CN101746429B - 六足仿生湿吸爬壁机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明属于仿生学技术领域,具体涉及一种六足仿生湿吸爬壁机器人,由躯干骨架、仿生肢节、电机、驱动电路、预压结构、凸轮结构和拉绳结构组成,所有部件安装在躯干骨架上。躯干骨架包括支架、横梁,横梁安装在躯干支架凹槽中;仿生肢节包括底座、股节、胫节、弹簧钢片、柔性结构,股节、柔性结构的一端与底座相连,一端与胫节相连,弹簧钢片安装在胫节上;驱动电路对电机联合控制,电机竖直安装在电机槽中和横卧安装在横梁上;预压结构包括肢节支架、股节延伸T型支架,通过弹簧连接;凸轮结构包括凸轮、凸轮固定支架,凸轮的一端固定在电机轴上,一端与凸轮固定支架相连;拉绳结构包括拉绳支架、拉绳、闸线,拉绳通过拉绳支架与仿生肢节相连。本发明结构精简,各部分模块化、标准化,加工、组装方便,采用镂空结构,整体质量轻,多电机驱动,易于步态规划,容易实现六足爬壁机器人的稳定、可靠运行。
Description
技术领域
本发明属于仿生学技术领域,具体涉及一种爬壁机器人的机构,尤其涉及一种六足仿生湿吸爬壁机器人。
背景技术
仿生学是生命科学与机械、材料和信息等工程技术学科相结合的交叉学科,具有鲜明的创新性和应用性。通过对湿吸类昆虫的研究,基于湿吸原理,设计一种新的吸附机制——湿吸吸附,研制出新型的爬壁机器人,具有广泛的应用前景。根据湿吸计算模型、力学计算结果和实验数据,发现吸附力的大小除了与分泌液的成分、接触表面的粗糙度及有效的接触面积相关外,还与机器人的步态有关。因此,通过步态规划方法,进一步保证爬壁机器人稳定、可靠运行是最为基础和关键的技术之一。当前的爬壁机器人主要以轮式、履带式和足式为主。轮式、履带式爬壁机器人虽然设计简单,所要求的驱动电机少,易于控制,但运动方式单一,无法实现对机器人姿态的控制;足式机器人克服了轮式、履带式爬壁机器人的上述缺点,机器人的肢节具有相对较多的自由度,易于对机器人的姿态进行控制及步态规划。六足昆虫比四足昆虫能够更好的吸附,因此,一般足式爬壁机器人采用六足的机构设计。基于昆虫的运动规律,通过对六足机器人进行步态规划,使六足按一定规律协调运动,增加足垫的吸附力,保证机器人稳定、可靠运行。
鉴于以上背景技术及足式机器人的优点,基于湿吸原理,提供了一种新型的六足仿生湿吸机器人结构。
发明内容
本发明的目的在于提供一种六足仿生湿吸爬壁机器人。
本发明基于仿生学的原理,通过对六足湿吸类昆虫的研究,设计爬壁机器人的整体架构。机器人紧贴壁面,重心位于整体架构的中后端,同时在机器人的腿部关节处加入柔性机构,足端的安装足垫处加入预压环节,增加足垫的吸附力,同时结构精简,各部分模块化,加工、组装方便,质量轻,易于步态规划,容易实现机器人的稳定、可靠运行。
本发明提出的六足仿生湿吸爬壁机器人,包括躯干骨架、仿生肢节、电机、驱动电路、预压结构、凸轮结构和拉绳结构;仿生肢节、电机、驱动电路、预压结构、凸轮结构和拉绳结构均安装于躯干骨架上;
其中:所述躯干骨架17上上自上而下平行安装有2个仿生肢节安装横梁、2个电机固定横梁、2个仿生肢节安装横梁、2个电路板固定横梁和2个仿生肢节安装横梁;2个仿生肢节安装横梁为一组,即6个仿生肢节安装横梁分别位于躯干骨架17的前部、中部和后部;
所述仿生肢节共有6个,根据六足湿吸类昆虫,6个仿生肢节分成前足、中足和后足3组,前足、中足向前,后足向后,分别对称地安装于躯干骨架的6个仿生肢节安装横梁上;每个仿生肢节包括底座29、股节30、胫节31、弹簧钢片32和柔性结构33,股节30和柔性结构33的一端均安装在底座29上,股节30另一端连接胫节31,柔性结构33的另一端连接胫节31,胫节31另一端安装弹簧钢片32,底座29上设有电机齿轮箱凹槽35,电机齿轮箱凹槽35内设有电机轴孔36;
