CN107323553B - 蚯蚓仿生机器人系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了蚯蚓仿生机器人系统，包括有头部、连接部运动躯干以及尾部，所述头部、运动躯干与尾部的下端均设有触角，所述头部、运动躯干与尾部采用的硅胶材料；所述连接部为空心的皱褶；所述运动躯干包括有基板，所述基板的前后两端设有电磁铁，所述电磁铁中套有铁棒；所述铁棒的外侧固定有挡板，所述两块挡板与基板之间通过弹簧连接；所述两块挡板之间还包括有弧形的金属弹片，所述金属弹片的外侧设有钢钉。本发明通过将外壳的制作材料选用硅胶，提高机器人运动时的稳定性，同时通过利用电磁铁驱动两个挡板相互靠近，从而实现了钢钉的向外伸出或缩回，而蚯蚓仿生机器人就是通过钢钉的循环往复地伸出与缩回实现了蠕动动作。

Description

蚯蚓仿生机器人系统

技术领域

本发明涉及一种机器人领域，特别是仿生机器人。

背景技术

仿生软体机器人是机器人技术领域中的一个新兴的发展分支，是当前国内外研究的热点；目前，软体体机器人技术仍处于研究阶段，即使搭出软体机器人原型机，也仅能够完成简单的运动，整体技术并不完善，其中主要存在有一下的不足：1、驱动力不足而导致运动速度缓慢；2、灵活性及柔性都较差。

利用如今软体这一新型技术和蚯蚓柔性的身体架构及蠕动的运动原理，来解决目前轮式和足式机器人存在的不足之处。如：1、在崎岖不平的地区运动时，存在着翻倒的危险；2、轮式和足式机器人整体质量大，受力面积小，无法运动于较为柔软的地表；3、整体框架基本采用刚性结构，而导致机器人躯体的整体柔性差；4、在狭小空间存在的移动受限，灵活性差等特点。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种耗能少，驱动力大，柔软性好，能在复杂、曲折的狭小空间和松软的地表上运动的仿蚯蚓智能软体机器人。

本发明解决其技术问题的解决方案是：蚯蚓仿生机器人系统，包括有头部、连接部运动躯干以及尾部，所述头部、运动躯干与尾部的下端均设有触角，所述头部、运动躯干与尾部采用的硅胶材料；所述头部与运动躯干之间、运动躯干与尾部之间均通过连接部连接；所述连接部为空心的皱褶；所述运动躯干包括有基板，所述基板的前后两端设有电磁铁，所述电磁铁中套有铁棒，所述铁棒可相对电磁铁前后移动；所述铁棒的外侧固定有挡板，所述两块挡板与基板之间通过弹簧连接；所述两块挡板之间还包括有弧形的金属弹片，所述金属弹片的外侧设有钢钉。

作为上述技术方案的进一步改进，还包括有转向装置，所述头部包括有底板，所述底板上设有第一微型电机，所述第一微型电机上设有拉杆，所述拉杆与头部的上端连接；所述底板上还设有第二微型电机，所述第二微型电机的前端设有拨杆，所述拨杆与头部的下端的左右两侧连接。

作为上述技术方案的进一步改进，所述头部的下端的左右两侧与底板之间通过弹簧线连接，所述拨杆位于两根弹簧线之间。

作为上述技术方案的进一步改进，还包括有检测装置，所述头部的上端设置有摄像头，所述头部的下端设有多个红外线传感器，所述头部内还包括有CPU，所述摄像头、红外线传感器均与CPU电连接。

作为上述技术方案的进一步改进，所述红外线传感器有三个，三个所述的红外线传感器一字排开均匀地分布在头部的下端，所述的摄像头有一个，摄像头位于中间的红外线传感器的正上方；所述头部包括有上头体与下头体，所述下头体大于所述的上头体，所述下头体与上头体之间圆弧过渡，所述摄像头安装在上头体的最前端；所述红外线传感器设于下头体的最前端。

