专利名称：一种基于力反馈的仿生蠕动爬行机器人的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种力反馈仿生爬行机器人，特别涉及一种基于力反馈的仿生蠕动爬 行机器人。
背景技术：
基于仿生学研究蠕虫的躯体是由许多彼此相似而又重复排列的部分构成，即体 节，当向前爬行时，部分带附肢的体节吸附或夹持在地面、墙面、树枝、叶等物体的表面上， 通过改变神经系统控制前体节抬起、肌肉伸展、落下、吸附或夹持，然后松开吸附或夹持的 体节，再通过肌肉收缩带动后体节前移，实现蠕动爬行。在本发明之前，现有的仿生蠕动爬行机器人主要是依靠电机驱动螺杆机构，控制 绳索长度来收缩或伸展有关伸缩体节，并借助单向轮的作用，来实现机器人蠕动爬行，但由 于采用螺杆机构，它存在着行程短，收缩和伸展绳索的长度有限，结构尺寸大，且由于没有 力检测装置，造成电机拉断绳索或使电机损坏等缺陷。
发明内容
本发明目的就是为了克服上述缺陷，研制一种基于力反馈的仿生蠕动爬行机器 人。本发明的技术方案是一种基于力反馈的仿生蠕动爬行机器人，其主要技术特征在于柔索力检测机构安 装在第一节伸缩体节的伸缩体节左曲面壳体和第八节伸缩体节的伸缩体节右曲面壳体上， 下柔索的一端与柔索力检测机构的穿索板固联，其另一端穿过各伸缩体节、控制体节与蜗 轮输出轴连接，多个伸缩体节分别安装在多个防倒退机构上，控制体节安装在第一防倒退 机构上。本发明的优点和效果在于一种基于力反馈的仿生蠕动爬行机器人，采用控制体节、多个伸缩体节、多个防倒 退机构及柔索力检测机构组成了一种新型仿生蠕动爬行机器人。它克服了采用螺杆机构，存在着行程短，收缩和伸展绳索的长度有限，结构尺寸 大，且由于没有力检测装置，造成电机拉断绳索或使电机损坏等缺陷。本发明的其他优点和效果将在下面继续描述。
图1—一本发明结构原理示意图。
图2—一图1中A-A向视图。
图3—一本发明中的控制体节示意图。
图4—一图2中B-B剖视图。
图5—一本发明中的伸缩体节伸展时示意图。
图6——本发明中的伸缩体节伸缩时示意图。图7——本发明中的防倒退机构示意图。图8——图7中的防倒退机构C-C剖视图。图9——本发明中的柔索力检测机构示意图。图10——本发明爬行运动示意图。图11——本发明向上弯曲抬起示意图。图12——本发明越障示意图。图中第一伸缩体节1、第二伸缩体节2、第三伸缩体节3、第四伸缩体节4、第五伸 缩体节5、第六伸缩体节6、第七伸缩体节7、第八伸缩体节8、控制体节9、第一防倒退机构 10、柔索力检测机构11、上柔索12、左柔索13、右柔索14、下柔索15、左曲面壳体16、蜗轮蜗 杆箱17、蜗轮18、平键19、蜗杆20、固定螺钉21、左连接板22、电机23、右连接板24、右曲面 壳体25、电机固定螺钉26、蜗轮输出轴27、连接杆28、电机输出轴29、伸缩体节左曲面壳体 30、左弹簧座31、伸缩体节左曲面壳体30的孔32、弹簧33、导向柱34、右弹簧座35、伸缩体 节右曲面壳体36、伸缩体节右曲面壳体36上孔37、左固定螺母38、左轮39、左固定销40、轮 轴41、支撑架42、棘轮43、轮轴固定螺钉44、支撑架销45、安装架46、右固定销47、右轮48、 右固定螺母49、棘爪50、棘爪转动销51、棘爪前端52、棘轮槽53、穿索板54、穿索板螺钉55、 力传感器56、输出组件57、压板58、第二防倒退机构59、第三防倒退机构60、第四防倒退机 构61、第五防倒退机构62、第六防倒退机构63、第七防倒退机构64、第八防倒退机构65、第 九防倒退机构66。