所述电机共有8个,6个安装于仿生肢节的电机齿轮箱凹槽35中,电机上的电机轴穿过电机轴孔36连接股节30;2个电机横卧安装于躯干骨架17两端的电机固定横梁上;
所述驱动电路包括电机驱动电路、系统控制电路,电机驱动电路连接电机,系统控制电路连接电机驱动电路,通过系统控制电路发出控制信号,控制电机驱动电路;
所述预压结构为3组,每组包括肢节支架、股节延伸T型支架和压缩弹簧,肢节支架固定于躯干骨架17上,3个肢节支架分别位于三组仿生肢节安装横梁之间;股节延伸T型支架固定于仿生股节底座29的外侧;拉绳26经肢节支架第一斜孔43与股节延伸T型支架相连;位于肢节支架上的第四螺纹孔44用于固定压缩弹簧;股节延伸T型支架上的第六螺纹孔46用于固定拉绳26;螺钉通过股节延伸T型支架第五螺纹孔45将股节延伸T型支架固定在股节底座29上;
所述凸轮结构为2个,每个凸轮结构包括凸轮23和凸轮固定支架25,凸轮23的一端固定在电机轴上,另一端与凸轮固定支架25相连;凸轮固定支架25安装于位于躯干骨架中部的仿生肢节安装横梁上;
所述拉绳结构包括拉绳支架24、拉绳26和闸线,拉绳支架24安装于躯干骨架17上;拉绳26的一端穿过拉绳支架24上的斜孔连接仿生支节,另一端,另一端连接凸轮23,,闸线套于拉绳26外。
本发明中,所述凸轮23包括电机连接轴47和凸轮轴49,电机连接轴47套在电机轴上,凸轮轴49与凸轮固定支架25相连。
本发明中,所述拉绳支架24包括第一斜孔43、第四螺纹孔44。第一斜孔43用于通过拉绳26,固定闸线;第四螺纹孔44用于将拉绳支架24固定在躯干骨架上。
本发明中,所述位于拉绳支架24上的斜孔共有6个,其倾角为45°。
本发明中,所述电机齿轮箱凹槽35内放置有电机齿轮箱。
本发明中,柔性结构33包括底座连接杆39、弹簧40、细轴41和胫节连接杆42,弹簧40一端固定于底座连接杆39的凹槽中,另一端穿过细轴41,通过细轴41与胫节连接杆42相连,胫节连接杆42嵌入底座连接杆39的凹槽中,二者是间隙配合。
本发明中,6个仿生肢节安装横梁的两侧均设有限位块,仿生肢节通过该限位块安装于仿生肢节安装横梁上。
本发明中,电机驱动电路连接控制器,控制器安装于电路板固定横梁上,
本发明中,系统控制电路包括飞思卡尔控制器MC9S12DG128B、8块驱动电路板。MC9S12DG128B的通用IO口与驱动电路板芯片MC3386的控制输入口相连,实现对整个系统的控制。
本发明具有以下特点:六足仿生湿吸机器人整体结构细长,重心位于整体结构的中后端且紧贴壁面,降低了对安装在机器人足端的足垫吸附力的要求;在仿生肢节中加入了柔性结构,提高了机器人对环境的适应性,符合仿生的概念;采用机械结构进行限位控制,减少了传感器的安装,降低成本及电气控制复杂度;预压结构增加了足垫与壁面的有效接触面积,增大吸附力;凸轮的设计放大了电机输出的转矩,提高了电机的效率;拉绳结构使足垫剥离容易控制。该发明结构精简,各部分模块化、标准化,加工、组装方便,采用镂空结构,整体质量轻,多电机驱动,易于步态规划,容易实现六足爬壁机器人的稳定、可靠运行。
附图说明
图1为六足仿生湿吸爬壁机器人整体结构图。
图2为仿生肢节安装横梁结构图。
图3为装有横梁的躯干骨架结构图。
图4为仿生肢节结构图。其中:(a)为仿生肢节的俯视图,(b)为仿生肢节的仰视图。
图5为股节底座结构图。
图6为胫节柔性连接结构图。
