專利名稱：一種基于力反饋的仿生蠕動爬行機器人的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種力反饋仿生爬行機器人，特別涉及一種基于力反饋的仿生蠕動爬 行機器人。
背景技術：
基于仿生學研究蠕蟲的軀體是由許多彼此相似而又重復排列的部分構成，即體 節(jié)，當向前爬行時，部分帶附肢的體節(jié)吸附或夾持在地面、墻面、樹枝、葉等物體的表面上， 通過改變神經系統(tǒng)控制前體節(jié)抬起、肌肉伸展、落下、吸附或夾持，然后松開吸附或夾持的 體節(jié)，再通過肌肉收縮帶動后體節(jié)前移，實現(xiàn)蠕動爬行。在本發(fā)明之前，現(xiàn)有的仿生蠕動爬行機器人主要是依靠電機驅動螺桿機構，控制 繩索長度來收縮或伸展有關伸縮體節(jié)，并借助單向輪的作用，來實現(xiàn)機器人蠕動爬行，但由 于采用螺桿機構，它存在著行程短，收縮和伸展繩索的長度有限，結構尺寸大，且由于沒有 力檢測裝置，造成電機拉斷繩索或使電機損壞等缺陷。

發(fā)明內容
本發(fā)明目的就是為了克服上述缺陷，研制一種基于力反饋的仿生蠕動爬行機器 人。本發(fā)明的技術方案是一種基于力反饋的仿生蠕動爬行機器人，其主要技術特征在于柔索力檢測機構安 裝在第一節(jié)伸縮體節(jié)的伸縮體節(jié)左曲面殼體和第八節(jié)伸縮體節(jié)的伸縮體節(jié)右曲面殼體上， 下柔索的一端與柔索力檢測機構的穿索板固聯(lián)，其另一端穿過各伸縮體節(jié)、控制體節(jié)與蝸 輪輸出軸連接，多個伸縮體節(jié)分別安裝在多個防倒退機構上，控制體節(jié)安裝在第一防倒退 機構上。本發(fā)明的優(yōu)點和效果在于一種基于力反饋的仿生蠕動爬行機器人，采用控制體節(jié)、多個伸縮體節(jié)、多個防倒 退機構及柔索力檢測機構組成了一種新型仿生蠕動爬行機器人。它克服了采用螺桿機構，存在著行程短，收縮和伸展繩索的長度有限，結構尺寸 大，且由于沒有力檢測裝置，造成電機拉斷繩索或使電機損壞等缺陷。本發(fā)明的其他優(yōu)點和效果將在下面繼續(xù)描述。


圖1—一本發(fā)明結構原理示意圖。
圖2—一圖1中A-A向視圖。
圖3—一本發(fā)明中的控制體節(jié)示意圖。
圖4—一圖2中B-B剖視圖。
圖5—一本發(fā)明中的伸縮體節(jié)伸展時示意圖。
圖6——本發(fā)明中的伸縮體節(jié)伸縮時示意圖。圖7——本發(fā)明中的防倒退機構示意圖。圖8——圖7中的防倒退機構C-C剖視圖。圖9——本發(fā)明中的柔索力檢測機構示意圖。圖10——本發(fā)明爬行運動示意圖。圖11——本發(fā)明向上彎曲抬起示意圖。圖12——本發(fā)明越障示意圖。圖中第一伸縮體節(jié)1、第二伸縮體節(jié)2、第三伸縮體節(jié)3、第四伸縮體節(jié)4、第五伸 縮體節(jié)5、第六伸縮體節(jié)6、第七伸縮體節(jié)7、第八伸縮體節(jié)8、控制體節(jié)9、第一防倒退機構 10、柔索力檢測機構11、上柔索12、左柔索13、右柔索14、下柔索15、左曲面殼體16、蝸輪蝸 桿箱17、蝸輪18、平鍵19、蝸桿20、固定螺釘21、左連接板22、電機23、右連接板24、右曲面 殼體25、電機固定螺釘26、蝸輪輸出軸27、連接桿28、電機輸出軸29、伸縮體節(jié)左曲面殼體 30、左彈簧座31、伸縮體節(jié)左曲面殼體30的孔32、彈簧33、導向柱34、右彈簧座35、伸縮體 節(jié)右曲面殼體36、伸縮體節(jié)右曲面殼體36上孔37、左固定螺母38、左輪39、左固定銷40、輪 軸41、支撐架42、棘輪43、輪軸固定螺釘44、支撐架銷45、安裝架46、右固定銷47、右輪48、 右固定螺母49、棘爪50、棘爪轉動銷51、棘爪前端52、棘輪槽53、穿索板54、穿索板螺釘55、 力傳感器56、輸出組件57、壓板58、第二防倒退機構59、第三防倒退機構60、第四防倒退機 構61、第五防倒退機構62、第六防倒退機構63、第七防倒退機構64、第八防倒退機構65、第 九防倒退機構66。
