CN107351937B - 仿生液压爬行机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种仿生液压爬行机器人，其特征在于，包括：头颈部，包括依次连接的下巴、头上颚、前颈部、后颈部和固定支架；前驱体，包括前驱体支架、设置在前驱体支架上的脖颈部结构连接架、设置在前驱体支架两侧的前腿部机构，后躯体，包括后驱体支架、设置在后驱体支架上的后腿部机构、设置在后躯体支架后的尾部摆动步进电机和设置在后躯体支架最后的转动铰支座；以及尾部，包括六个活动关节单元，每个活动关节单元包括活动关节，第一个活动关节单元的活动关节上设有一个球形副，后躯体机构通过转动铰支座和球形副与所述尾部机构转动连接，前驱体通过下转动盘和上转动盘与后躯体转动连接，后躯体通过转动铰支座和球形副与尾部转动连接。

Description

仿生液压爬行机器人

技术领域

本发明涉及一种仿生液压爬行机器人，具体涉及一种仿生液压机器人。

背景技术

爬行机器人是移动机器人的一种，爬行机器人按仿生学角度来分，可以仿生多种昆虫和动物爬行方式；也可以按照工作方式来分，管道爬行机器人和平面爬行机器人；按功能用途可分为：焊弧爬行机器人、检测爬行机器人、清洗爬行机器人、提升爬行机器人、巡线爬行机器人和玩具爬行机器人；按行走方式可分为：轮式、履带式、蠕动式等。根据不同的驱动方式和功能等可以设计多种不同的结构和用途的爬行机器人，能代替人类做一些难以完成的操作，因此爬行机器人在科研、生产及生活等多个领域都具有广泛的应用前景。

现有技术的爬行机器人通常结构复杂，因此制造及维护成本较高。因此，为了降低成本，现有技术中出现了一些简化结构的爬行机器人，但这种简化结构的爬行机器人又难以达到理想的爬行精度。所以，如何以较为简单的结构就实现高精度，这是爬行机器人领域内的一大难题。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供仿生液压爬行机器人。

本发明提供了一种仿生液压爬行机器人，具有这样的特征，包括：

头颈部，包括依次连接的下巴、头上颚、前颈部、后颈部和固定支架；前驱体，包括前驱体支架、设置在前驱体支架上的脖颈部结构连接架、设置在前驱体支架两侧的前腿部机构、设置在前驱体支架后的压缩弹簧以及设置在前驱体支架后端的下转动盘；后躯体，包括后驱体支架、设置在后驱体支架上的后腿部机构、设置在后躯体前端的上转动盘、设置在后躯体支架后的尾部摆动步进电机和设置在后躯体支架最后的转动铰支座；以及尾部，包括六个活动关节单元，每个活动关节单元包括活动关节、设置在活动关节上的摆动连接件和设置在活动关节上的十字摆动件，其中，第一个活动关节单元的活动关节上设有一个球形副，后躯体机构通过转动铰支座和球形副与尾部机构转动连接，头颈部通过固定支架和脖颈部机构与头颈部连接，前驱体通过下转动盘和上转动盘与后躯体转动连接，后躯体通过转动铰支座和球形副与尾部转动连接。

在本发明提供的仿生液压爬行机器人中，还可以具有这样的特征：其中，头颈部还包括下巴驱动组件、头上颚驱动组件、前颈部驱动组件和后颈部驱动组件，后颈部驱动组件包括设置在固定支架的第一步进电机、连接在第一步进电机上的第一曲柄和连接在第一曲柄上的第一连杆，第一步进电机驱动第一曲柄牵引第一连杆，从而带动后颈部运动，前颈部驱动组件包括设置在脖子上的第二步进电机、连接在第二布进电机上的第二曲柄和连接在第二曲柄上的第二连杆，第二步进电机驱动第二曲柄牵引第二连杆，从而带动前颈部运动，头上颚驱动组件包括设置在颈部上的第三步进电机、连接在第三布进电机上的第三曲柄和连接在第三曲柄上的第三连杆，第三步进电机驱动第三曲柄牵引第三连杆，从而带动头上颚运动，下巴驱动组件包括设置在头上颚上的第四步进电机、连接在第四步进电机上的第四曲柄和连接在第四曲柄上的第四连杆，第四步进电机驱动第四曲柄牵引第四连杆，从而带动下巴运动。

