CN103010326B - 一种蛇形机器人的电磁式八向独立可伸缩轮式机构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种蛇形机器人的电磁式八向独立可伸缩轮式机构，该机构包括外壳、连接盘、重力传感装置、伸缩轮孔、伸缩轮、伸缩轴、推拉杆、电磁铁装置、永磁滑块和基座。外壳上均匀分布着八个伸缩轮孔，蛇形机器人在运动过程中，通过重力传感装置的控制，触发电磁铁装置工作，永磁滑块在相应磁力作用下带动推拉杆，将与触地的伸缩轮孔相邻的两个伸缩轮推出，触地方向改变时伸缩轮缩回，其相应的伸缩轮再伸出，从而实现蛇形机器人轮式运动中轮子的伸缩功能。该伸缩轮式机构具有装置简单，加工容易的特点，能保证机器人在翻转时快速响应，轮子伸缩迅速，有效提高了机器人的运行速度。
Description
技术领域
本发明涉及机器人研究和工程领域，特别涉及一种蛇形机器人的电磁式八向独立可伸缩轮式机构。
背景技术
蛇形机器人具有以下优点：结构合理、控制灵活、性能可靠、可扩展性强、适应性强等。蛇形机器人由于其天生的多关节、多自由度，多冗余自由度，可以有多种运动模式，因而迎合了一些市场的需求。目前已有的蛇形机器人机构，都是针对于蛇形的传统运动形式进行设计，随着仿生技术的进步和结构设计的高度细化，世界上一些先进的蛇形机器人已经能够达到甚至超过自然界蛇的一些运动能力，但是与轮式运动相比，传统蛇形运动在一定程度上限制了蛇体的运动速度，复杂地形环境下的运行能力也因此受到限制。在已有发明中，蛇形机器人的设计都是将轮固定在蛇体外缘来辅助蛇形机器人的蜿蜒等传统运动，像东京工业大学的ACM-R5水陆两栖机器人，中科院沈阳自动化研究所设计的专利号为200820231889.4的水陆两栖蛇形机器人，中南大学学生设计的专利号为200920313939.8的一种多功能蛇形机器人都是固定轮设计。
发明内容
本发明的目的是针对当前的蛇形机器人运动形式的特点和不足，提出一种电磁式八向独立可伸缩轮式机构，能有效提升其运行速度，减少对机器人外壳或者皮肤的不必要磨损，延长其使用寿命。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
本发明的蛇形机器人的电磁式八向独立可伸缩轮式机构包括外壳，伸缩轮孔，伸缩轮，连接盘，重力传感装置和内部伸缩机构；外壳为圆柱形空腔，外壳的前端安装有重力传感装置，外壳上均匀分布着八个所述伸缩轮孔，其分别对应着内部八个伸缩轮，内部伸缩机构安装在基座上，基座上均匀分布着八个等长等深的滑槽，滑槽内安装了内部伸缩机构的其它部件，包括推拉杆、电磁铁装置、永磁滑块和伸缩轴；伸缩轴分为外轴、中轴和内轴三部分，电磁铁装置和永磁滑块通过嵌套式结构与滑槽连接以防止脱落且能保证永磁滑块的自由滑动，推拉杆两端通过连接器件分别与永磁滑块、伸缩轴相连，伸缩轮则安装在伸缩轴顶部的支架上。
进一步地，基座为圆柱体空腔结构，其与外壳同心，基座的两侧分别由连接盘固定，该可伸缩轮式机构包含均匀分布的八个伸缩轮，伸缩轮彼此间隔45度。
进一步地，重力传感装置的连接面为正八边形，其八个角分别对应于八个伸缩轮。
进一步地，重力传感装置的中心为空心圆柱体，其截面圆的直径与基座截面圆的直径相同。
进一步地，连接盘中心为空心圆，其直径与基座以及重力传感装置的截面圆的直径相同。
进一步地，电磁铁装置固定在基座的滑槽内，以伸缩轴为中心，滑槽两侧分别对称安装两组电磁铁装置，永磁滑块通过推拉杆固定在滑槽内。
本发明整体上把伸缩轮的运动功能作为蛇形机器人传统运动方式的补充和辅助进行设计，利用感应装置实现实时重力方向的辨别，根据感应器和伸缩轮的对应关系实现蛇形机器人底部所对应轮子的伸缩。对每个伸缩轮采用独立上电控制，无论机器人位置如何，总能保证在不需要扭转身体的前提下正常行进，从而提高机器人的运行速度。
本发明的优点是：为机器人提供了一种电磁式的八向独立可伸缩轮式机构，该机构通过重力感应式实时辨别、电磁动力式可伸缩轮式设计，独立对应双轮平衡式伸缩，独立环节控制和供电，控制形式简单，传感、控制扩展和变更性强，具有装置简单，加工方便，易于实现的特点。可用于机器人在翻滚时无需区分蛇身正侧角度，快速响应，八向随动，能有效提高其运行速度。
附图说明
图1为机构外壳和伸缩机构组装位置示意图；
图2为内部伸缩机构示意图；