具體實施例方式如圖1、圖2所示本發(fā)明由控制體節(jié)9、第一伸縮體節(jié)1、第二伸縮體節(jié)2、第三伸縮體節(jié)3、第四伸縮 體節(jié)4、第五伸縮體節(jié)5、第六伸縮體節(jié)6、第七伸縮體節(jié)7、第八伸縮體節(jié)8、第一防倒退機構 10、第二防倒退機構59、第三防倒退機構60、第四防倒退機構61、第五防倒退機構62、第六 防倒退機構63、第七防倒退機構64、第八防倒退機構65、第九防倒退機構66及柔索力檢測 機構11組成。其位置關系是第一伸縮體節(jié)1、第二伸縮體節(jié)2、第三伸縮體節(jié)3、第四伸縮體節(jié)4排列在控制體 節(jié)9的左邊，第五伸縮體節(jié)5、第六伸縮體節(jié)6、第七伸縮體節(jié)7、第八伸縮體節(jié)8排列在控制 體節(jié)9的右邊，控制體節(jié)9通過連接桿28與第一防倒退機構10的安裝架46固聯(lián)，且第一 防倒退機構10位于連接桿28的中部；第一伸縮體節(jié)1、第二伸縮體節(jié)2、第三伸縮體節(jié)3、 第四伸縮體節(jié)4、第五伸縮體節(jié)5、第六伸縮體節(jié)6、第七伸縮體節(jié)7、第八伸縮體節(jié)8通過各 自的左曲面殼體30的底部分別與第二防倒退機構59、第三防倒退機構60、第四防倒退機構 61、第五防倒退機構62、第六防倒退機構63、第七防倒退機構64、第八防倒退機構65、第九 防倒退機構66的安裝架46固聯(lián)；柔索力檢測機構11分別安裝在第一伸縮體節(jié)1的伸縮體 節(jié)左曲面殼體30和第八伸縮體節(jié)8的伸縮體節(jié)右曲面殼體36上；下柔索15的一端與柔索 力檢測機構11的穿索板54固聯(lián)，另一端穿過第一伸縮體節(jié)1、第二伸縮體節(jié)2、第三伸縮體 節(jié)3、第四伸縮體節(jié)4、第五伸縮體節(jié)5、第六伸縮體節(jié)6、第七伸縮體節(jié)7、第八伸縮體節(jié)8上的伸縮體節(jié)左曲面殼體30上的孔32、伸縮體節(jié)右曲面殼體36上的孔37，到達控制體節(jié)9 的蝸輪驅動軸27，并與之固聯(lián)，上柔索12、左柔索13、右柔索14的連接方式與下柔索15的 連接方式相同。如圖3、圖4所示控制體節(jié)9包括左、右兩個部分組成，其結構相同，左、右兩部分各安裝有4組電機 驅動的蝸輪蝸桿機構，下面以一組電機及蝸輪蝸桿機構說明其組成。控制體節(jié)9由左曲面殼體16、右曲面殼體25、蝸輪蝸桿箱17、蝸輪18、平鍵19、蝸 輪輸出軸27、蝸桿20、固定螺釘21、左安裝板22、電機23、連接桿28、電機固定螺釘26、右安 裝板24組成。其位置關系是電機23通過電機固定螺釘26安裝在左安裝板22上，而蝸輪蝸桿 箱17通過固定螺釘21安裝在左安裝板22上，左安裝板22、右安裝板24通過連接桿28分 別與左曲面殼體16、右曲面殼體25固定，電機輸出軸29與蝸桿20相連，蝸桿20安裝在蝸 輪蝸桿箱17上，蝸輪18通過平鍵19安裝在蝸輪輸出軸27上，蝸輪輸出軸27安裝在蝸輪 蝸桿箱17上。如圖5、圖6所示伸縮體節(jié)包括左、右兩個相對運動的部分，兩部分由在圓周方向均布的多個導向 柱34連接。伸縮體節(jié)由伸縮體節(jié)左曲面殼體30、伸縮體節(jié)右曲面殼體36、左彈簧座31、右 彈簧座34、彈簧33、導向柱34組成。其位置關系如下伸縮體節(jié)左曲面殼體30、伸縮體節(jié)右曲面殼體36通過導向柱34相連，導向柱34 一端固定安裝在伸縮體節(jié)右曲面殼體36上，另一端與伸縮體節(jié)左曲面殼體30上的孔32配 合，形成滑動，導向柱34中空，右彈簧座35安裝在導向柱34內部右端，左彈簧座31安裝在 伸縮體節(jié)左曲面殼體30的孔32中，彈簧33安裝在左彈簧座31、右彈簧座35之間。