作为上述技术方案的进一步改进，所述挡板为柔性的材料制成，所述挡板的内端面上设有环形的定位槽，所述弹簧卡在定位槽中。

作为上述技术方案的进一步改进，所述弹簧为塔形弹簧，所述弹簧靠近基板一端的外径大于靠近挡板一端的外径。

本发明的有益效果是：本发明通过将外壳的制作材料选用硅胶，因为硅胶的柔软性，加上机器人自身的重量，使得机器人能与地面有较大的接触面积，从而提高机器人运动时的稳定性，同时通过利用电磁铁驱动两个挡板相互靠近，从而实现了钢钉的向外伸出或缩回，而蚯蚓仿生机器人就是通过钢钉的循环往复地伸出与缩回实现了蠕动动作。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。显然，所描述的附图只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他设计方案和附图。

图1是本发明的立体视图；

图2是本发明的剖视图；

图3是本发明的驱动装置的结构示意图；

图4是本发明的转向装置的立体视图。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，文中所提到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。本发明创造中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。

参照图1～图4，蚯蚓仿生机器人系统，包括有头部1、连接部2运动躯干3以及尾部4，所述头部1、运动躯干3与尾部4的下端均设有触角5，所述头部1、运动躯干3与尾部4采用的硅胶材料；所述头部1与运动躯干3之间、运动躯干3与尾部4之间均通过连接部2连接；所述连接部2为空心的皱褶；机器人连接部采用皱褶的结构，皱褶结构的中心部分为空心，这一结构相当于一节柔性弹簧。所述运动躯干3包括有基板31，所述基板31的前后两端设有电磁铁32，所述电磁铁32中套有铁棒33，所述铁棒33可相对电磁铁32前后移动；所述铁棒33的外侧固定有挡板34，所述两块挡板34与基板31之间通过弹簧35连接；所述两块挡板34之间还包括有弧形的金属弹片36，所述金属弹片36的外侧设有钢钉361。所述的钢钉亦即可以是触角。

该机器人通过每个单元节中的电磁铁和弹簧有序配合，实现合理的收缩和伸长，从而实现机器人的蠕动行走；采用蠕动的运动方式，加上机器人柔性的外壳，使得其于运动平面有较大的接触面积，因而使得接触平面压强较小，所以机器人很好运动于松软的地表等。

采用硅胶的外壳，因此机器人具有一定的柔性，从而使得其具有一定的压缩量，所以机器具有一定的穿洞能力。也使得其具有一定的抗摔能力。

本机器人的工作原理如下：

通过控制电路给电磁铁通电，使得电磁铁产生磁力；2、磁力吸引铁棒，从而拉动了前方的挡板，弹簧也受到了压缩；3、挡板与外壳紧密相连，因而带动外壳收缩；4、停止电磁铁的供电，使得磁力消失，无法吸紧铁棒，因弹簧受压，电磁力消失，使得只有弹簧力；5、因此弹簧力推动着前方柔性挡板，使得整个结构复原。通过合理的控制，从而实现机器人的蠕动。

进一步作为优选的实施方式，还包括有转向装置，所述头部1包括有底板11，所述底板11上设有第一微型电机61，所述第一微型电机61上设有拉杆62，所述拉杆62与头部1的上端连接；所述底板11上还设有第二微型电机63，所述第二微型电机63的前端设有拨杆64，所述拨杆64与头部1的下端的左右两侧连接。

进一步作为优选的实施方式，所述头部1的下端的左右两侧与底板11之间通过弹簧线7连接，所述拨杆64位于两根弹簧线7之间。通过转向装置，可以实现机器人的抬头功能：通过第一微型电机转动，带动弹簧线的收缩，从而拉动机器人头部的外壳，使得机器人的头部能抬高一定的高度。这一功能使得机器人的视野范围进一步扩大了，也让机器人能翻越一定高度的平台；转向功能：通过第二微型电机转动，带动下方的拨杆，使得拨杆勾住左边的弹簧线，因弹簧线被拉扯，使得其带动机器的外壳向左运动，使得机器人的头部整体向左运动。右转向则与左转向相反。

利用这种控制方式来实现机器的转向控制，当地面摩擦力较大时，可以与抬头功能相配合，抬高一定的高度来减少摩擦力，从而实现机器人的转向。

进一步作为优选的实施方式，还包括有检测装置，所述头部的上端设置有摄像头，所述头部的下端设有多个红外线传感器，所述头部内还包括有CPU，所述摄像头、红外线传感器均与CPU电连接。