图7为肢节支架结构图。
图8为股节延伸T型支架结构图。
图9为凸轮结构图。
图10为凸轮固定支架结构图。
图11为拉绳支架结构图。
图中标号:1为右前足,2为右中足,3为右后足,4为左后足,5为左中足,6为左前足,7、8、11、12、15、16分别为仿生肢节的第一安装横梁、第二安装横梁、第三安装横梁、第四安装横梁、第五安装横梁和第六安装横梁,9、10分别为第一电机固定横梁、第二电机固定横梁,13、14分别为第一电路板固定横梁、第二电路板固定横梁,17为躯干骨架,18、19、20为第一肢节支架、第二肢节支架和第三肢节支架,21为变速齿轮箱固定支架,22为电机固定支架,23为凸轮,24为拉绳支架,25为凸轮固定支架,26为拉绳,27为限位块,28为第一通孔,29为仿生肢节底座,30为股节,31为胫节,32为弹簧钢片,33为柔性结构,34为第一螺纹孔,35为电机齿轮箱凹槽,36为电机轴孔,37、38分别为第二螺纹孔、第三螺纹孔,39底座连接杆,40为弹簧,41为细轴,42为胫节连接杆,43第一斜孔,44、45、46分别为第四螺纹孔、第五螺纹孔、第六螺纹孔,47为电机连接轴,48为第二通孔,49为凸轮轴,50为限位螺纹孔,51为第三通孔,52为第二斜孔。
具体实施方式
以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。
如图1所示,本发明六足仿生湿吸爬壁机器人包括躯干骨架17、仿生肢节、电机、驱动电路、预压结构、凸轮结构、拉绳结构。躯干骨架为机器人的支撑结构,仿生肢节、电机、驱动电路、预压结构、凸轮结构和拉绳结构都安装在躯干骨架上;仿生肢节作为机器人的六肢,由电机控制,驱动机器人前进;预压结构用于增加机器人足端的足垫与壁面的接触面积,增大吸附力;凸轮结构、拉绳结构用于控制足垫的剥离过程,易于剥离。
如图2、图3所示,横梁共有10个,每个装横梁长70mm,宽10mm,厚3mm,分为用于安装仿生肢节的第一仿生肢节安装横梁7、第二仿生肢节安装横梁8、第三仿生肢节安装横梁11、第四仿生肢节安装横梁12、第五仿生肢节安装横梁15和第六仿生肢节安装横梁16;用于安装电机的第一电机固定横梁9、第二电机固定横梁10;用于固定电路板的第一电路板固定横梁13、第二电路板固定横梁14,上述这些横梁自上而下平行安装于躯干骨架17上,依次为第一仿生肢节安装横梁7、第二仿生肢节安装横梁8、第一电机固定横梁9、第二电机固定横梁10、第三仿生肢节安装横梁11、第四仿生肢节安装横梁12、第一电路板固定横梁13、第二电路板固定横梁14、第五仿生肢节安装横梁15和第六仿生肢节安装横梁16;如图3所示。第一仿生肢节安装横梁7、第二仿生肢节安装横梁8、第三仿生肢节安装横梁11、第四仿生肢节安装横梁12、第五仿生肢节安装横梁15和第六仿生肢节横梁16上均包括限位块27,用于安装仿生肢节;限位块27高5mm,共2个,左右对称分布,能够对仿生肢节的吸附、剥离动作进行限位,将其前后运动范围限定在30°内;第一仿生肢节安装横梁7、第二仿生肢节安装横梁8、第三仿生肢节安装横梁11、第四仿生肢节安装横梁12、第五仿生肢节安装横梁15和第六仿生肢节横梁16通过螺钉安装到躯干骨架17的凹槽中。用于安装电机的第一电机固定横梁9、第二电机固定横梁10上共有6个螺纹孔,分别用于固定电机及与躯干骨架17相连;用于固定电路板的第一电路板固定横梁13、第二电路板固定横梁14,共有4个螺纹孔,分别用于固定电路板及与躯干骨架相连。躯干骨架17、横梁上的所有的螺纹孔的直径均为2mm。
