)C型節(jié)點(diǎn)與5個(gè)B型節(jié)點(diǎn)。第二層6個(gè)節(jié)點(diǎn)與第一層和第三層的6個(gè)A型節(jié)點(diǎn)間交錯(cuò)布置。相鄰兩層節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)端部接頭間通過連接桿相連，使周向上形成6個(gè)平行四邊形環(huán)節(jié)。

繩驅(qū)動(dòng)設(shè)備包括繞線輪、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、縱向控制繞線與周向控制繞線。其中，繞線輪具有上下兩層繞線位置；安裝于C型節(jié)點(diǎn)上，與C型節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)同軸設(shè)置。驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用帶編碼器的直流減速電機(jī)，蝸輪蝸桿減速傳動(dòng)，安裝于C型節(jié)點(diǎn)的電機(jī)支架上；所述縱向控制繞線與周向控制繞線均為兩條，分別在繞線輪的下層與上層纏繞。縱向控制繞線連接了身部模塊周向各個(gè)環(huán)節(jié)的縱向?qū)蔷€，形成N字型的穿線方式。周向控制繞線連接了身部模塊周向各個(gè)環(huán)節(jié)的橫向?qū)蔷€，形成一字型繞線方式。

本發(fā)明模塊化網(wǎng)狀蠕蟲機(jī)器人，至少由3個(gè)身部模塊間同軸，相互連接形成；相鄰兩身部模塊周向交錯(cuò)設(shè)置，將前一身部模塊第三層與后一身部模塊第一層通過連接桿相連，使相鄰兩身部模塊間同樣形成6個(gè)平行四邊形。