如圖7、圖8所示防倒退機構包括左固定螺母38、右固定螺母49、左輪39、右輪48、左固定銷40、右 固定銷47、輪軸41、支撐架42、棘輪43、棘輪固定螺釘44、支撐架銷45、安裝架46、棘爪50 和棘爪轉動銷51構成。其位置關系如下左輪39、右輪48分別安裝在輪軸41的兩端，分別由左固定螺母 38、左固定銷40和右固定螺母49、右固定銷47固定；棘輪43安裝在輪軸41上，由棘輪固 定螺釘44固定，輪軸41上安裝有支撐架42，支撐架42由支撐架銷45與安裝架46固定，棘 爪50通過棘爪轉動銷51安裝在支撐架42上。如圖9所示柔索力檢測機構11由穿索板54、穿索板螺釘55、力傳感器56、輸出組件57、壓板 58組成。其位置關系是力傳感器56安裝在第一伸縮體節(jié)1的伸縮體節(jié)左曲面殼體30上， 壓板58壓在力傳感器56上，并通過穿索板螺釘55與穿索板54相連，下柔索15的一端與 穿索板54固聯(lián)，另一端與控制體節(jié)9的蝸輪輸出軸27固聯(lián)相連。本發(fā)明應用時說明當電機控制蝸輪18轉動時，收緊上柔索12、左柔索13、右柔索14、下柔索15時，通過穿索板54，拉緊穿索板螺釘55，帶動壓板58壓緊在力傳感器56上，由于力傳感器56受 壓，通過力傳感輸出組件57得到輸出力的大小。當控制體節(jié)9控制上柔索12、左柔索13、右柔索14、下柔索15受力相等時，第一伸 縮體節(jié)1、第二伸縮體節(jié)2、第三伸縮體節(jié)3、第四伸縮體節(jié)4、第五伸縮體節(jié)5、第六伸縮體節(jié) 6、第七伸縮體節(jié)7、第八伸縮體節(jié)8呈直線排列；當控制第一伸縮體節(jié)1、第二伸縮體節(jié)2、 第三伸縮體節(jié)3、第四伸縮體節(jié)4、第五伸縮體節(jié)5、第六伸縮體節(jié)6、第七伸縮體節(jié)7、第八 伸縮體節(jié)8收縮時，由于第一防倒退機構10、第二防倒退機構59、第三防倒退機構60、第四 防倒退機構61、第五防倒退機構62、第六防倒退機構63、第七防倒退機構64、第八防倒退機 構65、第九防倒退機構66的作用，第一伸縮體節(jié)1、第二伸縮體節(jié)2、第三伸縮體節(jié)3、第四 伸縮體節(jié)4、第五伸縮體節(jié)5、第六伸縮體節(jié)6、第七伸縮體節(jié)7、第八伸縮體節(jié)8 一起向左運 動，同時彈簧33儲存能量；當控制第一伸縮體節(jié)1、第二伸縮體節(jié)2、第三伸縮體節(jié)3、第四 伸縮體節(jié)4、第五伸縮體節(jié)5、第六伸縮體節(jié)6、第七伸縮體節(jié)7、第八伸縮體節(jié)8伸展時，彈 簧33釋放能量，同樣由于第一防倒退機構10、第二防倒退機構59、第三防倒退機構60、第四 防倒退機構61、第五防倒退機構62、第六防倒退機構63、第七防倒退機構64、第八防倒退機 構65、第九防倒退機構66的作用，通過上柔索12、左柔索13、右柔索14、下柔索15拖動第 一伸縮體節(jié)1、第二伸縮體節(jié)2、第三伸縮體節(jié)3、第四伸縮體節(jié)4、第五伸縮體節(jié)5、第六伸縮 體節(jié)6、第七伸縮體節(jié)7、第八伸縮體節(jié)8向第一伸縮體節(jié)1靠近，從而實現(xiàn)蠕動爬行。當控制體節(jié)9控制柔索即上柔索12、左柔索13、右柔索14、下柔索15受力不等時， 如上柔索12收緊，左柔索13、右柔索14受力相等，下柔索15松開，但下柔索15仍然保持一 定的彈性拉力，則第一伸縮體節(jié)1、第二伸縮體節(jié)2、第三伸縮體節(jié)3、第四伸縮體節(jié)4向上側 彎曲抬起，為避讓或爬越障礙提供了可能，如圖10所示。若使左柔索13收緊，右柔索14放松，但右柔索14仍然保持一定的彈性拉力，就可 以實現(xiàn)蠕動爬行向左，如圖11所示。圖12是該爬行機器人跨越障礙的示意圖。