具体实施例方式如图1、图2所示本发明由控制体节9、第一伸缩体节1、第二伸缩体节2、第三伸缩体节3、第四伸缩 体节4、第五伸缩体节5、第六伸缩体节6、第七伸缩体节7、第八伸缩体节8、第一防倒退机构 10、第二防倒退机构59、第三防倒退机构60、第四防倒退机构61、第五防倒退机构62、第六 防倒退机构63、第七防倒退机构64、第八防倒退机构65、第九防倒退机构66及柔索力检测 机构11组成。其位置关系是第一伸缩体节1、第二伸缩体节2、第三伸缩体节3、第四伸缩体节4排列在控制体 节9的左边，第五伸缩体节5、第六伸缩体节6、第七伸缩体节7、第八伸缩体节8排列在控制 体节9的右边，控制体节9通过连接杆28与第一防倒退机构10的安装架46固联，且第一 防倒退机构10位于连接杆28的中部；第一伸缩体节1、第二伸缩体节2、第三伸缩体节3、 第四伸缩体节4、第五伸缩体节5、第六伸缩体节6、第七伸缩体节7、第八伸缩体节8通过各 自的左曲面壳体30的底部分别与第二防倒退机构59、第三防倒退机构60、第四防倒退机构 61、第五防倒退机构62、第六防倒退机构63、第七防倒退机构64、第八防倒退机构65、第九 防倒退机构66的安装架46固联；柔索力检测机构11分别安装在第一伸缩体节1的伸缩体 节左曲面壳体30和第八伸缩体节8的伸缩体节右曲面壳体36上；下柔索15的一端与柔索 力检测机构11的穿索板54固联，另一端穿过第一伸缩体节1、第二伸缩体节2、第三伸缩体 节3、第四伸缩体节4、第五伸缩体节5、第六伸缩体节6、第七伸缩体节7、第八伸缩体节8上的伸缩体节左曲面壳体30上的孔32、伸缩体节右曲面壳体36上的孔37，到达控制体节9 的蜗轮驱动轴27，并与之固联，上柔索12、左柔索13、右柔索14的连接方式与下柔索15的 连接方式相同。如图3、图4所示控制体节9包括左、右两个部分组成，其结构相同，左、右两部分各安装有4组电机 驱动的蜗轮蜗杆机构，下面以一组电机及蜗轮蜗杆机构说明其组成。控制体节9由左曲面壳体16、右曲面壳体25、蜗轮蜗杆箱17、蜗轮18、平键19、蜗 轮输出轴27、蜗杆20、固定螺钉21、左安装板22、电机23、连接杆28、电机固定螺钉26、右安 装板24组成。其位置关系是电机23通过电机固定螺钉26安装在左安装板22上，而蜗轮蜗杆 箱17通过固定螺钉21安装在左安装板22上，左安装板22、右安装板24通过连接杆28分 别与左曲面壳体16、右曲面壳体25固定，电机输出轴29与蜗杆20相连，蜗杆20安装在蜗 轮蜗杆箱17上，蜗轮18通过平键19安装在蜗轮输出轴27上，蜗轮输出轴27安装在蜗轮 蜗杆箱17上。如图5、图6所示伸缩体节包括左、右两个相对运动的部分，两部分由在圆周方向均布的多个导向 柱34连接。伸缩体节由伸缩体节左曲面壳体30、伸缩体节右曲面壳体36、左弹簧座31、右 弹簧座34、弹簧33、导向柱34组成。