CN104859741A - 一种驻波驱动型爬行机器人 - Google Patents

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Abstract

一种驻波驱动型爬行机器人，属于微小型机器人技术领域。该机器人解决目前微小型爬行机器人结构复杂、驱动足运动频率和速度偏低的问题。方案要点：多个驱动臂对称设置在身体的两侧，支撑梁的一端与身体侧面固定连接，支撑梁中间位置内部装有电机，电机的输出轴上固定连接偏心轮，支撑梁的另一端与振动梁的一端固接，振动梁的另一端安装有驱动足，驱动足的下侧面固定设置有多个触角，每个触角与驱动足之间的夹角均为锐角；所述电源和控制器相邻设置在身体中部，传感器设置在身体的前端头部。本发明用于微小型机器人的制作。

Description

一种驻波驱动型爬行机器人
技术领域
本发明涉及一种驻波驱动型爬行机器人，属于微小型机器人技术领域。
背景技术
微小型机器人技术一直以来都是机器人技术领域的一个重要分支，其突出优势在于狭小空间内的良好通过性以及常规空间内的难察觉性，在复杂狭小空间探查、搜救等领域具有广泛应用前景。
目前成熟的微小型机器人主要分为轮式和足式两大类，借鉴仿生学的原理，驱动足式微小型机器人是目前的主要研究方向。不过，目前多数驱动足式微小型机器人均采用电机、减速器和连杆机构的组合来实现驱动足的步进动作，这使其存在结构复杂的突出不足，而驱动足运动频率和速度偏低也是该类机器人目前存在的一个主要问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种驻波驱动型爬行机器人，为解决目前微小型爬行机器人结构复杂、驱动足运动频率和速度偏低的问题。
本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：所述机器人包括身体、电源、控制器、传感器和多个驱动臂，所述驱动臂的数量为n个，其中n为自然数，多个驱动臂对称设置在身体的两侧，每个驱动臂包括支撑梁、电机、偏心轮、振动梁和驱动足，支撑梁的一端与身体侧面固定连接，支撑梁中间位置内部装有电机，电机的输出轴上固定连接偏心轮，支撑梁的另一端与振动梁的一端固接，振动梁的另一端安装有驱动足，驱动足的下侧面固定设置有多个触角，每个触角与驱动足之间的夹角均为锐角；所述电源和控制器相邻设置在身体中部，传感器设置在身体的前端头部。
本发明的有益效果：本发明机器人采用的是弹性体共振实现爬行，属于一种驻波驱动，由于没有中间的传动机构，结构实现了极大程度的简化；此外，共振状态下触角末端获得了较高的振幅和振速，这使得驱动足运动频率的速度偏低的问题得到了有效的改善。结构简单，加工装配十分简便，易于实现微型化。
附图说明
图1是本发明所述的一种驻波驱动型爬行机器人的剖视图，图2是图1所示机器人的立体结构示意图，图3是图1所示机器人的A-A剖视图，图4是图1所示机器人中驱动足的C向局部视图，图5为图1所示机器人中驱动臂在弯曲运动状态下的变形示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式的机器人包括身体1、电源3、控制器4、传感器5和多个驱动臂2，所述驱动臂2的数量为2n个，其中n为自然数，多个驱动臂2对称设置在身体1的两侧，每个驱动臂2包括支撑梁2-1、电机2-2、偏心轮2-3、振动梁2-4和驱动足2-5，支撑梁2-1的一端与身体1侧面固定连接，支撑梁2-1中间位置内部装有电机2-2，电机2-2的输出轴上固定连接偏心轮2-3，支撑梁2-1的另一端与振动梁2-4的一端固接，振动梁2-4的另一端安装有驱动足2-5，驱动足2-5的下侧面固定设置有多个触角2-6，每个触角2-6与驱动足2-5之间的夹角均为锐角；所述电源3和控制器4相邻设置在身体1中部，传感器5设置在身体1的前端头部。
具体实施方式二：结合图1和图3说明本实施方式，本实施方式的身体1、支撑梁2-1、振动梁2-4和驱动足2-5为一体件。此结构的优点是极大的简化机器人的制作工艺。其它实施方式与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式的电机2-2的转动频率等于驱动臂2的弯曲振动共振频率。此结构的优点是通过电机带动偏心轮产生的离心力来激发高强度的驱动臂弯曲振动，达到共振状态。其它实施方式与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：结合图1说明本实施方式，本实施方式的多个触角2-6长度相等且相互平行，每个触角2-6的高度大于身体1的高度且小于该触角2-6的长度。此结构的优点是保证所有驱动足产生一致的推动力。其它实施方式与具体实施方式一相同。
具体实施方式五：结合图1说明本实施方式，本实施方式的驱动足2-5的上侧面同样固定设置有多个触角2-6，且与下侧面的触角2-6对称设置。此结构的优点是机器人在正反放置的时候都可以实现爬行。其它实施方式与具体实施方式一相同。
具体实施方式六：结合图1说明本实施方式，本实施方式的每个触角2-6的材料为柔性材料，此结构的优点是提高机器人对爬行表面结构的适应性。其它实施方式与具体实施方式一相同。
具体实施方式七：结合图1说明本实施方式，本实施方式的振动梁2-4的厚度小于支撑梁2-1的厚度，此结构的优点是实现驱动足2-5末端振幅和振速的成倍放大。其它实施方式与具体实施方式一相同。
具体实施方式八：结合图1说明本实施方式，本实施方式的传感器5为距离传感器或视觉传感器，该传感器5用于实现前方障碍物的探测，并发送相应信号给控制器。其它实施方式与具体实施方式一相同。
工作原理：机器人利用悬臂结构的驱动臂的共振式弯曲振动工作：安装在电机输出轴上的偏心轮在电机带动下会产生一个周期性的离心力，当电机的转动频率等于驱动臂的弯曲振动共振频率时，该离心力就会激发驱动臂产生弯曲共振，从而在驱动足处获得了周期性的上下振动(见图5)，触角与驱动足的夹角为锐角，在驱动足上下振动的带动下，触角受到地面向上的反作用力和向前的反作用力，向上的反作用力用于抵消机器人自身重力，向前的反作用力则可以推动机器人向前运动；设置在身体前端的传感器用于探测机器人前方障碍物情况；电源用于驱动电机；控制器用于接收传感器返回的信息，并进行分析处理，然后规划爬行轨迹，最终通过控制电机施加电压的大小来实现预定轨迹的爬行。当所有电机施加电压相同时，机器人直线前进；当右侧电机施加电压高于左侧时，实现左转弯；当左侧电机施加电压高于右侧时，实现右转弯；转弯半径的大小可以通过改变两侧电机施加电压幅值的比例关系进行灵活调整。