六足的比四足的能够更好地吸附,本发明的仿生肢节共6个,分成三组:右前足1、左前足6,右中足2、左中足5,右后足3、左后足4,分别安装在第一仿生肢节安装横梁7、第二仿生肢节安装横梁8、第三仿生肢节安装横梁11、第四仿生肢节安装横梁12、第五仿生肢节安装横梁15、第六仿生肢节安装横梁16上,其中右前足1、左前足6,右中足2、左中足5的弹簧钢片32向前;右后足3、左后足4的弹簧钢片32向后,如图1所示。
6个仿生肢节的结构完全相同,如图4~图6所示,每个仿生肢节包括底座29、股节30、胫节31、弹簧钢片32、柔性结构33,第一螺纹孔34、电机齿轮箱凹槽35、电机轴孔36、第二螺纹孔37和第三螺纹孔38,底座连接杆39、弹簧40、细轴41、胫节连接杆42。底座29通过第二螺纹孔37与用于安装仿生肢节的第一仿生肢节安装横梁7、第二仿生肢节安装横梁8相连,安装到机器人的躯干骨架17上;柔性结构33的底座连接杆39通过螺纹孔与仿生肢节底座29相连;电机的电机轴嵌入电机轴孔36中,并与股节30连接,电机竖直安装在仿生肢节上,电机的减速齿轮箱安装在电机齿轮箱凹槽35中,电机工作时,即可驱动仿生肢节运动;股节30通过螺纹孔与胫节31相连;胫节31通过螺纹孔与胫节连接杆42相连;胫节31通过螺纹孔与弹簧钢片32相连;弹簧钢片32下表面安装仿生湿吸机器人的足垫,由于内部应力的作用,弹簧钢片32具有一定的下压弧度,保证足垫在自然状态下受到一定的预压力,增加足垫与壁面的接触面积,加大足垫的吸附力,同时弹簧钢片32能够及时回复,有利于足垫的剥离。
为了提高本发明所设计的六足爬壁机器人对环境的适应性,根据仿生的概念,在仿生肢节中加入了柔性结构33,如图6所示。柔性结构33包括底座连接杆39、弹簧40、细轴41和胫节连接杆42。弹簧40的一端固定在底座连接杆39的凹槽中,一端通过细轴41与胫节连接杆42相连,胫节连接杆42嵌入底座连接杆39的凹槽中,二者是间隙配合。柔性结构33通过螺纹孔与底座29、胫节31相连。该柔性结构33能够保证仿生肢节在自然状态下,有一个向躯干骨架收拢的趋势,利于有效地吸附及剥离,同时具有缓冲的作用,能够限定仿生肢节的运动范围,增强了仿生肢节的抗干扰性。
3个预压结构完全相同,因此仅就一个预压结构进行说明。如图7、图8所示,预压结构包括肢节支架、股节延伸T型支架和压缩弹簧。肢节支架为3个,分别为第一肢节支架18、第二肢节支架19和第三肢节支架20。肢节支架18包括第一斜孔43、第四螺纹孔44;股节延伸T型支架包括第五螺纹孔45、第六螺纹孔46。肢节支架18固定在躯干骨架17上,位于第一仿生肢节安装横梁7、第二仿生肢节安装横梁8之间;股节延伸T型支架经过第五螺纹孔45固定在底座29上;第一斜孔43与第六螺纹孔46通过压缩弹簧相连接,该状态下,压缩弹簧出于压缩状态,同时肢节支架18是固定的,弹簧对股节延伸T型支架有个向下的压力;第四螺纹孔44与底座29的第一螺纹孔34之间通过弹簧相连,对底座29有个向下的压力。该预压结构结合弹簧钢片32,给仿生足垫提供一定的预压力,改善了仿生足垫的吸附性能,有利于爬壁机器人的运动。
凸轮结构共有2个,结构完全相同,左右两侧对称地安装在躯干骨架的第一电机固定横梁10、第二电机固定横梁11之间,因此仅就一个凸轮结构进行说明。如图9、图10所示,凸轮结构包括凸轮23、凸轮固定支架25。凸轮23包括电机连接轴47、第二通孔48、凸轮轴49、限位螺纹孔50;凸轮固定支架25具有第三通孔51。凸轮23的电机连接轴47套在电机轴上,用螺钉将二者固定;凸轮轴49通过轴承,固定在第三通孔51中,轴承与第三通孔51是过盈配合;限位螺纹孔50中的螺钉与拉绳支架24构成了限位结构,限定了6个仿生肢节抬起的高度;第二通孔48用于连接拉绳26;凸轮固定支架25通过螺纹孔固定在躯干骨架的横梁11上。凸轮23的设计,放大了电机轴上的输出转矩,降低了对电机输出转矩的要求,配合拉绳结构,通过电机的正反转,实现了6个仿生肢节的抬起及放下。
