CN105523095B - 基于弩炮装置的仿生攀爬机器人 - Google Patents
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Abstract
一种基于弩炮弹射装置的攀爬机器人，它主要包括头部弹射装置、躯干转向装置、四肢动力装置、四个结构相同的脚掌攀爬装置，其中，带有上嘴和下嘴的头部弹射装置通过颈部与躯干转向装置连接，四肢动力装置设在躯干转向装置的腔体内，四肢动力装置与前、后腿的一端连接，该前、后腿的另一端分别与脚掌攀爬装置连接。本发明的头部弹射装置可实现快速攀爬，多连杆机构和真空泵吸盘结合可实现粗糙墙体和光滑墙体攀爬，单电机驱动四肢，节省动力源，方便控制。
Description
技术领域
本发明属于仿生机器人领域,特别涉及一种仿生攀爬机器人。
背景技术
目前，各式各样的攀爬机器人已经在建筑业、核工业、消防部门、石化行业以及造船业等多国行业领域得到研制和应用。但是攀爬机器人攀爬时多数依附特殊材料，实用性不强，或者攀爬机构不能实现粗糙墙体和光滑墙体同时攀爬，对攀爬的墙体要求较高！我国的攀爬机器人研究起步较晚，而森林仿生攀爬机器人一直以来是壁面攀爬机器人研究的一个盲点。无论何时，森林的生态研究和保护都是一个危险的工作，需要有森林攀爬机器人代替人来完成一系列的高危任务。森林深处还有大量珍稀物种不为人知，还需要大量的丛林攀爬机器人去深入调查。此外，反恐、军事上已有无人机对陆空进行全方位的侦查，然而森林的复杂环境是无人机难以勘察的一个遗漏点，针对未来复杂的反恐、国防形势，需要有一款能够与无人机紧密配合的森林机器人完成森林作业。公开号为CN103600352B的专利公开的机器人只能攀爬高压线塔；公开号为N103615630B的专利公开的机器人只能攀爬管道内壁。
发明内容
本发明的目的在于提供一种既能实现粗糙墙体和光滑墙体攀爬也能实现弹射快速攀爬的基于弩炮装置的仿生攀爬机器人。
本发明主要包括头部弹射装置、躯干转向装置、四肢动力装置、四个结构相同的脚掌攀爬装置，其中，带有上嘴和下嘴的头部弹射装置通过颈部与躯干转向装置连接，四肢动力装置设在躯干转向装置的腔体内，四肢动力装置与前、后腿的一端连接，该前、后腿的另一端分别与脚掌攀爬装置连接。
所述头部弹射装置包括上嘴、下嘴和弩炮弹射装置，头部弹射装置与颈部轴销连接，上、下嘴通过轴销连接，弩炮弹射装置设在下嘴上；所述弩炮弹射装置包括小滑块、支撑板、滑块、滑槽、固定槽、螺旋杆，固定槽轴向固定在下嘴中间，该固定槽靠颈部的一端设有电机，设在固定槽内的螺旋杆的一端与电机的输出轴连接，该螺旋杆的另一端抵在固定槽的槽壁上，该螺旋杆上设有滑块，该滑块上的螺纹与螺旋杆上的螺纹啮合，在固定槽一侧上部槽壁的两侧各设有一个支撑板，该支撑板上均设有一个小滑块，支撑板的一端与小滑块滑动连接，该支撑板的另一端通过螺栓与槽壁转动连接，在电机的外侧设有绳轴，绳索的一端固定在绳轴上，并缠绕在绳轴上，该绳索的另一端与钉子连接，弹簧一端抵在滑块上，该弹簧的另一端抵在固定槽壁上。上下嘴的张开完成弩炮弹射装置的蓄力运动，滑块碰撞到小滑块的一侧时，弹簧被压缩，滑块的螺纹和螺旋杆的螺纹处于啮合，碰撞到小滑块时，滑块的螺纹和螺旋杆的螺纹处于不啮合状态，弹簧推动滑块迅速前移，上下嘴的闭合完成弩炮弹射装置的弹射运动，绳子被弹射出去，可实现快速攀爬功能。
所述躯干转向装置包括前躯干、后躯干、转向块、身体连接杆和尾部杆，前躯干和后躯干均为腔体结构，其上分别设有前盖和后盖，前躯干和后躯干之间通过身体连接杆连接，在身体连接杆与前、后躯干连接的两端设有转向块，前、后躯干、身体连接杆和转向块构成四连杆机构，通过电机驱动可以实现精确的转向动作；尾部杆与后躯干通过销钉连接。
