CN102190021A

CN102190021A - 波形蠕动机器人

Info

Publication number: CN102190021A
Application number: CN 201010118157
Authority: CN
Inventors: 郑精辉
Original assignee: Shanghai Xpartner Robotics Co Ltd
Current assignee: Shanghai Xpartner Robotics Co Ltd
Priority date: 2010-03-05
Filing date: 2010-03-05
Publication date: 2011-09-21

Abstract

本发明公开了一种波形蠕动机器人，其包括：一驱动电机、一行波产生机构，该驱动电机通过一传动机构带动该行波产生机构产生正弦波行波运动。本发明的波形蠕动机器人采用螺旋杆驱动，结构简单紧凑，易于小型化和模块化；并且产生的行波运动方式在流体环境中具有良好的运动，对地形表面具有较好的适应能力。因此本发明可广泛用于管道内部探测，水下作业，勘探等领域。

Description

波形蠕动机器人

技术领域

本发明涉及一种机器人，特别是涉及一种采用仿生结构的波形蠕动机器人，用于仿生研究腹足纲软体动物，比如蜗牛的运动机理，蜗牛的运动为一行波运动，波形蠕动机器人通过一行波产生机构来实现波形运动，以拓展机器人的运动方式和人类的运动范围。

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大多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，为此我们发明了上述机器人。现有的机器人研究中尚无以行波运动方式在流体环境中良好的运动的探测技术，这对于管道内部探测、水下作业、勘探等机器人研究领域的开发应用形成一种局限。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是为了克服现有机器人研究中缺乏以行波运动方式在流体环境中良好的运动的探测技术，提供一种能产生波形运动的波形蠕动机器人。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种波形蠕动机器人，其特点在于，其包括：一驱动电机、一行波产生机构，该驱动电机通过一传动机构带动该行波产生机构产生正弦波行波运动。

其中，该行波产生机构至少包括：

一螺旋杆，该螺旋杆的一端为该传动机构的输出轴；

一设于该螺旋杆的上方的底板；

两分别与该底板横向的两侧固接的导向限位板；

两分别与该底板纵向的两侧固接的螺旋杆支撑座，该螺旋杆的两端为分别与该两螺旋杆支撑座转动连接的转动轴；

一与该螺旋杆相穿的波足滑片阵列，该波足滑片阵列设于该两导向限位板之间，并与该两导向限位板活动嵌设；及

该波足滑片阵列的底部粘设一弹性防水薄膜，该波足滑片阵列随该螺旋杆的转动而产生正弦波行波运动。

其中，该波足滑片阵列包括多个波足滑片，各该波足滑片的一侧设有与该螺旋杆相应卡扣的卡口。

其中，该两导向限位板相向的内壁上对应开有多个导向限位槽，各波足滑片分别与各导向限位槽活动嵌设。

其中，该螺旋杆两端分别通过一轴承与该螺旋杆支撑座固定。

其中，该驱动电机通过一电机座固设于该底板上。

其中，该弹性防水薄膜为一弹性防水橡胶薄膜。

其中，该传动机构至少包括通过一皮带相连的一小带轮和一大带轮，该小带轮带动该大带轮旋转，该大带轮带动该螺旋杆转动。

本发明的积极进步效果在于：本发明的波形蠕动机器人采用螺旋杆驱动，结构简单紧凑，易于小型化和模块化；并且产生的行波运动方式在流体环境中具有良好的运动，对地形表面具有较好的适应能力。可用于管道内部探测，水下作业，勘探等领域。

附图说明

图1为本发明一较佳实施例的波形蠕动机器人的内部结构图。

图2为本发明一较佳实施例的导向限位板结构图。

具体实施方式

下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。

如图1至图2所示，本发明提供的波形蠕动机器人由驱动电机1、皮带传动机构和行波产生机构组成。行波产生机构由一螺旋杆9、一底板11，分别与底板横向(即沿底板长度方向)的两侧分别固接的两块导向限位板4、分别与底板11纵向(即沿底板宽度方向)的两侧分别固接的螺旋杆前、后支撑座7，3、以及一组穿设于螺旋杆的波足滑片阵列构成。波足滑片阵列设在两块导向限位板4之间，并与两块导向限位板4活动嵌设。两块导向限位板4上对应各波足滑片5处，开有多个纵向的导向限位槽6，各波足滑片分别与各导向限位槽6活动嵌设。波足滑片阵列为多个波足滑片5组成，各波足滑片5的一侧设有与螺旋杆9相应卡扣的卡口13。波足滑片阵列由粘结在其底部的弹性防水薄膜连成一整体，并形成波面。传动机构包括通过一皮带8相连的一小带轮12和一大带轮10，该小带轮12带动该大带轮10旋转，该大带轮10带动该螺旋杆9转动。