如图11所示,拉绳结构包括拉绳支架24、拉绳26、闸线。拉绳支架24具有第二斜孔52。第二斜孔52共6个,分成两组对称排列在拉绳支架24的两端,用于通过拉绳26,固定闸线。第二斜孔52具有45°向下的倾角,减小了拉绳26与第二斜孔52之间的摩擦,降低了对电机输出力矩的要求,提高了电机的效率。拉绳支架24通过螺纹孔固定在躯干骨架的横梁10、11之间。拉绳26由钢丝组成;闸线是中空的导线。拉绳26穿过闸线,一端与股节延伸T型支架的第六螺纹孔46相连,经过肢节支架18的第一斜孔43,拉绳支架24的第二斜孔52,与凸轮23的第二通孔48相连。左前足6、右中足2、左后足4仿生肢节的拉绳26与躯干骨架左侧凸轮23的三个第二通孔48相连;右前足1、左中足5、右后足3仿生肢节的拉绳26与躯干骨架右侧凸轮23的三个第二通孔48相连。在肢节支架18的第一斜孔43与拉绳支架24的第二斜孔52之间,拉绳26套有闸线,防止各条拉绳之间的相互干扰。
本发明的执行器为8个直流减速电机,型号为GA12YN30-298-4531,减速比1∶298,额定电压4.5V,最大输出转矩1500g.cm,转速26rpm。8个直流减速电机分成两组,6个电机安装在仿生肢节底座29的电机齿轮箱凹槽35中,通过控制电机的正反转,实现仿生肢节的前后运动,通过机械限位结构,将该运动限定在30°内;2个电机通过齿轮箱固定支架21、电机固定支架22,横卧安装在躯干骨架的用于安装电机的第一电机固定横梁9、第二电机固定横梁10的左右两侧,结合凸轮结构、拉绳结构实现仿生肢节的抬起及放下。电机正转时,凸轮随着电机转轴旋转,拉绳绕在凸轮表面,使得驱动臂逐渐变短,仿生肢节抬起,降低了对电机输出力矩的要求;电机反转时,拉绳脱离凸轮,凸轮的力臂逐渐变长,仿生肢节能够迅速放下。
本发明的控制器为飞思卡尔开发板,型号为MC9S12DG128B,通过编程实现控制器对8个电机驱动电路的控制,实现6个仿生肢节的运动。飞思卡尔控制器通过螺钉安装在第一固定电路板横梁13、第二固定电路板横梁14上;6个仿生肢节的驱动电路板,通过螺钉对称地安装在用于安装在第一仿生肢节固定横梁7、第三仿生肢节固定横梁11、第五仿生肢节固定横梁15上;2个与凸轮耦合的电机驱动电路板,通过螺钉安装在齿轮箱固定支架21、电机固定支架22上。
如图1所示,本发明六足仿生湿吸爬壁机器人上所有的螺纹孔直径为2mm,连接使用M2的螺钉;柔性结构、预压结构所使用的弹簧外径2.7mm,内径2.3mm,弹性系数0.032kg/mm。机器人上所有结构都是模块化,易于加工、组装、替换;大量使用标准件,降低成本;转动部分使用铝合金制作,通过轴承连接,其余固定部分使用塑料制作,同时采用了大量的镂空结构,在保证一定机械强度的情况下,减少了整体的质量。
通过对六足仿生湿吸爬壁机器人进行步态规划,进一步保证机器人在壁面上的稳定、可靠运动。综合考虑系统的稳定性、控制复杂度、可实现性等,本发明通过对6个仿生肢节的控制,结合凸轮结构及拉绳结构,选择“三角步态”作为步态规划依据。
机器人按照“三角步态”运动,初始状态为:由机器人左前足6、右中足2、左后足4组成的第一肢节组处于接触壁面,向后摆,且接触第二仿生肢节安装横梁8、第四仿生肢节安装横梁12、第六仿生肢节安装横梁16的限位块27的状态;由机器人右前足1、左中足5、右后足3组成的第二肢节组处于接触壁面,向前摆,且接触第一仿生肢节安装横梁7、第三仿生肢节安装横梁11、第五仿生肢节安装横梁15的限位块27的状态。