在本发明提供的仿生液压爬行机器人中，还可以具有这样的特征：其中，前驱体支架两侧分别设置有前髋关节支座、前大腿支座以及前侧摆支座，前腿部包括连接在前驱体的前髋关节支座上的前髋关节、连接在前大腿支座上的前大腿关节、连接在前大腿关节上的前小腿关节、连接在前侧摆支座的十字活动关节以及连接在前小腿关节的球脚。

在本发明提供的仿生液压爬行机器人中，还可以具有这样的特征：其中，前腿部还包括连接在前部髋关节的前侧摆液压缸、连接前大腿关节的前大腿液压缸和连接前小腿关节的前小腿液压缸，前侧摆液压缸驱动前髋关节进行转动，前大腿液压缸驱动前大腿关节进行转动，前小腿液压缸驱动前小腿关节进行转动。

在本发明提供的仿生液压爬行机器人中，还可以具有这样的特征：其中，后躯体支架两侧分别设置有后髋关节支座、后大腿支座以及后侧摆支座，后腿部包括连接在后髋关节支座上的后髋关节、连接在后大腿支座上的后大腿关节、连接在后大腿关节上的后小腿关节、连接在后侧摆支座的十字活动关节以及连接在后小腿关节的球脚。

在本发明提供的仿生液压爬行机器人中，还可以具有这样的特征：其中，其中，后腿部还包括连接在后髋关节的后侧摆液压缸、连接后大腿关节的后大腿液压缸和连接后小腿关节的后小腿液压缸，后侧摆液压缸驱动后髋关节转动，后大腿液压缸驱动后大腿关节转动，后小腿液压缸驱动后小腿关节转动。

在本发明提供的仿生液压爬行机器人中，还可以具有这样的特征：其中，尾部活动关节活动呈圆环状，十字摆动件设置在活动关节的中心，尾部机构还包括多个伸缩弹簧和五个连接组件，伸缩弹簧分别设置在相邻两个活动关节之间，用于连接相邻两个活动关节，连接组件分别设置在相邻两个活动关节之间，包括与前一个活动关节连接的摆动连接件和与后一个活动关节连接的十字摆动件，摆动连接件与十字摆动件连接，使得尾部机构能够扭动，尾部摆动步进电机通过联轴器与连杆半球铰座连接，用于驱动尾部机构扭动。

发明的作用与效果

根据本发明所涉及的仿生液压爬行机器人，仿生液压爬行机器人，具有头颈部机构，尾部机构，腿部机构，躯体关节等；该机器人通过液压系统控制腿部关节，进而控制器行走，头颈部机构通过步进电机控制其全方位摆动，尾部为柔性机构，摆动灵活，该爬行机器人的驱动关节设置有两部分，该两部分通过转动副连接，摆动自如，所以本发明的仿生液压爬行机器人具有更加容易控制，行走稳定性能好，摆动灵活的特点，更加贴近爬行机器人的研究需要。

附图说明

图1是本发明的实施例中仿生液压爬行机器人的总体结构视图；

图2是本发明的实施例中仿生液压机器人的俯视图；

图3是本发明的实施例中仿生液压机器人的头颈部示意图；

图4是本发明的实施例中仿生液压爬行机器人的前驱体示意图；

图5是本发明的实施例中仿生液压爬行机器人的后躯体示意图；

图6是本发明的实施例中仿生液压机器人的尾部示意图；

图7是本发明的实施例中仿生液压机器人的腿部示意图；

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明作具体阐述。

实施例：

图1是本发明的实施例中的整体结构示意图，图2是本发明的实施例中的机器人俯视图。

如图1及图2所示，本实施例的一种仿生液压爬行机器人100，包括：头颈部10、前驱体20、后躯体30、尾部40、腿部50。

图3是本发明的实施例中的头颈部示意图。

如图3所示，头颈部10包括下巴11、头上颚12、前颈部13、后颈部14、固定支架15、第一步进电机16、第一曲柄17、第一连杆18、第二步进电机19、第二曲柄110、第二连杆111、第三步进电机112、第三曲柄113、第三连杆114、第四步进电机115、第四曲柄116和第四连杆117。

第一步进电机16设置在固定支架15上，在第一步进电机16上的第一曲柄17和第一连杆18连接，第一步进电机16驱动第一曲柄17牵引一连杆18，构成前颈部驱动构成后颈部驱动。前颈部上的第二步进电机19连接第二曲柄110，第二连杆111连接第二曲柄110，第二步进电机19驱动第二曲柄110牵引第二连杆111构成前颈部驱动。第三步进电机112连接第三曲柄113，第三连杆114连接第三曲柄113，第三步进电机112驱动第三曲柄113牵引第三连杆114，构成头上颚驱动。第四步进电机115连接第四曲柄116，第四连杆117连接第四曲柄116，第四步进电机115驱动第四曲柄116牵引第四连杆117，构成下巴驱动。