驱动电机1连在电机座2上，固定于长方形的底板11上，通过小带轮12、皮带8和大带轮10把转动传递给螺旋杆9，螺旋杆9两端为转动轴端，螺旋杆9的两个轴端通过两个轴承分别转动支撑在前、后螺旋杆支撑座7，3上，其中螺旋杆9的左端同时作为传动机构的大带轮10的输出轴。螺旋杆9转动产生螺旋运动，带动波足滑片阵列振动，从而产生来回正弦波行波运动。这样，波足滑片阵列随螺旋杆9的转动而产生正弦波行波运动。

本发明的工作原理为：通过螺旋杆9的旋转运动驱动机器人运动，通过把螺旋运动转化为某一方向的振动来实现行波运动，如图1所示，螺旋9杆静止时，螺旋线方程为

y²+z²＝r²，x＝k*(2π+arctan(y/z)).

这里令y＝rsinθ₀

z＝rcosθ₀

则有x＝k*(2π+θ₀)

则有y＝r*sin(x/k-2π)

当螺旋杆9绕中心轴线x轴以角速度ω旋转时，θ＝θ₀+ωt，

则y(x，t)＝r*sin(x/k+ωt-2π)

此为一行波方程，这里r为螺旋半径；k为一常数，与角度相乘得到x方向的位移。k*2π是每旋转一周在z轴上上升的距离；

θ₀为：t＝0时螺旋线上x处对应的角度；

θ为：当时间为t时，螺旋线上x处对应的角度。

根据上述原理，两块导向限位板4的内壁对应各波足滑片5处，开有多个导向限位槽6，各波足滑片5分别与各导向限位槽6活动嵌设。因此各波足滑片5只能在螺旋杆9的旋转带动下，产生上下运动，由此产生的波足滑片的位移为y(x，t)＝r*sin(x/k+ωt-2π)，即为一正弦波行波运动。由于波足滑片阵列5由粘结在其底部的弹性防水薄膜连成一整体，并形成波面，故当机器人底部有液体时，液体对此行波产生反作用力，从而推动机器人向前运动。本实施例的传动机构还可以是齿轮传动机构、同步带传动机构或链传动机构中的一种。弹性防水薄膜可以采用具有弹性的橡胶薄膜。

本发明的波形蠕动机器人采用螺旋杆驱动，结构简单紧凑，易于小型化和模块化。产生的行波运动方式在流体环境中具有良好的运动，对地形表面具有较好的适应能力。可广泛用于管道内部探测，水下作业，勘探等领域。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改。因此，本发明的保护范围由所附权利要求书限定。

Claims

1.一种波形蠕动机器人，其特征在于，其包括：一驱动电机、一行波产生机构，该驱动电机通过一传动机构带动该行波产生机构产生正弦波行波运动。

2.如权利要求1所述的波形蠕动机器人，其特征在于，该行波产生机构至少包括：

一螺旋杆，该螺旋杆的一端为该传动机构的输出轴；

一设于该螺旋杆的上方的底板；

两分别与该底板横向的两侧固接的导向限位板；

3.如权利要求2所述的波形蠕动机器人，其特征在于，该波足滑片阵列包括多个波足滑片，各该波足滑片的一侧设有与该螺旋杆相应卡扣的卡口。

4.如权利要求3所述的波形蠕动机器人，其特征在于，该两导向限位板相向的内壁上对应开有多个导向限位槽，各波足滑片分别与各导向限位槽活动嵌设。

5.如权利要求4所述的波形蠕动机器人，其特征在于，该螺旋杆两端的转动轴分别通过一轴承与该螺旋杆支撑座固定。

6.如权利要求2所述的波形蠕动机器人，其特征在于，该驱动电机通过一电机座固设于该底板上。

7.如权利要求2所述的波形蠕动机器人，其特征在于，该弹性防水薄膜为一弹性防水橡胶薄膜。

8.如权利要求1所述的波形蠕动机器人，其特征在于，该传动机构至少包括通过一皮带相连的一小带轮和一大带轮，该小带轮带动该大带轮旋转，该大带轮带动该螺旋杆转动。