其位置关系如下伸缩体节左曲面壳体30、伸缩体节右曲面壳体36通过导向柱34相连，导向柱34 一端固定安装在伸缩体节右曲面壳体36上，另一端与伸缩体节左曲面壳体30上的孔32配 合，形成滑动，导向柱34中空，右弹簧座35安装在导向柱34内部右端，左弹簧座31安装在 伸缩体节左曲面壳体30的孔32中，弹簧33安装在左弹簧座31、右弹簧座35之间。如图7、图8所示防倒退机构包括左固定螺母38、右固定螺母49、左轮39、右轮48、左固定销40、右 固定销47、轮轴41、支撑架42、棘轮43、棘轮固定螺钉44、支撑架销45、安装架46、棘爪50 和棘爪转动销51构成。其位置关系如下左轮39、右轮48分别安装在轮轴41的两端，分别由左固定螺母 38、左固定销40和右固定螺母49、右固定销47固定；棘轮43安装在轮轴41上，由棘轮固 定螺钉44固定，轮轴41上安装有支撑架42，支撑架42由支撑架销45与安装架46固定，棘 爪50通过棘爪转动销51安装在支撑架42上。如图9所示柔索力检测机构11由穿索板54、穿索板螺钉55、力传感器56、输出组件57、压板 58组成。其位置关系是力传感器56安装在第一伸缩体节1的伸缩体节左曲面壳体30上， 压板58压在力传感器56上，并通过穿索板螺钉55与穿索板54相连，下柔索15的一端与 穿索板54固联，另一端与控制体节9的蜗轮输出轴27固联相连。本发明应用时说明当电机控制蜗轮18转动时，收紧上柔索12、左柔索13、右柔索14、下柔索15时，通过穿索板54，拉紧穿索板螺钉55，带动压板58压紧在力传感器56上，由于力传感器56受 压，通过力传感输出组件57得到输出力的大小。当控制体节9控制上柔索12、左柔索13、右柔索14、下柔索15受力相等时，第一伸 缩体节1、第二伸缩体节2、第三伸缩体节3、第四伸缩体节4、第五伸缩体节5、第六伸缩体节 6、第七伸缩体节7、第八伸缩体节8呈直线排列；当控制第一伸缩体节1、第二伸缩体节2、 第三伸缩体节3、第四伸缩体节4、第五伸缩体节5、第六伸缩体节6、第七伸缩体节7、第八 伸缩体节8收缩时，由于第一防倒退机构10、第二防倒退机构59、第三防倒退机构60、第四 防倒退机构61、第五防倒退机构62、第六防倒退机构63、第七防倒退机构64、第八防倒退机 构65、第九防倒退机构66的作用，第一伸缩体节1、第二伸缩体节2、第三伸缩体节3、第四 伸缩体节4、第五伸缩体节5、第六伸缩体节6、第七伸缩体节7、第八伸缩体节8 一起向左运 动，同时弹簧33储存能量；当控制第一伸缩体节1、第二伸缩体节2、第三伸缩体节3、第四 伸缩体节4、第五伸缩体节5、第六伸缩体节6、第七伸缩体节7、第八伸缩体节8伸展时，弹 簧33释放能量，同样由于第一防倒退机构10、第二防倒退机构59、第三防倒退机构60、第四 防倒退机构61、第五防倒退机构62、第六防倒退机构63、第七防倒退机构64、第八防倒退机 构65、第九防倒退机构66的作用，通过上柔索12、左柔索13、右柔索14、下柔索15拖动第 一伸缩体节1、第二伸缩体节2、第三伸缩体节3、第四伸缩体节4、第五伸缩体节5、第六伸缩 体节6、第七伸缩体节7、第八伸缩体节8向第一伸缩体节1靠近，从而实现蠕动爬行。当控制体节9控制柔索即上柔索12、左柔索13、右柔索14、下柔索15受力不等时， 如上柔索12收紧，左柔索13、右柔索14受力相等，下柔索15松开，但下柔索15仍然保持一 定的弹性拉力，则第一伸缩体节1、第二伸缩体节2、第三伸缩体节3、第四伸缩体节4向上侧 弯曲抬起，为避让或爬越障碍提供了可能，如图10所示。若使左柔索13收紧，右柔索14放松，但右柔索14仍然保持一定的弹性拉力，就可 以实现蠕动爬行向左，如图11所示。图12是该爬行机器人跨越障碍的示意图。