图4图5图6是本发明的实施例中的前驱体、后躯体和尾部示意图。

如图4所示，前驱体20包括头颈部连接架21、前侧摆支座22、前髋关节支座23、前大腿支座24、压缩弹簧25和前躯体下转动盘26。如图5所示，后躯体30包括后躯体上转动盘31、后大腿支座32、后髋关节支座33、后侧摆支座34、尾部摆动步进电机35和转动铰支座36。如图6所示，尾部40包括多个活动关节(41、42、43、44、45、46)、球形副47、摆动连接件48、十字摆动件49和伸缩弹簧410。

前驱体20通过前驱体下转动盘26和后躯体上转动盘31与后躯体30转动连接。后躯体30通过转动铰支座36和球形副47与尾部40转动连接。伸缩弹簧410分别设置在相邻两个活动关节之间，用于连接相邻两个活动关节，活动关节连接的摆动连接件48和与后一个活动关节连接的十字摆动件49连接，使得尾部连接在一起，构成扭动连接，尾部摆动步进电机35通过联轴器与连杆半球铰座36连接，用于驱动尾部扭动。

图7是本发明的实施例中的腿部示意图。

如图7所示，前腿部50包括髋关节51、大腿关节52、小腿关节53、球脚54、压缩弹簧55、小腿液压缸56、大腿液压缸57十字活动关节58和侧摆液压缸59。前驱体20两侧分别设置有前髋关节支座23、前大腿支座24以及前侧摆支座25，前腿部50包括连接在前驱体30的前髋关节支座23上的髋关节51、连接在前大腿支座上24的大腿关节52、连接在大腿关节52上的小腿关节53、连接在前侧摆支座22的十字活动关节58以及连接在小腿关节53的球脚54。

前腿部50还包括连接在髋关节51的侧摆液压缸59、连接在大腿关节的大腿液压缸57和连接小腿关节53的小腿液压缸56，侧摆液压缸59驱动髋关节51进行转动，大腿液压缸57驱动大腿关节52进行转动，小腿液压缸56驱动小腿关节53进行转动。

后腿部的各个组件与前腿部一致，各个部分连接关系与前腿部一致，在此不再赘述。

本实施例仿生液压爬行机器人运作的工作过程如下：

本发明是仿生液压爬行机器人，头颈部的摆动通过步进电机来控制，其相互配合可实现该爬行机器人嘴巴的张合，脖子的摆动；尾部为柔性机构，通过尾部摆动步进电机来实现尾部的摆动，尾部各个关节为被动自由度，靠尾部摆动步进电机35带动活动关节，靠着惯性实现摆动，并通过压缩弹簧55复位，腿部机构实现其行走，通过液压缸控制腿部关节的摆动来实现行走功能，前驱体20与后躯体30通过转动副连接，实现柔性扭动。

实施例的作用与效果

根据本发明所涉及的仿生液压爬行机器人，因为爬行机器人具有其他机器人所不具备的特征，仿生液压爬行机器人，具有头颈部机构，尾部机构，腿部机构，躯体关节等；该机器人通过液压系统控制腿部关节，进而控制器行走，头颈部机构通过步进电机控制其全方位摆动，尾部为柔性机构，摆动灵活，该爬行机器人的驱动关节设置有两部分，该两部分通过转动副连接，摆动自如，所以本发明的仿生液压爬行机器人具有更加容易控制，行走稳定性能好，摆动灵活的特点，更加贴近爬行机器人的研究需要。

本实施例的爬行机器人还设置有压缩弹簧，能够防止相邻两个躯体之间相互碰撞。

本实施例的爬行机器人还设置有防震弹簧，能够很好的减轻该爬行机器人在爬行时产生的震动，使其运动平稳。

上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种仿生液压爬行机器人，其特征在于，包括：

头颈部，包括依次连接的下巴、头上颚、前颈部、后颈部和固定支架；

前躯体，包括前躯体支架、设置在所述前躯体支架上的脖颈部结构连接架、设置在所述前躯体支架两侧的前腿部机构、设置在前躯体支架后的压缩弹簧以及设置在所述前躯体支架后端的下转动盘；

后躯体，包括后躯体支架、设置在所述后躯体支架上的后腿部机构、设置在后躯体前端的上转动盘、设置在后躯体支架后的尾部摆动步进电机和设置在后躯体支架最后的转动铰支座；以及