權利要求
一種基于力反饋的仿生蠕動爬行機器人，其特征在于柔索力檢測機構安裝在第一節(jié)伸縮體節(jié)的伸縮體節(jié)左曲面殼體和第八節(jié)伸縮體節(jié)的伸縮體節(jié)右曲面殼體上，下柔索的一端與柔索力檢測機構的穿索板固聯(lián)，其另一端穿過各伸縮體節(jié)、控制體節(jié)與蝸輪輸出軸連接，多個伸縮體節(jié)分別安裝在多個防倒退機構上，控制體節(jié)安裝在第一防倒退機構上。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種基于力反饋的仿生蠕動爬行機器人，其特征在于控制體 節(jié)左、右兩個部分各安裝有4組電機驅動的蝸輪蝸桿機構，電機、蝸輪蝸桿箱安裝在左安裝 板上，左安裝板、右安裝板通過連接桿分別與左曲面殼體、右曲面殼體固定，電機輸出軸與 蝸桿連接，蝸桿、蝸輪輸出軸安裝在蝸輪蝸桿箱上，蝸輪安裝在蝸輪輸出軸上。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種基于力反饋的仿生蠕動爬行機器人，其特征在于伸縮體 節(jié)有左、右兩個相對運動部分，兩部分由在圓周方向均布的多個導向柱連接，導向柱一端固 定在伸縮體節(jié)的伸縮體節(jié)右曲面殼體上，另一端與伸縮體節(jié)左曲面殼體上的孔配合，形成 滑動，導向柱中空，右彈簧座安裝在導向柱內部右端，左彈簧座安裝在伸縮體節(jié)左曲面殼體 的孔中，彈簧安裝在左彈簧座、右彈簧座之間。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種基于力反饋的仿生蠕動爬行機器人，其特征在于防倒退 機構的左輪、右輪分別安裝在輪軸的兩端，棘輪安裝在輪軸上，輪軸上有支撐架，棘爪通過 棘爪轉動銷安裝在支撐架上。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種基于力反饋的仿生蠕動爬行機器人，其特征在于多個伸 縮體節(jié)分別安裝在多個防倒退機構上是指第一伸縮體節(jié)安裝在第二防倒退機構上，第二伸 縮體節(jié)安裝在第三防倒退機構上，第三伸縮體節(jié)安裝在第四防倒退機構上，第四伸縮體節(jié) 安裝在第五防倒退機構上，第五伸縮體節(jié)安裝在第六防倒退機構上，第六伸縮體節(jié)安裝在 第七防倒退機構上，第七伸縮體節(jié)安裝在第八防倒退機構上，第八伸縮體節(jié)安裝在第九防 倒退機構上。全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于力反饋的仿生蠕動爬行機器人。結構是柔索力檢測機構安裝在第一節(jié)伸縮體節(jié)的伸縮體節(jié)左曲面殼體和第八節(jié)伸縮體節(jié)的伸縮體節(jié)右曲面殼體上，下柔索的一端與柔索力檢測機構的穿索板固聯(lián)，其另一端穿過各伸縮體節(jié)、控制體節(jié)與蝸輪輸出軸連接，多個伸縮體節(jié)分別安裝在多個防倒退機構上，控制體節(jié)安裝在第一防倒退機構上。解決了現(xiàn)有的仿生蠕動爬行機器人存在的采用螺桿機構導致的行程短、收縮和伸展繩索的長度有限、結構尺寸大、電機拉斷繩索或電機損壞等缺陷。本發(fā)明基于力反饋的仿生蠕動爬行機器人，采用控制體節(jié)、多個伸縮體節(jié)、多個防倒退機構及柔索力檢測機構組成了一種新型仿生蠕動爬行機器人。
文檔編號B62D57/02GK101913388SQ20101021680
公開日2010年12月15日 申請日期2010年7月5日 優(yōu)先權日2010年7月5日
發(fā)明者張穎, 朱興龍 申請人:揚州大學