Claims (8)

1.一种驻波驱动型爬行机器人，其特征在于所述机器人包括身体(1)、电源(3)、控制器(4)、传感器(5)和多个驱动臂(2)，所述驱动臂(2)的数量为2n个，其中n为自然数，多个驱动臂(2)对称设置在身体(1)的两侧，每个驱动臂(2)包括支撑梁(2-1)、电机(2-2)、偏心轮(2-3)、振动梁(2-4)和驱动足(2-5)，支撑梁(2-1)的一端与身体(1)侧面固定连接，支撑梁(2-1)中间位置内部装有电机(2-2)，电机(2-2)的输出轴上固定连接偏心轮(2-3)，支撑梁(2-1)的另一端与振动梁(2-4)的一端固接，振动梁(2-4)的另一端安装有驱动足(2-5)，驱动足(2-5)的下侧面固定设置有多个触角(2-6)，每个触角(2-6)与驱动足(2-5)之间的夹角均为锐角；所述电源(3)和控制器(4)相邻设置在身体(1)中部，传感器(5)设置在身体(1)的前端头部。
2.根据权利要求1所述的一种驻波驱动型爬行机器人，其特征在于所述身体(1)、支撑梁(2-1)、振动梁(2-4)和驱动足(2-5)为一体件。
3.根据权利要求1所述的一种驻波驱动型爬行机器人，其特征在于所述电机(2-2)的转动频率等于驱动臂(2)的弯曲振动共振频率。
4.根据权利要求1所述的一种驻波驱动型爬行机器人，其特征在于多个触角(2-6)长度相等且相互平行，每个触角(2-6)的高度大于身体(1)的高度。
5.根据权利要求1所述的一种驻波驱动型爬行机器人，其特征在于所述驱动足(2-5)的上侧面同样固定设置有多个触角(2-6)，且与下侧面的触角(2-6)对称设置。
6.根据权利要求1所述的一种驻波驱动型爬行机器人，其特征在于每个触角(2-6)的材料为柔性材料。
7.根据权利要求1所述的一种驻波驱动型爬行机器人，其特征在于所述振动梁(2-4)的厚度小于支撑梁(2-1)的厚度。
8.根据权利要求1所述的一种驻波驱动型爬行机器人，其特征在于所述传感器(5)为距离传感器或视觉传感器。
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