其中：1外壳，2伸缩轮孔，3伸缩轮，4连接盘，5重力传感装置，6推拉杆，7电磁铁装置，8永磁滑块，9基座，10伸缩轴。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本发明的可伸缩轮式机构主要由外壳1、伸缩轮孔2、伸缩轮3、连接盘4、重力传感装置5和内部伸缩机构组成。外壳1的壳体表面均匀分布着八个伸缩轮孔2。壳体两端分别设有连接螺孔，通过连接盘4将内部伸缩机构和外壳1以及重力传感装置5连接起来。重力传感装置5的连接面为正八边形，其八个角分别对应于八个伸缩轮3，重力传感装置5的中心为空心圆柱体，连接盘4中心为空心圆。
内部伸缩机构如图2所示，主要由基座9、电磁伸缩轮装置组成，电磁伸缩轮装置包括推拉杆6、电磁铁装置7、永磁滑块8、伸缩轴10。基座9为圆柱体空腔结构，其与外壳1同心布置，基座9的两侧分别由连接盘4固定，基座9截面圆的直径与重力传感装置5截面圆的直径相同。连接盘4空心圆的直径与基座9以及重力传感装置5的截面圆的直径相同。
基座9上有八个等长等深的滑槽，并且沿基座9空腔对称分布，每个滑槽中心有伸缩轴10的安装孔，用于伸缩轴10的固定。每个滑槽都在相应的位置设有嵌套结构，用来安装电磁铁装置7和永磁滑块8以防止其自由滑动或脱离。每个滑槽安装有相应的电磁驱动伸缩机构，在滑槽的两侧和伸缩轴10两侧分别安装两块电磁铁装置7，两个推拉杆6，每个推拉杆6的一端连接伸缩轴10，另一端连接在永磁滑块8上。八个均匀分布的伸缩轮3分别安装在各自伸缩轴10顶部的支架上，这八个伸缩轮3彼此间隔45度设置。
当伸缩轮3伸出时，控制线圈的上电方向使滑槽中间的电磁铁装置7吸引永磁滑块8，滑槽两侧的电磁铁装置7排斥永磁滑块8，从而给永磁滑块8足够的吸引力沿滑槽运动，实现伸缩轮3的伸出；当伸缩轮3缩回时，控制线圈的上电方向使滑槽两侧的电磁铁装置7吸引永磁滑块8，中间的电磁铁装置7排斥永磁滑块8，实现伸缩轮3的缩回。为了增加对伸缩轴10的作用力，在两侧分别设计相同的磁力推拉装置，每个磁力推拉装置都包含两个电磁铁装置7和一个永磁滑块8，使两边的推拉杆6对伸缩轴10的合力总是沿伸缩轴10方向。
本发明提供的蛇形机器人的电磁式八向独立可伸缩轮式机构，具有装置简单，加工容易的特点。当蛇形机器人运动时，通过重力传感装置的感应式辨别，将信号传送给相应方向伸缩机构的电磁铁装置，实现对该电磁铁装置电磁式独立上电控制，进而使相应的伸缩轮快速响应伸缩，实现双轮平衡式伸缩运动。无论机器人处于任何位置，总能保证在不需要扭转身体的前提下正常行进。在蛇形机器人的传统运动中，伸缩轮可以作为适应不同地形的辅助；单独以伸缩轮运动时蛇体可以保持快速滑行状态，另外伸缩轮还可以根据地形情况更换不同的材质，提高其适应性。
Claims (6)
1.一种蛇形机器人的电磁式八向独立可伸缩轮式机构，其特征在于：包括外壳（1），伸缩轮孔（2），伸缩轮（3），连接盘（4），重力传感装置（5）和内部伸缩机构；所述外壳（1）为圆柱形空腔，外壳（1）的前端安装有所述重力传感装置（5），外壳（1）上均匀分布着八个所述伸缩轮孔（2），其分别对应着内部八个所述伸缩轮（3），所述内部伸缩机构安装在基座（9）上，基座（9）上均匀分布着八个等长等深的滑槽，滑槽内安装了所述内部伸缩机构的其它部件，包括推拉杆（6）、电磁铁装置（7）、永磁滑块（8）和伸缩轴（10）；伸缩轴（10）分为外轴、中轴和内轴三部分，电磁铁装置（7）和永磁滑块(8)通过嵌套式结构与所述滑槽连接以防止脱落且能保证永磁滑块（8）的自由滑动，推拉杆（6）两端通过连接器件分别与永磁滑块（8）、伸缩轴（10）相连，伸缩轮（3）则安装在伸缩轴（10）顶部的支架上。
2.根据权利要求1所述的蛇形机器人的电磁式八向独立可伸缩轮式机构，其特征在于：所述基座（9）为圆柱体空腔结构，其与所述外壳（1）同心，基座（9）的两侧分别由所述连接盘（4）固定，所述可伸缩轮式机构包含均匀分布的八个伸缩轮（3），伸缩轮（3）彼此间隔45度。
3.根据权利要求1所述的蛇形机器人的电磁式八向独立可伸缩轮式机构，其特征在于：所述重力传感装置（5）的连接面为正八边形，其八个角分别对应于八个所述伸缩轮（3）。
4.根据权利要求1所述的蛇形机器人的电磁式八向独立可伸缩轮式机构，其特征在于：所述重力传感装置（5）的中心为空心圆柱体，其截面圆的直径与所述基座（9）截面圆的直径相同。
5.根据权利要求4所述的蛇形机器人的电磁式八向独立可伸缩轮式机构，其特征在于：所述连接盘（4）中心为空心圆，其直径与所述基座（9）以及重力传感装置（5）的截面圆的直径相同。
6.根据权利要求1所述的蛇形机器人的电磁式八向独立可伸缩轮式机构，其特征在于：所述电磁铁装置（7）固定在所述基座（9）的滑槽内，以伸缩轴（10）为中心，滑槽两侧分别对称安装两组所述电磁铁装置（7），永磁滑块（8）通过推拉杆（6）固定在滑槽内。
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