[实用新型]一种蠕动类多步态机器人

说明书

本实用新型涉及一种蠕动类多步态机器人，属于蠕动机器人领域。包括一个头部模块、三个或三个以上相同的三自由度连接关节和运动模块，其中一个三自由度连接关节两端分别与该头部模块和运动模块连接，其余三自由度连接关节两端分别与两个运动模块连接。优点是结构新颖，从仿生角度入手，以生物完成动作所需的功能单元展开设计，结合蛇类蜿蜒和蚯蚓蠕动两种步态，因此机器人可根据实际的工作环境切换选择最适步态，提高了机器人对狭小复杂空间的适应能力。

技术领域

本实用新型属于蠕动机器人领域。

背景技术

蠕动机器人是当今研究的热点之一，其基于蛇类、蚯蚓、尺蠖等生物的运动原理，运动较为灵活，对复杂环境的适应性更强，相对于传统的轮式、履带式等机器人可以进入更为狭小的空间作业，因此更适合于地震废墟探测救援等狭小复杂的工况，有着十分广阔的应用前景和开发潜力。目前主流的适应狭小空间作业的机器人依据其仿生的生物种类可以分为三类：仿蛇形机器人、仿尺蠖机器人和仿蚯蚓机器人。

对于仿蛇形机器人，其最典型的蜿蜒运动是蛇类常见运动形式中效率最高速度最快的一种，但对于小于自身弯曲所需空间的狭窄路径，步态无法开展，其运动速率和效率便会大大下降。而蚯蚓的伸缩运动方式，在机器人同等大小尺寸下其适应的运动空间更小，运动效率较高，但在较为开阔的环境下，其运动速率却不如蛇类蜿蜒运动。现阶段，一些仿蛇形机器人已经用于灾害救援中，但由于其运动原理的固有约束，在一些狭小工况下无法高效工作。而由于设计等问题，仿蚯蚓式蠕动机器人系统的应用价值还仍停留在人工特定规则环境的层面上，主要集中在管道探测和医疗上，并没有应用于较为复杂恶劣的工况下。

总的来说，仿蚯蚓机器人和仿蛇形机器人两者在各自步态下均存在着一定的局限性，无法适应更为苛刻复杂的工作环境，而将蛇类步态与蚯蚓蠕动步态两者综合应用是解决上述问题的有效方法。中国专利《具有蠕动和摆动功能的蛇形机器人》，专利号201410075903.6，在蛇形摆动运动基础上增加了类似蚯蚓的蠕动运动功能，蠕动运动由中间蠕动部的伸缩运动实现。但从仿生学角度入手，蚯蚓蠕动运动需要纵环肌与刚毛的相互配合，纵环肌实现伸缩，刚毛提供摩擦制动，反观该专利提出的具有蠕动和摆动功能的蛇形机器人，只有对应伸缩运动的蠕动部，而没有提供摩擦制动的单元，由此会使机器人在蠕动运动过程中出现打滑甚至无法行走的可能。《一种可伸缩蛇形机器人》公开号CN103341855A，提出机器人可完成蛇类的蜿蜒运动，也可实现大型蟒蛇的伸缩蠕动，但大型蟒蛇的伸缩运动同样需要身体撑地提供的摩擦制动，此功能在机器人中被没有体现，所以同样存在伸缩运动无法实现的可能性。

发明内容

本实用新型提供一种蠕动类多步态机器人，结合蛇形机器人蜿蜒运动和仿蚯蚓机器人伸缩运动，可在对应的工况下采取相应的优势步态，并且结构稳定易于控制。并且从仿生角度入手，分析蛇类和蚯蚓运动的共同特点，提取完成动作所需的功能单元，据此展开机械装置设计，以保证所设计机器人运动的有效性。

本实用新型采取的技术方案是：包括一个头部模块、三个或三个以上相同的三自由度连接关节和运动模块，其中一个三自由度连接关节两端分别与该头部模块和运动模块连接，其余三自由度连接关节两端分别与两个运动模块连接，其中：

所述头部模块包括头部透明壳、头部电路单元、头部摩擦制动单元、头部前壳体、头部电机支架、头部后壳体和头部底壳；所述头部摩擦制动单元通过头部电机支架和头部后壳体相连接，所述头部透明壳、头部前壳体、头部后壳体与头部底壳相连接；所述头部电路单元直接放置于头部透明壳与头部前壳体中；

所述运动模块包括伸缩单元、前壳体、电机支架、后壳体、底壳、摩擦制动单元和电池二；所述伸缩单元、摩擦制动单元通过底壳相互连接，所述电机支架嵌入前壳体中，所述前壳体与后壳体相连接，后壳体与底壳相连接，电池二固定连接在摩擦制动单元中；