权利要求
一种基于力反馈的仿生蠕动爬行机器人，其特征在于柔索力检测机构安装在第一节伸缩体节的伸缩体节左曲面壳体和第八节伸缩体节的伸缩体节右曲面壳体上，下柔索的一端与柔索力检测机构的穿索板固联，其另一端穿过各伸缩体节、控制体节与蜗轮输出轴连接，多个伸缩体节分别安装在多个防倒退机构上，控制体节安装在第一防倒退机构上。
2.根据权利要求1所述的一种基于力反馈的仿生蠕动爬行机器人，其特征在于控制体 节左、右两个部分各安装有4组电机驱动的蜗轮蜗杆机构，电机、蜗轮蜗杆箱安装在左安装 板上，左安装板、右安装板通过连接杆分别与左曲面壳体、右曲面壳体固定，电机输出轴与 蜗杆连接，蜗杆、蜗轮输出轴安装在蜗轮蜗杆箱上，蜗轮安装在蜗轮输出轴上。
3.根据权利要求1所述的一种基于力反馈的仿生蠕动爬行机器人，其特征在于伸缩体 节有左、右两个相对运动部分，两部分由在圆周方向均布的多个导向柱连接，导向柱一端固 定在伸缩体节的伸缩体节右曲面壳体上，另一端与伸缩体节左曲面壳体上的孔配合，形成 滑动，导向柱中空，右弹簧座安装在导向柱内部右端，左弹簧座安装在伸缩体节左曲面壳体 的孔中，弹簧安装在左弹簧座、右弹簧座之间。
4.根据权利要求1所述的一种基于力反馈的仿生蠕动爬行机器人，其特征在于防倒退 机构的左轮、右轮分别安装在轮轴的两端，棘轮安装在轮轴上，轮轴上有支撑架，棘爪通过 棘爪转动销安装在支撑架上。
5.根据权利要求1所述的一种基于力反馈的仿生蠕动爬行机器人，其特征在于多个伸 缩体节分别安装在多个防倒退机构上是指第一伸缩体节安装在第二防倒退机构上，第二伸 缩体节安装在第三防倒退机构上，第三伸缩体节安装在第四防倒退机构上，第四伸缩体节 安装在第五防倒退机构上，第五伸缩体节安装在第六防倒退机构上，第六伸缩体节安装在 第七防倒退机构上，第七伸缩体节安装在第八防倒退机构上，第八伸缩体节安装在第九防 倒退机构上。全文摘要
本发明涉及一种基于力反馈的仿生蠕动爬行机器人。结构是柔索力检测机构安装在第一节伸缩体节的伸缩体节左曲面壳体和第八节伸缩体节的伸缩体节右曲面壳体上，下柔索的一端与柔索力检测机构的穿索板固联，其另一端穿过各伸缩体节、控制体节与蜗轮输出轴连接，多个伸缩体节分别安装在多个防倒退机构上，控制体节安装在第一防倒退机构上。解决了现有的仿生蠕动爬行机器人存在的采用螺杆机构导致的行程短、收缩和伸展绳索的长度有限、结构尺寸大、电机拉断绳索或电机损坏等缺陷。本发明基于力反馈的仿生蠕动爬行机器人，采用控制体节、多个伸缩体节、多个防倒退机构及柔索力检测机构组成了一种新型仿生蠕动爬行机器人。
文档编号B62D57/02GK101913388SQ20101021680
公开日2010年12月15日 申请日期2010年7月5日 优先权日2010年7月5日
发明者张颖, 朱兴龙 申请人:扬州大学