运动时,(1)机器人左侧与凸轮耦合的驱动电机带动凸轮旋转,进而带动拉绳拉动第一肢节组的仿生肢节向上抬起,凸轮上的限位螺丝孔50上的螺钉用于限定凸轮的旋转角度,即第一肢节组的仿生肢节抬起的角度;(2)第一肢节组的仿生肢节驱动电机带动3个仿生肢节向前旋转,同时第二肢节组的仿生肢节驱动电机带动另外3个仿生肢节向后旋转,二者相结合,实现机器人向前的整体运动。在该过程中,每个仿生肢节两侧的限位块27限定了仿生肢节的转动范围;(3)机器人左侧与凸轮耦合的驱动电机反转,第一肢节组的3个仿生肢节下落,此时预压结构、弹簧钢片32使3个仿生肢节加速下降,足垫能够较好地与垂直壁面相接触,增强足垫的吸附力;(4)机器人右侧与凸轮耦合的驱动电机带动凸轮旋转,拉绳拉动第二肢节组的仿生肢节向上抬起,同样凸轮上的限位螺丝孔50上的螺钉用于限定凸轮的旋转角度;(5)第二肢节组的仿生肢节驱动电机带动3个仿生肢节向前旋转,同时第一肢节组的仿生肢节驱动电机带动另外3个仿生肢节向后旋转,二者相结合,实现机器人第二次向前的整体运动,同样,在该过程中,每个仿生肢节两侧的限位块27限定了仿生肢节的转动范围;(6)机器人右侧与凸轮耦合的驱动电机反转,第二肢节组的3个仿生肢节下落,此时预压结构、弹簧钢片32起到与刚才相同的作用,增强足垫的吸附力。重复步骤(1)~(6),实现仿生湿吸爬壁机器人在壁面上的连续运动。
本发明六足仿生湿吸爬壁机器人,其创新点主要在机器人的整体构架、柔性结构、预压结构、限位结构、凸轮结构、预压结构、拉绳结构。机器人的重心位于整体结构的中后端且紧贴壁面,降低了对安装在机器人足端的足垫吸附力的要求;柔性结构,提高了机器人对环境的适应性,增强了系统的鲁棒性;预压结构增加了仿生足垫与壁面的有效接触面积,增大吸附力;采用机械结构进行限位控制,减少了传感器的安装,降低成本及电气控制复杂度;凸轮的设计放大了电机输出的转矩,降低了对电机输出力矩的要求,提高了电机的效率;拉绳结构使足垫剥离容易控制,易于实现基于三角步态的步态规划。该发明体现了仿生的概念,采用模块化的设计理念,大量使用标准件、镂空结构、轻质材料,易于加工、安装、替换,同时降低整体质量,本发明机器人的质量在500g以内,多电机驱动,易于步态规划,容易实现六足爬壁机器人的稳定、可靠运行。
研究基于仿生学的湿吸爬壁机器人可为搜索、救援、侦察、科学实验及科学考察等方面提供很好的参考和实践模型。本发明研制出新型的仿生湿吸爬壁机器人,可以用于许多领域:如空间探索、执行军事任务、危险排除、高空户外作业、地下管道探伤等,大大扩展人类活动范围,提高了生产效率,具有广阔的应用前景。
Claims (9)
1.一种六足仿生湿吸爬壁机器人,包括躯干骨架、仿生肢节、电机、驱动电路、预压结构、凸轮结构和拉绳结构;仿生肢节、电机、驱动电路、预压结构、凸轮结构和拉绳结构均安装于躯干骨架上;其特征在于:
所述躯干骨架(17)上自上而下平行安装有2个仿生肢节安装横梁、2个电机固定横梁、2个仿生肢节安装横梁、2个电路板固定横梁和2个仿生肢节安装横梁;2个仿生肢节安装横梁为一组,即6个仿生肢节安装横梁分别位于躯干骨架(17)的前部、中部和后部;