所述四肢动力装置设在上述前躯干和后躯干的腔体内，该四肢动力装置的前肢动力装置和后肢动力装置的结构相同，它主要包括腿部、万向轴、伸缩杆、动力直杆、锥齿轮和电机，锥齿轮设在锥齿轮底座内，该锥齿轮底座上设有上盖，动力直杆与锥齿轮水平连接，该动力直杆的两端通过销钉与前腿或后腿连接，伸缩杆二的一端与锥齿轮过盈配合连接，该伸缩杆二的另一端通过矩形花键与伸缩杆一的一端连接，该伸缩杆一的另一端通过万向轴与后肢动力装置的伸缩杆一连接，电机设在后肢动力装置的伸缩杆二的中部。电机完成腿部的运动，万向轴保证转向时动力可以输出，锥齿轮完成动力从中心轴传递到腿部。
所述脚掌攀爬装置分别设在前后左右四个腿上，它包括脚掌、真空泵吸盘和三个结构相同的多连杆联动装置，其中，脚掌中间的通孔套在腿部末端，与腿部滑动连接，所述真空泵吸盘固定在脚掌底部，所述多连杆联动装置两个设在脚掌的前端，一个设在脚掌的后端，它包括钩子、固定槽、脚骨拉杆、拉杆、细杆、大杆、中杆和细短杆，其中脚骨拉杆的一端与脚掌销钉连接，该脚骨拉杆的另一端与连杆的一端销钉连接，该连杆的另一端与细杆的一端销连接，该细杆的另一端与中杆一端销连接，该中杆的另一端与细短杆的一端销连接，该细短杆的另一端与钩子销连接。脚掌上有真空泵吸盘可用于攀爬光滑表面，多连杆装置可用于攀爬粗糙墙体表面。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1、弩炮弹射装置可实现快速攀爬。
2、多连杆机构和真空泵吸盘结合可实现粗糙墙体和光滑墙体攀爬。
3、单电机驱动四肢，节省动力源，方便控制。
附图说明
图1是本发明立体结构示意简图。
图2是图1的俯视图。
图3是本发明头部弹射装置示意简图。
图4是本发明弩炮弹射装置示意简图。
图5是本发明四肢动力装置的示意图。
图6是本发明腿部和脚掌攀爬装置示意简图。
图中：1-下嘴、2-上嘴、3-颈部、4-前躯干、5-前盖、6-前腿、7-身体连接杆、8-后躯干、9-后盖、11-后腿、14-转向块、15-弹簧、16绳轴、17-绳索、18-钉子、19-滑块、20-小滑块、21-滑槽、22-支撑板、23-电机、24-固定槽、25-螺旋杆、26-动力直杆、27-锥齿轮底座、28-锥齿轮、29-伸缩杆二、30-伸缩杆一、31-万向轴、32-上盖、33-连杆、34-大杆、35-钩子、36-细短杆、37-中杆、38-细杆、39-真空泵吸盘、40-脚骨拉杆。
具体实施方式
在图1和图2所示的基于弩炮装置的仿生攀爬机器人示意图中，带有上嘴2和下嘴1的头部弹射装置通过颈部3与躯干转向装置的前躯干4连接，躯干转向装置中的前躯干和后躯干8均为腔体结构，其上分别设有前盖5和后盖9，前躯干和后躯干通过身体连接杆7连接，在身体连接杆与前、后躯干连接的两端设有转向块14，四肢动力装置设在躯干转向装置的腔体内，尾部杆10与后躯干连接，四肢动力装置与前腿6、后腿11的一端连接，该前、后腿的另一端分别与脚掌攀爬装置连接。
在头部弹射装置与颈部连接的一端，上、下嘴通过轴销连接，弩炮弹射装置设在下嘴上；如图3和图4所示，弩炮弹射装置中的固定槽24轴向固定在下嘴中间，该固定槽靠颈部的一端设有电机23，设在固定槽内的螺旋杆25的一端与电机的输出轴连接，该螺旋杆的另一端抵在固定槽的槽壁上，该螺旋杆上设有滑块19，该滑块上的螺纹与螺旋杆上的螺纹啮合，在固定槽一侧上部槽壁的两侧各设有一个支撑板22，该支撑板上均设有一个小滑块20，滑槽21的一端与小滑块滑动连接，该支撑板的另一端通过螺栓与槽壁转动连接，在电机的外侧设有绳轴16，绳索17的一端固定在绳轴上，并缠绕在绳轴上，该绳索的另一端与钉子18连接，弹簧15一端抵在滑块上，该弹簧的另一端抵在固定槽壁24上。上下嘴的张开完成弩炮弹射装置的蓄力运动，滑块碰撞到小滑块的一侧时，弹簧被压缩，滑块的螺纹和螺旋杆的螺纹处于啮移碰撞到小滑块的时，滑块的螺纹和螺旋杆的螺纹处于不啮合状态，弹簧推动滑块迅速前移，上下嘴的闭合完成弩炮弹射装置的弹射运动，绳子被弹射出去，可实现快速攀爬功能。
