[发明专利]基于折纸结构的可移动机器人及仿蛇型机器人

说明书

本发明涉及一种基于折纸结构的可移动机器人及仿蛇型机器人，包括运动模块、前载重模块和后载重模块；运动模块包括和折叠外管和设于折叠外管中至少2个具有折纸结构的折叠内管；前载重模块和后载重模块上设有单向轮；前载重模块和后载重模块中的一者或两者中设有驱动模块，驱动模块与所述折叠内管的端部连接，通过驱动模块对每个折叠内管同步或异步扭转控制，实现可移动机器人以特定的姿态进行蠕动式位移。与现有技术相比，本发明利用折叠管状结构来设计一个可以灵活运动的仿生机器人，所设计的仿生机器人在形状记忆合金或电机驱动下可以实现伸缩和弯曲运动，整体体积更小、重量更轻、驱动效率更高、有效载荷比更大。

技术领域

本发明涉及一种机器人技术领域，尤其是涉及一种基于折纸结构的可移动机器人及仿蛇型机器人。

背景技术

蛇型仿生机器人作为一种可自主移动柔性机器人，具有运动方式灵活、可适应各种复杂地形、结构紧凑、易于伪装、隐蔽性好等特点，因而在军事侦查、管道检测、灾后救援、废墟探测、医疗手术、太空探索等军事、科技和民用领域具有巨大的应用前景。

近年来，国内外研究已提出了多种蛇型机器人技术方案，例如：日本东京科技大学的ACM系列、德国国家信息技术研究中心的GMD-Snake系列、美国密歇根大学的Omni TreadOT系列、美国卡内基梅隆大学的Uncle Sam和TSD蛇型机器人、挪威科技大学的Anna Konda和Aiko蛇型机器人、国防科技大学的SR蛇型机器人、中科院沈阳自动化研究所的巡视者和探查者系列等。

然而，这些蛇型机器人都需要依靠复杂的机电系统实现运动控制和驱动，这必然导致系统的复杂性、体积和重量的增加，其可靠性和有效载荷都受到了一定限制。因此，有必要发展体积更小、重量更轻、驱动效率更高、有效载荷比更大的仿生机器人技术。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于折纸结构的可移动机器人及仿蛇型机器人，利用折叠管状结构来设计一个可以灵活运动的仿生机器人，所设计的仿生机器人在形状记忆合金或电机驱动下可以实现伸缩和弯曲运动。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本技术方案的第一个目的是保护一种基于折纸结构的可移动机器人，包括运动模块和分别设于运动模块两端的前载重模块和后载重模块；

所述运动模块包括和折叠外管和设于折叠外管中至少2个具有折纸结构的折叠内管；

所述前载重模块和后载重模块上设有单向轮；

所述前载重模块和后载重模块中的一者或两者中设有驱动模块，所述驱动模块与所述折叠内管的端部连接，构成每个折叠内管的端部独立扭转控制，通过驱动模块对每个折叠内管同步或异步扭转控制，实现可移动机器人以特定的姿态进行蠕动式位移。

进一步地，所述折叠内管为Kresling型折纸结构，Kresling型折纸结构为圆柱形到扁平型的折纸结构，通过两端正向扭转和反向扭转实现伸缩过程。

作为本技术方案的一种实施方式，所述折叠内管设有2个，且呈对称式水平分布，通过2个折叠内管同步式伸缩实现机器人直线的位移，通过2个折叠内管异步式伸缩实现机器人转向动作。

作为本技术方案的另一种实施方式，所述折叠内管设有4个，且呈中心对称式立体分布，使得机器人在两个正交的平面内实现独立弯曲，以此不仅在前进过程中实现弯曲前进动作，还能在过坡和过坑过程中实现俯仰和/或弯曲动作。

进一步地，所述折叠外管为柔性波纹管。

进一步地，所述驱动模块为舵机或形状记忆合金转动驱动器。

进一步地，所述基于折纸结构的可移动机器人还包括设于前载重模块和后载重模块上的控制器和视觉传感器；

所述控制器与所述视觉传感器和驱动模块电连接。