所述仿生肢节共有6个,根据六足湿吸类昆虫,6个仿生肢节分成前足、中足和后足3组,前足、中足向前,后足向后,分别对称地安装于躯干骨架的6个仿生肢节安装横梁上;每个仿生肢节包括仿生肢节底座(29)、股节(30)、胫节(31)、弹簧钢片(32)和柔性结构(33),股节(30)和柔性结构(33)的一端均安装在仿生肢节底座(29)上,股节(30)另一端连接胫节(31),柔性结构(33)的另一端连接胫节(31),胫节(31)另一端安装弹簧钢片(32),仿生肢节底座(29)上设有电机齿轮箱凹槽(35),电机齿轮箱凹槽(35)内设有电机轴孔(36);
所述电机共有8个,6个安装于仿生肢节的电机齿轮箱凹槽(35)中,电机上的电机轴穿过电机轴孔(36)连接股节(30);2个电机横卧安装于躯干骨架(17)两端的电机固定横梁上;
所述驱动电路包括电机驱动电路、系统控制电路,电机驱动电路连接电机,系统控制电路连接电机驱动电路,通过系统控制电路发出控制信号,控制电机驱动电路;
所述拉绳结构包括拉绳支架(24)、拉绳(26)和闸线,拉绳支架(24)安装于躯干骨架(17)上;拉绳(26)的一端穿过拉绳支架(24)上的斜孔连接仿生支节,另一端连接凸轮(23),闸线套于拉绳(26)外;
所述预压结构为3组,每组包括肢节支架、股节延伸T型支架和压缩弹簧,肢节支架固定于躯干骨架(17)上,3个肢节支架分别位于三组仿生肢节安装横梁之间;股节延伸T型支架固定于仿生肢节底座(29)的外侧;所述拉绳(26)经肢节支架第一斜孔(43)与股节延伸T型支架相连;位于肢节支架上的第四螺纹孔(44)用于固定压缩弹簧;股节延伸T型支架上的第六螺纹孔(46)用于固定所述拉绳(26);螺钉通过股节延伸T型支架第五螺纹孔(45)将股节延伸T型支架固定在仿生肢节底座(29)上;
所述凸轮结构为2个,每个凸轮结构包括凸轮(23)和凸轮固定支架(25),凸轮(23)的一端固定在电机轴上,另一端与凸轮固定支架(25)相连;凸轮固定支架(25)安装于位于躯干骨架中部的仿生肢节安装横梁上。
2.根据权利要求1所述的六足仿生湿吸爬壁机器人,其特征在于所述凸轮(23)包括电机连接轴(47)和凸轮轴(49),电机连接轴(47)套在电机轴上,凸轮轴(49)与凸轮固定支架(25)相连。
3.根据权利要求1所述的六足仿生湿吸爬壁机器人,其特征在于所述肢节支架还包括第一斜孔(43)、第四螺纹孔(44);第一斜孔(43)用于通过所述拉绳(26),固定闸线;第四螺纹孔(44)用于将肢节支架固定在躯干骨架上。
4.根据权利要求1所述的六足仿生湿吸爬壁机器人,其特征在于所述位于拉绳支架(24)上的斜孔共有6个,其倾角为45°。
5.根据权利要求1所述的六足仿生湿吸爬壁机器人,其特征在于所述电机齿轮箱凹槽(35)内放置有电机齿轮箱。
6.根据权利要求1所述的六足仿生湿吸爬壁机器人,其特征在于柔性结构(33)包括底座连接杆(39)、弹簧(40)、细轴(41)和胫节连接杆(42),弹簧(40)一端固定于底座连接杆(39)的凹槽中,另一端穿过细轴(41),通过细轴(41)与胫节连接杆(42)相连,胫节连接杆(42)嵌入底座连接杆(39)的凹槽中,二者是间隙配合。
7.根据权利要求1所述的六足仿生湿吸爬壁机器人,其特征在于6个仿生肢节安装横梁的两侧均设有限位块,仿生肢节通过该限位块安装于仿生肢节安装横梁上。
8.根据权利要求1所述的六足仿生湿吸爬壁机器人,其特征在于电机驱动电路连接控制器,控制器安装于电路板固定横梁上,
9.根据权利要求1所述的六足仿生湿吸爬壁机器人,其特征在于系统控制电路包括飞思卡尔控制器MC9S12DG128B、8块驱动电路板MC3386;MC9S12DG128B的通用IO口输出16路PWM信号,与MC3386的8个控制输入口相连,实现对整个系统的控制。
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