四肢动力装置设在上述前躯干和后躯干的腔体内，该四肢动力装置的前肢动力装置和后肢动力装置的结构相同，如图5所示，四肢动力装置中的锥齿轮底座27上设有上盖32，锥齿轮28设在锥齿轮底座内，动力直杆26与锥齿轮水平连接，该动力直杆的两端通过销钉与前腿或后腿连接，伸缩杆二29的一端与锥齿轮过盈配合连接，该伸缩杆二的另一端通过矩形花键与伸缩杆一30的一端连接，该伸缩杆一的另一端通过万向轴31与后肢动力装置的伸缩杆一连接，电机131设在后肢动力装置的伸缩杆二的中部。电机完成腿部的运动，万向轴保证转向时动力可以输出，锥齿轮完成动力从中心轴传递到腿部。
脚掌攀爬装置分别设在前后左右四个腿上，如图5所示，其脚掌12中间的通孔套在腿部11末端，与腿部连接，真空泵吸盘39固定在脚掌底部，多连杆联动装置两个设在脚掌的前端，一个设在脚掌的后端，所述多连杆联动装置中的脚骨拉杆40的一端与脚掌销连接，该脚骨拉杆的另一端与连杆33的一端销连接，该连杆的另一端与细杆38的一端销连接，该细杆的另一端与中杆37一端销连接，该中杆的另一端与细短杆36的一端销连接，该细短杆的另一端与钩子35销连接。大杆34的一端与脚掌12销连接，另一端与细短杆销连接，细短杆的另一端与钩子销连接，脚掌上有真空泵吸盘可用于攀爬光滑表面，多连杆装置可用于攀爬粗糙墙体表面。
Claims (1)
1.一种基于弩炮装置的仿生攀爬机器人，其特征在于：它包括头部弹射装置、躯干转向装置、四肢动力装置、四个结构相同的脚掌攀爬装置，其中，带有上嘴和下嘴的头部弹射装置通过颈部与躯干转向装置连接，四肢动力装置设在躯干转向装置的腔体内，四肢动力装置与前、后腿的一端连接，该前、后腿的另一端分别与脚掌攀爬装置连接；
所述头部弹射装置包括上嘴、下嘴和弩炮弹射装置，头部弹射装置与颈部轴销连接，上、下嘴通过轴销连接，弩炮弹射装置设在下嘴上；所述弩炮弹射装置包括小滑块、支撑板、滑块、滑槽、固定槽、螺旋杆，固定槽轴向固定在下嘴中间，该固定槽靠颈部的一端设有电机，设在固定槽内的螺旋杆的一端与电机的输出轴连接，该螺旋杆的另一端抵在固定槽的槽壁上，该螺旋杆上设有滑块，该滑块上的螺纹与螺旋杆上的螺纹啮合，在固定槽一侧上部槽壁的两侧各设有一个支撑板，该支撑板上均设有一个小滑块，支撑板的一端与小滑块滑动连接，该支撑板的另一端通过螺栓与槽壁转动连接，在电机的外侧设有绳轴，绳索的一端固定在绳轴上，并缠绕在绳轴上，该绳索的另一端与钉子连接，弹簧一端抵在滑块上，该弹簧的另一端抵在固定槽壁上；
所述躯干转向装置包括前躯干、后躯干、转向块、身体连接杆和尾部杆，前躯干和后躯干均为腔体结构，其上分别设有前盖和后盖，前躯干和后躯干之间通过身体连接杆连接，在身体连接杆与前、后躯干连接的两端设有转向块，前、后躯干、身体连接杆和转向块构成四连杆机构，通过电机驱动实现精确的转向动作，尾部杆与后躯干通过销钉连接；
所述四肢动力装置设在上述前躯干和后躯干的腔体内，该四肢动力装置的前肢动力装置和后肢动力装置的结构相同，它主要包括腿部、万向轴、伸缩杆、动力直杆、锥齿轮和电机，锥齿轮设在锥齿轮底座内，该锥齿轮底座上设有上盖，动力直杆与锥齿轮水平连接，该动力直杆的两端通过销钉与前腿或后腿连接，伸缩杆二的一端与锥齿轮过盈配合连接，该伸缩杆二的另一端通过矩形花键与伸缩杆一的一端连接，该伸缩杆一的另一端通过万向轴与后肢动力装置的伸缩杆一连接，电机设在后肢动力装置的伸缩杆二的中部；
所述脚掌攀爬装置分别设在前后左右四个腿上，它包括脚掌、真空泵吸盘和三个结构相同的多连杆联动装置，其中，脚掌中间的通孔套在腿部末端，与腿部滑动连接，所述真空泵吸盘固定在脚掌底部，所述多连杆联动装置两个设在脚掌的前端，一个设在脚掌的后端，它包括钩子、固定槽、脚骨拉杆、拉杆、细杆、大杆、中杆和细短杆，其中脚骨拉杆的一端与脚掌销钉连接，该脚骨拉杆的另一端与连杆的一端销钉连接，该连杆的另一端与细杆的一端销连接，该细杆的另一端与中杆一端销连接，该中杆的另一端与细短杆的一端销连接，该细短杆的另一端与钩子销连接，脚掌上有真空泵吸盘可用于攀爬光滑表面，多连杆装置可用于攀爬粗糙墙体表面。
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