尾部，包括六个活动关节单元，每个活动关节单元包括活动关节、设置在所述活动关节上的摆动连接件和设置在所述活动关节上的十字摆动件，

其中，第一个所述活动关节单元的所述活动关节上设有一个球形副，

所述头颈部通过所述固定支架和所述脖颈部结构连接架与所述前躯体连接，

所述前躯体通过所述下转动盘和所述上转动盘与所述后躯体转动连接，

所述后躯体通过所述转动铰支座和所述球形副与所述尾部转动连接，

所述前躯体支架两侧分别设置有前髋关节支座、前大腿支座以及前侧摆支座，

所述前腿部机构包括连接在所述前躯体的前髋关节支座上的前髋关节、连接在所述前大腿支座上的前大腿关节、连接在所述前大腿关节上的前小腿关节、连接在所述前侧摆支座的十字活动关节以及连接在所述前小腿关节的球脚，

所述球脚上还设置有压缩弹簧，

所述尾部的活动关节呈圆环状，所述十字摆动件设置在所述活动关节的中心，

所述尾部还包括多个伸缩弹簧和五个连接组件，

所述伸缩弹簧分别设置在相邻两个所述活动关节之间，用于连接相邻两个所述活动关节，

所述连接组件分别设置在相邻两个所述活动关节之间，包括与前一个所述活动关节连接的摆动连接件和与后一个所述活动关节连接的十字摆动件，所述摆动连接件与所述十字摆动件连接，使得所述尾部能够扭动，

所述尾部摆动步进电机通过联轴器与所述转动铰支座连接，用于驱动所述尾部扭动，

各个所述活动关节为被动自由度，通过所述尾部摆动步进电机带动所述活动关节并靠着惯性实现柔性摆动。

2.根据权利要求1所述的仿生液压爬行机器人，其特征在于：

其中，所述头颈部还包括下巴驱动组件、头上颚驱动组件、前颈部驱动组件和后颈部驱动组件，

所述后颈部驱动组件包括设置在所述固定支架的第一步进电机、连接在所述第一步进电机上的第一曲柄和连接在所述第一曲柄上的第一连杆，所述第一步进电机驱动所述第一曲柄牵引所述第一连杆，从而带动所述后颈部运动，

所述前颈部驱动组件包括设置在所述后颈部上的第二步进电机、连接在所述第二步进电机上的第二曲柄和连接在所述第二曲柄上的第二连杆，所述第二步进电机驱动所述第二曲柄牵引所述第二连杆，从而带动所述前颈部运动，

所述头上颚驱动组件包括设置在所述前颈部上的第三步进电机、连接在所述第三步进电机上的第三曲柄和连接在所述第三曲柄上的第三连杆，所述第三步进电机驱动所述第三曲柄牵引所述第三连杆，从而带动所述头上颚运动，

所述下巴驱动组件包括设置在所述头上颚上的第四步进电机、连接在所述第四步进电机上的第四曲柄和连接在所述第四曲柄上的第四连杆，所述第四步进电机驱动所述第四曲柄牵引所述第四连杆，从而带动所述下巴运动。

3.根据权利要求1所述的仿生液压爬行机器人，其特征在于：

其中，所述前腿部机构还包括连接在所述前髋关节的前侧摆液压缸、连接所述前大腿关节的前大腿液压缸和连接所述前小腿关节的前小腿液压缸，

所述前侧摆液压缸驱动所述前髋关节进行转动，

所述前大腿液压缸驱动所述前大腿关节进行转动，

所述前小腿液压缸驱动所述前小腿关节进行转动。

4.根据权利要求1所述的仿生液压爬行机器人，其特征在于：

其中，所述后躯体支架两侧分别设置有后髋关节支座、后大腿支座以及后侧摆支座，

所述后腿部机构包括连接在所述后髋关节支座上的后髋关节、连接在所述后大腿支座上的后大腿关节、连接在所述后大腿关节上的后小腿关节、连接在所述后侧摆支座的十字活动关节以及连接在所述后小腿关节的球脚。

5.根据权利要求4所述的仿生液压爬行机器人，其特征在于：

其中，所述后腿部机构还包括连接在所述后髋关节的后侧摆液压缸、

连接所述后大腿关节的后大腿液压缸和连接所述后小腿关节的后小腿液压缸，

所述后侧摆液压缸驱动所述后髋关节转动，

所述后大腿液压缸驱动所述后大腿关节转动，

所述后小腿液压缸驱动所述后小腿关节转动。

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