CN100400247C - 波动足型行走机器人 - Google Patents

Abstract

本发明的波动足型行走机器人包括支撑支架，驱动传动机构，由多个并行排列的足部相连构成的阵列机构，相邻足部的偏心轮相对转轴的转角相差一固定角度，这样，机器人的足部形成一个正弦曲线，多个足部由一柔性薄膜联成一个整体，当驱动传动机构带动转轴转动，转轴带动足部阵列运动，在机器人足部产生一个正弦行波。流体对此行波产生一个反作用力，从而产生机器人前进的动力。本发明结构紧凑，易于小型化，适合于在流体环境中运动，并且能够克服地表形状对运动的影响，对复杂地形有较强的适应能力。可应用于诸如石油等管道的检测等作业，以及水底的探测，勘探作业。

Description

波动足型行走机器人

技术领域

本发明涉及波动足型行走机器人，具体说是一种采用仿生结构，用于研究腹足纲软体动物运动机理的装置。

背景技术

机器人的运动方式分为行走，飞行和游动等运动方式。这些运动方式绝大多数都来源于生物的运动方式。国际国内现在普遍的机器人行走设计方法均是源于爬行和脊椎动物，由此产生的设计绝大多数都是轮动或铰链方式。但这些运动方式对运动表面要求较高，不能满足在地形变化复杂的表面上运动的要求，而且上述常规设计方法不能满足在诸如石油等粘性流体环境下的运动要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种模拟腹足纲软体动物运动的波动足型行走机器人，以满足在地形变化复杂的表面上运动的要求。

本发明的波动足型行走机器人包括由平板和两块分别固定在平板两端的支撑板和组成的支架，由多个并行排列的足部构成的阵列机构，每个足部由偏心轮、波足板和限位板组成，偏心轮周向开有一环行槽，偏心轮开有3个轴向孔，第一孔和第二孔在偏心轮的中心线上并分别位于偏心轮中心的两侧，第一孔中心至偏心轮中心的距离为e，e≤D/4，D为偏心轮环行槽的直径，第三孔中心到第一孔中心的距离和第二孔中心到第一孔中心的距离相等，第三孔中心与第一孔中心的连线和第二孔中心与第一孔中心的连线的夹角为θ，θ取值为10～45°，限位板固定在波足板的上方，并与波足板形成一矩形框，偏心轮置于矩形框内，限位板的下边和波足板的上边分到嵌入在偏心轮的环行槽里，多个足部依次按前一个偏心轮的第二孔和后一个偏心轮的第三孔连接在一起形成并行阵列机构，所有足部偏心轮的第一孔套在一转轴上，首个足部偏心轮的第三孔和固定在转轴上的第一连接件相连，最后一个足部偏心轮的第二孔和固定在转轴上的第二连接件相连，转轴的两端通过轴承分别固定在支架的两支撑板上，在波足板上开有一垂直于其底边的槽，定位板穿越所有波足板的槽，定位板的两端分别与支架的两支撑板固定，在平板上固定有电机，电机轴通过传动机构与转轴相连，多个并行排列的足部由粘结在波足板底面的弹性防水柔性薄膜联结成一个整体。

本发明的波动足型行走机器人结构紧凑，也容易小型化，适合于在流体环境中运动，并且能够克服地表形状对运动的影响，对复杂地形有较强的适应能力。本波动足型行走机器人可应用于诸如石油等管道的检测等作业，以及水底的探测，勘探作业，此波动足型机器人通过在材料上的改进和微型化后还可应用于医学领域。

