[实用新型]一种仿生爬行装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种爬行驱动新机构，特别涉及一种能实现蠕动爬行及改变蠕动爬行方向，并能避障或跨越障碍的驱动机构。

背景技术

仿生机器人诞生以来，对工业生产、民用事业和国防科技等各个方面都产生了深远的影响，也出现了很多形式的仿生机器人，如机器人昆虫、仿蛇机器人，机器人苍蝇等。除仿生机器人之外，各种仿生功能部件如气动人工肌肉、形状记忆合金等也都应用在仿生机器人的研究中。

基于仿生学研究的移动机器人、爬行机器人、爬壁机器人等，其驱动机构的形式有气动人工肌肉、SMA驱动、齿轮驱动、连杆驱动、气缸或油缸驱动、轮式驱动、履带驱动等，它们各有特点，如气动人工肌肉驱动体积小、重量轻，但需要解决气源携带问题；SMA驱动同样体积小、重量轻，安装方便，但其伸缩位移小，一般用于微机器人的驱动；齿轮驱动、连杆驱动、气缸或油缸驱动等具有重量重，体积大的特点，实现多自由度运动控制系统复杂等不利因素。

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。

实用新型内容

本实用新型正是从生物蠕动爬行得到启发，提出一种蠕动爬行驱动的新机构。

本实用新型的技术方案是：一种仿生爬行装置，其特征在于设有含有曲面壳的若干个伸缩体节和一个控制体节，各个体节的曲面壳在圆周方向开有均布的4个小孔，体节与体节之间通过弹性绳连接。

所述的伸缩体节包括两个等曲率曲面壳、伸缩器和单向轮，两个曲面壳之间装有伸缩器，单向轮安装连接在伸缩体节的底部，伸缩器的伸缩导致两曲面壳发生相对运动。

所述的控制体节包括两个曲面壳、控制器、弹性绳和单向轮，控制器安装在两个曲面壳之间，控制器连接弹性绳，单向轮安装连接在控制体节的底部。

由伸缩体节和控制体节组成仿生蠕动体节，伸缩体节模仿蠕虫的体节，伸缩器的伸缩引起两曲面壳的相对运动，伸缩体节支撑在单向轮上，单向轮向前可以滚动，向后则自锁，若发生运动，则只能是滑移。弹性绳一方面用于储存能量，在伸缩体节收缩时，释放能量，拖动体节向前运动；另一方面，通过控制体节改变弹性绳的长度、控制伸缩体节的受力状况，改变伸缩体节之间的贴合程度。

本实用新型的特色和创新之处在于采用弹性储能和单向轮反向制动的原理，实现仿生蠕动爬行，并能通过改变弹性绳的长度来控制仿生蠕动爬行，实现仿生蠕动爬行方向的改变以避障或跨越障碍。

本实用新型具有广泛的应用价值，在其上安装电磁吸盘或真空吸盘，可以作为爬壁或爬墙机器人新的行走驱动机构；也可以在其上安装独立驱动的行走轮，实现移动机器人在平坦路面上用行走轮行驶，在遇障时使用该机构越障；也可以作为仿鱼机器人、仿虾机器人、仿扑翼飞行机器人新的驱动机构；也可以模拟人体以及动物的脊椎运动；在其上安装夹持机构，可以实现爬管、爬树、爬绳的功能，也可以通过变形实现在弯管内蠕动爬行；也可以作为仿蟹机器人、仿昆虫机器人的腿或足的功能部件。

附图说明

图1是本实用新型的伸缩体节结构示意图；

图2是本实用新型的控制体节结构示意图；

图3-1是本实用新型的仿生蠕动爬行初始状态示意图；

图3-2是本实用新型的仿生蠕动爬行伸展前行状态示意图；

图3-3是本实用新型的仿生蠕动爬行收缩到初始状态的示意图；

图4是本实用新型的仿生蠕动爬行方向改变示意图；

图5是本实用新型的仿生蠕动爬行跨越台阶障碍过程示意图。

图中：1曲面壳、2伸缩器、3控制器、4弹性绳、5单向轮。

具体实施方式

如图1、图2所示，仿生蠕动爬行机构的伸缩体节和控制体节，仿生蠕动爬行机构由若干个伸缩体节和一个控制体节组成，各个体节的曲面壳在圆周方向开有均布的4个小孔，体节与体节之间通过弹性绳连接。伸缩体节由两个等曲率曲面壳、伸缩器和单向轮等构成，两个曲面壳之间装伸缩器，单向轮安装连接在伸缩体节的底部，伸缩器的伸缩导致两曲面壳发生相对运动。控制体节由两个曲面壳、控制器、弹性绳和单向轮等构成，控制器安装在两个曲面壳之间，控制器连接弹性绳，单向轮安装连接在控制体节的底部。