專利名稱：一種蛇形機器人的電磁式八向獨立可伸縮輪式機構的制作方法
技術領域：
本發明涉及機器人研究和工程領域，特別涉及一種蛇形機器人的電磁式八向獨立可伸縮輪式機構。
背景技術：
蛇形機器人具有以下優點結構合理、控制靈活、性能可靠、可擴展性強、適應性強等。蛇形機器人由于其天生的多關節、多自由度，多冗余自由度，可以有多種運動模式，因而迎合了一些市場的需求。目前已有的蛇形機器人機構，都是針對于蛇形的傳統運動形式進行設計，隨著仿生技術的進步和結構設計的高度細化，世界上一些先進的蛇形機器人已經能夠達到甚至超過自然界蛇的一些運動能力，但是與輪式運動相比，傳統蛇形運動在一定程度上限制了蛇體的運動速度，復雜地形環境下的運行能力也因此受到限制。在已有發明中，蛇形機器人的設計都是將輪固定在蛇體外緣來輔助蛇形機器人的蜿蜒等傳統運動，像東京工業大學的ACM-R5水陸兩棲機器人，中科院沈陽自動化研究所設計的專利號為200820231889. 4的水陸兩棲蛇形機器人，中南大學學生設計的專利號為200920313939. 8的一種多功能蛇形機器人都是固定輪設計。

發明內容
本發明的目的是針對當前的蛇形機器人運動形式的特點和不足，提出一種電磁式八向獨立可伸縮輪式機構，能有效提升其運行速度，減少對機器人外殼或者皮膚的不必要磨損，延長其使用壽命。為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是
本發明的蛇形機器人的電磁式八向獨立可伸縮輪式機構包括外殼，伸縮輪孔，伸縮輪，連接盤，重力傳感裝置和內部伸縮機構；外殼為圓柱形空腔，外殼的前端安裝有重力傳感裝置，外殼上均勻分布著八個所述伸縮輪孔，其分別對應著內部八個伸縮輪，內部伸縮機構安裝在基座上，基座上均勻分布著八個等長等深的滑槽，滑槽內安裝了內部伸縮機構的其它部件，包括推拉桿、電磁鐵裝置、永磁滑塊和伸縮軸；伸縮軸分為外軸、中軸和內軸三部分，電磁鐵裝置和永磁滑塊通過嵌套式結構與滑槽連接以防止脫落且能保證永磁滑塊的自由滑動，推拉桿兩端通過連接器件分別與永磁滑塊、伸縮軸相連，伸縮輪則安裝在伸縮軸頂部的支架上。進一步地，基座為圓柱體空腔結構，其與外殼同心，基座的兩側分別由連接盤固定，該可伸縮輪式機構包含均勻分布的八個伸縮輪，伸縮輪彼此間隔45度。進一步地，重力傳感裝置的連接面為正八邊形，其八個角分別對應于八個伸縮輪。進一步地，重力傳感裝置的中心為空心圓柱體，其截面圓的直徑與基座截面圓的直徑相同。進一步地，連接盤中心為空心圓，其直徑與基座以及重力傳感裝置的截面圓的直徑相同。
進一步地，電磁鐵裝置固定在基座的滑槽內，以伸縮軸為中心，滑槽兩側分別對稱安裝兩組電磁鐵裝置，永磁滑塊通過推拉桿固定在滑槽內。本發明整體上把伸縮輪的運動功能作為蛇形機器人傳統運動方式的補充和輔助進行設計，利用感應裝置實現實時重力方向的辨別，根據感應器和伸縮輪的對應關系實現蛇形機器人底部所對應輪子的伸縮。對每個伸縮輪采用獨立上電控制，無論機器人位置如何，總能保證在不需要扭轉身體的前提下正常行進，從而提高機器人的運行速度。本發明的優點是為機器人提供了一種電磁式的八向獨立可伸縮輪式機構，該機構通過重力感應式實時辨別、電磁動力式可伸縮輪式設計，獨立對應雙輪平衡式伸縮，獨立環節控制和供電，控制形式簡單，傳感、控制擴展和變更性強，具有裝置簡單，加工方便，易于實現的特點。可用于機器人在翻滾時無需區分蛇身正側角度，快速響應，八向隨動，能有效提聞其運行速度。