进一步作为优选的实施方式，所述红外线传感器有三个，三个所述的红外线传感器一字排开均匀地分布在头部的下端，所述的摄像头有一个，摄像头位于中间的红外线传感器的正上方；所述头部包括有上头体与下头体，所述下头体大于所述的上头体，所述下头体与上头体之间圆弧过渡，所述摄像头安装在上头体的最前端；所述红外线传感器设于下头体的最前端。机器人处于自动行走模式时，因其配备了红外传感器和摄像头，所以机器人会通过前方三个红外传感器的配合，实时检测前行道路的宽度；利用摄像头检测前行道路的高度；再经数据处理分析，自我判断道路的空间是否能安全通过。

进一步作为优选的实施方式，所述挡板34为柔性的材料制成，所述挡板34的内端面上设有环形的定位槽，所述弹簧35卡在定位槽中。柔性挡板是连接外壳的一个部件，将结构的运动传递到外壳上，通过外壳硅胶这一柔性材料也能适量的减少电磁力产生时的冲击；另一个作用是隔开各个运动躯干。

进一步作为优选的实施方式，所述弹簧35为塔形弹簧，所述弹簧35靠近基板31一端的外径大于靠近挡板34一端的外径。选用电磁力作为驱动力的主要原因是：1、电磁力具有很好的可控性，只需电流的控制通断即可；2、电磁铁能产生较大的力且整体体积小。

以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (5)

1.蚯蚓仿生机器人系统，其特征在于：包括有头部(1)、连接部(2)运动躯干(3)以及尾部(4)，所述头部(1)、运动躯干(3)与尾部(4)的下端均设有触角(5)，所述头部(1)、运动躯干(3)与尾部(4)采用的硅胶材料；所述头部(1)与运动躯干(3)之间、运动躯干(3)与尾部(4)之间均通过连接部(2)连接；所述连接部(2)为空心的皱褶；所述运动躯干(3)包括有基板(31)，所述基板(31)的前后两端设有电磁铁(32)，所述电磁铁(32)中套有铁棒(33)，所述铁棒(33)可相对电磁铁(32)前后移动；所述铁棒(33)的外侧固定有挡板(34)，两块所述挡板(34)与基板(31)之间通过弹簧(35)连接；两块所述挡板(34)之间还包括有弧形的金属弹片(36)，所述金属弹片(36)的外侧设有钢钉(361)；所述挡板(34)为柔性的材料制成，所述挡板(34)的内端面上设有环形的定位槽，所述弹簧(35)卡在定位槽中；还包括有转向装置，所述头部(1)包括有底板(11)，所述底板(11)上设有第一微型电机(61)，所述第一微型电机(61)上设有拉杆(62)，所述拉杆(62)与头部(1)的上端连接；所述底板(11)上还设有第二微型电机(63)，所述第二微型电机(63)的前端设有拨杆(64)，所述拨杆(64)与头部(1)的下端的左右两侧连接。

2.根据权利要求1所述的蚯蚓仿生机器人系统，其特征在于：所述头部(1)的下端的左右两侧与底板(11)之间通过弹簧线(7)连接，所述拨杆(64)位于两根弹簧线(7)之间。

3.根据权利要求1所述的蚯蚓仿生机器人系统，其特征在于：还包括有检测装置，所述头部的上端设置有摄像头，所述头部的下端设有多个红外线传感器，所述头部内还包括有CPU，所述摄像头、红外线传感器均与CPU电连接。

4.根据权利要求3所述的蚯蚓仿生机器人系统，其特征在于：所述红外线传感器有三个，三个所述的红外线传感器一字排开均匀地分布在头部的下端，所述的摄像头有一个，摄像头位于中间的红外线传感器的正上方；所述头部包括有上头体与下头体，所述下头体大于所述的上头体，所述下头体与上头体之间圆弧过渡，所述摄像头安装在上头体的最前端；所述红外线传感器设于下头体的最前端。

5.根据权利要求1所述的蚯蚓仿生机器人系统，其特征在于：所述弹簧(35)为塔形弹簧，所述弹簧(35)靠近基板(31)一端的外径大于靠近挡板(34)一端的外径。

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