[發明專利]一種磁控變摩擦與可變腿長的軟體爬行機器人

有效

• 申請號: 201910186090.0
• 申請日: 2019-03-12
• 公開（公告）號: CN109955224B
• 公開（公告）日: 2022-07-26
• 發明（設計）人: 李軍鋒
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: B25J9/00
• 分類號: B25J9/00
• 代理公司: 武漢天力專利事務所 42208
• 代理人: 吳曉穎

本發明涉及軟體爬行機器人領域，提供一種磁控變摩擦與可變腿長的軟體爬行機器人，包括變摩擦機構和變腿長機構，所述變摩擦機構包括支架、扭簧、磁鐵、鐵片、變摩擦片、橡膠片，所述變腿長機構包括柔性支架、形狀記憶合金絲纏繞支架、形狀記憶合金絲、導軌框架、形狀記憶合金彈簧、不銹鋼導向管、金屬彈簧，所述變摩擦機構與變腿長機構通過柔性支架的頂端支架連接后，構成可伸縮腿部機構，2個可伸縮腿部機構通過上下疊放粘連后，構成柔性爬行機器人。本發明利用磁控變摩擦結構提高變摩擦機構的功率密度和響應速度；利用形狀記憶合金驅動方法實現機器人腿長可調的目標，以提高機器人針對復雜地形的爬行越障能力并實現負載能力可調。

技術領域

本發明涉及軟體爬行機器人領域，尤其涉及一種磁控變摩擦與可變腿長的軟體爬行機器人。

背景技術

軟體機器人的運動控制主要由腿部變摩擦機構與身體伸縮機構2部分組成。現有機器人變摩擦機構與身體伸縮機構的驅動方法有很多種，通過不同驅動方法能產生不同效果。

電機、氣壓和液壓驅動：通過電機、氣壓和液壓可以實現爬行機器人變摩擦和伸縮驅動。但由于電機、氣壓和液壓的功率密度小，使得軟體機器人的結構體積大而且有噪音。

智能材料驅動：通過利用一些新型智能材料，比如形狀記憶聚合物、形狀記憶合金絲、介電彈性體、凝膠等材料，也可以實現變摩擦和伸縮驅動，同時可以提高軟體機器人驅動的功率密度、降低噪音，但存在響應速度慢的缺陷。

另外，現有軟體爬行機器人的腿長不可調，這也容易導致機器人越障能力、負載能力不可調等缺陷。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有軟體爬行機器人功率密度低、響應速度慢和腿長不可調等不足，提供一種磁控變摩擦與可變腿長的軟體爬行機器人，利用磁控變摩擦結構提高變摩擦機構的功率密度和響應速度；利用形狀記憶合金驅動方法實現機器人腿長可調的目標，以提高機器人針對復雜地形的爬行越障能力并實現負載能力可調。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：一種磁控變摩擦與可變腿長的軟體爬行機器人，包括變摩擦機構和變腿長機構，所述變摩擦機構包括支架、扭簧、磁鐵、鐵片、變摩擦片、橡膠片，所述支架包括弓形內層和弧形外層，所述弓形內層中間設有通孔，固定磁鐵，所述弧形外層中間通過斜面結構和變摩擦片的臺階面配合，固定變摩擦片，所述變摩擦片外側面粘貼有橡膠片，變摩擦片內側面凹孔粘貼鐵片，所述支架端部的內外層之間設有扭簧，所述變腿長機構包括柔性支架、形狀記憶合金絲纏繞支架、形狀記憶合金絲、導軌框架、形狀記憶合金彈簧、不銹鋼導向管、金屬彈簧，所述柔性支架包括頂端支架、中間支架、底端支架和貫穿于支架間的超彈性形狀記憶合金和彎曲傳感器，所述頂端支架與變摩擦機構連接，所述底端支架與形狀記憶合金絲纏繞支架連接，形狀記憶合金絲通過滑輪分布于形狀記憶合金絲纏繞支架的上下表面，形狀記憶合金絲穿過底端支架、中間支架、頂端支架后固定，所述導軌框架頂部開有與柔性支架相配的通孔，柔性支架穿過導軌框架后，導軌框架套設在形狀記憶合金絲纏繞支架外，導軌框架底部與形狀記憶合金絲纏繞支架底部間對稱設有形狀記憶合金彈簧，導軌框架底部對稱設有金屬彈簧，尼龍線一端固定在形狀記憶合金絲纏繞支架上，另一端穿過固定于導軌框架頂部的滑輪后與金屬彈簧連接，所述導軌框架內設有不銹鋼導向管。

在上述技術方案中，所述變摩擦機構支架的弧形外層上開有三個方形孔，2個邊孔用于去除多余材料，減輕支架重量，中間方孔用于固定變摩擦片。

在上述技術方案中，所述超彈性形狀記憶合金與頂端支架、中間支架、底端支架接觸處設有柔性導管。

在上述技術方案中，所述形狀記憶合金絲與頂端支架、中間支架、底端支架接觸處設有隔熱導管。

在上述技術方案中，所述變摩擦機構與變腿長機構通過柔性支架的頂端支架連接后，構成可伸縮腿部機構，2個可伸縮腿部機構通過上下疊放粘連后，構成柔性爬行機器人。