附图说明

图1是波动足型行走机器人三维示意图；

图2是单个足部的三维示意图；

图3是偏心轮示意图；

图4是波动足型行走机器人的偏心轮实现机构示意图。

具体实施方式

以下结合附图进一步说明本发明。

参照附图1、2、3，本发明的波动足型行走机器人包括由平板5和两块分别固定在平板两端的支撑板11和15组成的支架，由多个并行排列的足部构成的阵列机构7，每个足部由偏心轮14、波足板13和限位板6组成，偏心轮周向开有一环行槽17，偏心轮开有3个轴向孔，第一孔C和第二孔B在偏心轮14的中心线上并分别位于偏心轮14中心的两侧，第一孔C中心至偏心轮14中心的距离为e，e≤D/4，D为偏心轮环行槽17的直径，第三孔A中心到第一孔C中心的距离和第二孔B中心到第一孔C中心的距离相等，第三孔A中心与第一孔C中心的连线和第二孔B中心与第一孔C中心的连线的夹角为θ，θ取值为10～45°，限位板6固定在波足板13的上方，并与波足板13形成一矩形框，偏心轮14置于矩形框内，限位板6的下边和波足板13的上边分到嵌入在偏心轮14的环行槽17里，可以防止波足板上下运动时不会在运动方向(图中x所示方向)来回摆动，多个足部依次按前一个偏心轮的第二孔B和后一个偏心轮的第三孔A连接在一起形成并行阵列机构，为便于装配连接，且使相邻两偏心轮的连接螺栓不会和偏心轮端面相擦，可采用第二孔B为具有埋没螺栓头部的阶梯孔，第三孔A为螺纹孔。所有足部偏心轮的第一孔C套在一转轴10上，首个足部偏心轮的第三孔A和固定在转轴10上的第一连接件4相连，最后一个足部偏心轮的第二孔B和固定在转轴10上的第二连接件9相连，转轴10的两端通过轴承分别固定在支架的两支撑板11和15上，在波足板13上开有一垂直于其底边的槽18，定位板12穿越所有波足板13的槽18，用于防止波足板在上下运动时不会侧向来回摆动，定位板12的两端分别与支架的两支撑板11和15固定，在平板5上固定有电机3，电机轴通过传动机构与转轴10相连。所说的传动机构可以是齿轮传动机构、带传动机构或链传动机构。在图示具体实例中，采用的是齿轮传动机构，电机3轴与主动齿轮1轴相连，与主动齿轮1啮合的从动齿轮16与转轴10相连。上述多个并行排列的足部由粘结在波足板13底面的弹性防水柔性薄膜联结成一个整体，以形成一个波形面，即机器人的波动足。弹性防水柔性薄膜可以是橡胶薄膜或聚氨酯薄膜。

工作原理：

参见图4，当转轴10以转速ω旋转时，偏心轮14在限位板和波足板构成的矩形框内运动，每个足部在运动时都有一个共同的正弦波特性，唯一不同的是初始相位不同。  任意一个波足板底部的位移F_i可写成：

F_i(t)＝R+esin(θ_i)

F_i(t)＝R+esin(ωt+iθ)

式中R为偏心轮环行槽的半径，θ_i为偏心轮的相位角，iθ为偏心轮的初始相位角，i＝1，2…n，n为足部的总数量。

以波动足型行走机器人为参考系，设波足板在运动方向的位置用x表示，L是足部并行阵列机构的总长度，k是角度扭转系数，即并行阵列机构形成的波的个数，则整个足部的运动方程为：

F(x，t)＝R+esin(ωt+kπx/L)

这样波动足型行走机器人在行走时，电机带动转轴转动，转轴带动足部阵列运动，由上述整个足部的运动方程式可知在机器人足部产生一个正弦行波。流体对此行波产生一个反作用力，从而产生机器人前进的动力。

Claims (4)

1.波动足型行走机器人，其特征在于它包括由平板(5)和两块分别固定在平板两端的支撑板(11、15)组成的支架，由多个并行排列的足部构成的阵列机构(7)，每个足部由偏心轮(14)、波足板(13)和限位板(6)组成，偏心轮周向开有一环行槽(17)，偏心轮开有3个轴向孔，第一孔(C)和第二孔(B)在偏心轮(14)的中心线上并分别位于偏心轮(14)中心的两侧，第一孔(C)中心至偏心轮(14)中心的距离为e，e≤D/4，D为偏心轮环行槽(17)的直径，第三孔(A)中心到第一孔(C)中心的距离和第二孔(B)中心到第一孔(C)中心的距离相等，第三孔(A)中心与第一孔(C)中心的连线和第二孔(B)中心与第一孔(C)中心的连线的夹角为θ，θ取值为10～45°，限位板(6)固定在波足板(13)的上方，并与波足板(13)形成一矩形框，偏心轮(14)置于矩形框内，限位板(6)的下边和波足板(13)的上边分别嵌入在偏心轮(14)的环行槽(17)里，多个足部依次按前一个偏心轮的第二孔(B)和后一个偏心轮的第三孔(A)连接在一起形成并行阵列机构，所有足部偏心轮的第一孔(C)套在一转轴(10)上，首个足部偏心轮的第三孔(A)和固定在转轴(10)上的第一连接件(4)相连，最后一个足部偏心轮的第二孔(B)和固定在转轴(10)上的第二连接件(9)相连，转轴(10)的两端通过轴承分别固定在支架的两支撑板(11、15)上，在波足板(13)上开有一垂直于其底边的槽(18)，定位板(12)穿越所有波足板(13)上的垂直于底边的槽(18)，定位板(12)的两端分别与支架的两支撑板(11、15)固定，在平板(5)上固定有电机(3)，电机轴通过传动机构与转轴(10)相连，多个并行排列的足部由粘结在波足板(13)底面的弹性防水柔性薄膜联结成一个整体。

2.根据权利要求1所述的波动足型行走机器人，其特征在于所说的第二孔(B)为阶梯孔，第三孔(A)为螺纹孔。

3.根据权利要求1所述的波动足型行走机器人，其特征在于所说的传动机构为齿轮传动机构、带传动机构或链传动机构。

4.根据权利要求1所述的波动足型行走机器人，其特征是所说的弹性防水柔性薄膜为橡胶薄膜或聚氨酯薄膜。

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