圖1為機構外殼和伸縮機構組裝位置示意 圖2為內部伸縮機構示意 其中I外殼，2伸縮輪孔，3伸縮輪，4連接盤，5重力傳感裝置，6推拉桿，7電磁鐵裝置，8永磁滑塊，9基座，10伸縮軸。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明作進一步詳細說明。如圖1所示，本發明的可伸縮輪式機構主要由外殼1、伸縮輪孔2、伸縮輪3、連接盤4、重力傳感裝置5和內部伸縮機構組成。外殼I的殼體表面均勻分布著八個伸縮輪孔2。殼體兩端分別設有連接螺孔，通過連接盤4將內部伸縮機構和外殼I以及重力傳感裝置5連接起來。重力傳感裝置5的連接面為正八邊形，其八個角分別對應于八個伸縮輪3，重力傳感裝置5的中心為空心圓柱體，連接盤4中心為空心圓。內部伸縮機構如圖2所示，主要由基座9、電磁伸縮輪裝置組成，電磁伸縮輪裝置包括推拉桿6、電磁鐵裝置7、永磁滑塊8、伸縮軸10。基座9為圓柱體空腔結構，其與外殼I同心布置，基座9的兩側分別由連接盤4固定，基座9截面圓的直徑與重力傳感裝置5截面圓的直徑相同。連接盤4空心圓的直徑與基座9以及重力傳感裝置5的截面圓的直徑相同。基座9上有八個等長等深的滑槽，并且沿基座9空腔對稱分布，每個滑槽中心有伸縮軸10的安裝孔，用于伸縮軸10的固定。每個滑槽都在相應的位置設有嵌套結構，用來安裝電磁鐵裝置7和永磁滑塊8以防止其自由滑動或脫離。每個滑槽安裝有相應的電磁驅動伸縮機構，在滑槽的兩側和伸縮軸10兩側分別安裝兩塊電磁鐵裝置7，兩個推拉桿6，每個推拉桿6的一端連接伸縮軸10，另一端連接在永磁滑塊8上。八個均勻分布的伸縮輪3分別安裝在各自伸縮軸10頂部的支架上，這八個伸縮輪3彼此間隔45度設置。當伸縮輪3伸出時，控制線圈的上電方向使滑槽中間的電磁鐵裝置7吸引永磁滑塊8，滑槽兩側的電磁鐵裝置7排斥永磁滑塊8，從而給永磁滑塊8足夠的吸引力沿滑槽運動，實現伸縮輪3的伸出；當伸縮輪3縮回時，控制線圈的上電方向使滑槽兩側的電磁鐵裝置7吸引永磁滑塊8，中間的電磁鐵裝置7排斥永磁滑塊8，實現伸縮輪3的縮回。為了增加對伸縮軸10的作用力，在兩側分別設計相同的磁力推拉裝置，每個磁力推拉裝置都包含兩個電磁鐵裝置7和一個永磁滑塊8，使兩邊的推拉桿6對伸縮軸10的合力總是沿伸縮軸10方向。本發明提供的蛇形機器人的電磁式八向獨立可伸縮輪式機構，具有裝置簡單，力口工容易的特點。當蛇形機器人運動時，通過重力傳感裝置的感應式辨別，將信號傳送給相應方向伸縮機構的電磁鐵裝置，實現對該電磁鐵裝置電磁式獨立上電控制，進而使相應的伸縮輪快速響應伸縮，實現雙輪平衡式伸縮運動。無論機器人處于任何位置，總能保證在不需要扭轉身體的前提下正常行進。在蛇形機器人的傳統運動中，伸縮輪可以作為適應不同地形的輔助；單獨以伸縮輪運動時蛇體可以保持快速滑行狀態，另外伸縮輪還可以根據地形情況更換不同的材質，提高其適應性。
權利要求
1.一種蛇形機器人的電磁式八向獨立可伸縮輪式機構，其特征在于包括外殼(I)，伸縮輪孔(2)，伸縮輪(3)，連接盤(4)，重力傳感裝置(5)和內部伸縮機構；所述外殼(I)為圓柱形空腔，外殼(I)的前端安裝有所述重力傳感裝置(5)，外殼(I)上均勻分布著八個所述伸縮輪孔(2)，其分別對應著內部八個所述伸縮輪(3)，所述內部伸縮機構安裝在基座(9) 上，基座(9)上均勻分布著八個等長等深的滑槽，滑槽內安裝了所述內部伸縮機構的其它部件，包括推拉桿(6)、電磁鐵裝置(7)、永磁滑塊(8)和伸縮軸(10);伸縮軸(10)分為外軸、 中軸和內軸三部分，電磁鐵裝置(7)和永磁滑塊(8)通過嵌套式結構與所述滑槽連接以防止脫落且能保證永磁滑塊(8)的自由滑動，推拉桿(6)兩端通過連接器件分別與永磁滑塊(8)、伸縮軸(10)相連，伸縮輪(3)則安裝在伸縮軸(10)頂部的支架上。
2.根據權利要求1所述的蛇形機器人的電磁式八向獨立可伸縮輪式機構，其特征在于所述基座(9)為圓柱體空腔結構，其與所述外殼(I)同心，基座(9)的兩側分別由所述連接盤(4)固定，所述可伸縮輪式機構包含均勻分布的八個伸縮輪(3)，伸縮輪(3)彼此間隔 45度。
3.根據權利要求1所述的蛇形機器人的電磁式八向獨立可伸縮輪式機構，其特征在于所述重力傳感裝置(5)的連接面為正八邊形，其八個角分別對應于八個所述伸縮輪 (3)。
4.根據權利要求1所述的蛇形機器人的電磁式八向獨立可伸縮輪式機構，其特征在于所述重力傳感裝置(5)的中心為空心圓柱體，且截面圓的直徑與所述基座(9)截面圓的直徑相同。
5.根據權利要求4所述的蛇形機器人的電磁式獨立可伸縮輪式機構，其特征在于所述連接盤(4)中心為空心圓，其直徑與所述基座(9)以及重力傳感裝置(5)的截面圓的直徑相同。
6.根據權利要求1所述的蛇形機器人的電磁式八向獨立可伸縮輪式機構，其特征在于所述電磁鐵裝置(7)固定在所述基座(9)的滑槽內，以伸縮軸(10)為中心，滑槽兩側分別對稱安裝兩組所述電磁鐵裝置(7 )，永磁滑塊(8 )通過推拉桿(6 )固定在滑槽內。
全文摘要
本發明公開了一種蛇形機器人的電磁式八向獨立可伸縮輪式機構，該機構包括外殼、連接盤、重力傳感裝置、伸縮輪孔、伸縮輪、伸縮軸、推拉桿、電磁鐵裝置、永磁滑塊和基座。外殼上均勻分布著八個伸縮輪孔，蛇形機器人在運動過程中，通過重力傳感裝置的控制，觸發電磁鐵裝置工作，永磁滑塊在相應磁力作用下帶動推拉桿，將與觸地的伸縮輪孔相鄰的兩個伸縮輪推出，觸地方向改變時伸縮輪縮回，其相應的伸縮輪再伸出，從而實現蛇形機器人輪式運動中輪子的伸縮功能。該伸縮輪式機構具有裝置簡單，加工容易的特點，能保證機器人在翻轉時快速響應，輪子伸縮迅速，有效提高了機器人的運行速度。
文檔編號B62D57/02GK103010326SQ201210552679
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月19日 優先權日2012年12月19日
發明者李擎, 劉福朝, 李彥文, 蘇中, 劉寧, 付國棟 申請人:北京信息科技大學