CN108216410B - 仿海星机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种仿海星机器人，属于仿生机器人技术领域。所述仿海星机器人包括底座，底座的边缘处等间隔设置有若干弧形摆动装置，每个弧形摆动装置的末端均设置有能够向上下左右方向弯曲的弯曲腿装置，弧形摆动装置能够使所述弯曲腿装置实现刚性上下、弧形摆动，弯曲腿装置上设置有若干个管足装置，底座的中部设置有自动伸缩旋转摄像头装置。本发明可以使腿刚性上下移动、弧形摆动、弯曲腿实现上下、左右两段混合弯曲、任意方向爬行。

Description

仿海星机器人

技术领域

本发明涉及仿生机器人技术领域，特别是指一种仿海星机器人。

背景技术

仿生机器人是仿生学与机器人领域应用需求的结合产物。从机器人的角度来看，仿生机器人则是机器人发展的高级阶段。生物特性为机器人的设计提供了许多有益的参考，使得机器人可以从生物体上学习如自适应性、鲁棒性、运动多样性和灵活性等一系列良好的性能。

目前在仿生机器人领域内还存在着生物运动机理研究不深，结构设计、材料应用、驱动及控制方式大多较为传统、能量利用率低等问题，导致了仿生机器人从宏观到微观与生物都存在较大差异，“形似而神不似”，远未达到实际应用程度。指出仿生机器人正向着刚柔混合结构，仿生结构、材料、驱动一体化，神经元精细控制，高效的能量转换的类生命系统方向发展。此外，变结构的复合仿生机构可针对不同环境约束的变化具有更好的适应能力，因此研究模拟生物运动过程中开链、闭链结构的相互转换、复合，设计创新的非连续变约束复合仿生新机构，是仿生机构的另一个重要发展方向。

发明内容

本发明提供一种可以使腿刚性上下移动、弧形摆动、弯曲腿实现上下、左右两段混合弯曲、任意方向爬行的仿海星机器人。

为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：

一种仿海星机器人，包括底座，所述底座的边缘处等间隔设置有若干弧形摆动装置，每个弧形摆动装置的末端均设置有能够向上下左右方向弯曲的弯曲腿装置，所述弧形摆动装置能够使所述弯曲腿装置实现刚性上下、弧形摆动，所述弯曲腿装置上设置有若干个管足装置，所述底座的中部设置有自动伸缩旋转摄像头装置。

进一步的，所述弧形摆动装置包括升降块，所述升降块的一端设置有滑块，另一端设置有凹槽，其中：

所述滑块的外侧为齿面，所述滑块的外侧设置有第一齿轮，所述底座上设置有卡扣滑道，所述滑块和第一齿轮均设置在所述卡扣滑道内；

所述凹槽内设置有摆动杆，所述摆动杆的位于所述升降块内的一侧设置有第二齿轮和用于驱动所述第二齿轮的伺服电机，所述摆动杆的另一侧与所述弯曲腿装置连接。

进一步的，所述弯曲腿装置依次包括第一关节连接板、第二关节连接板和末端连接板，其中：

所述第一关节连接板和第二关节连接板之间设置有若干前节中间连接板，所述第二关节连接板和末端连接板之间设置有若干后节中间连接板，所述第一关节连接板和前节中间连接板之间、以及所述前节中间连接板和第二关节连接板之间分别设置有若干第一前节弹簧和若干第二前节弹簧，所述第一关节连接板的外侧设置有驱动安装板，所述驱动安装板与所述弧形摆动装置连接；

所述第二关节连接板和末端连接板之间设置有若干后节中间连接板，所述第二关节连接板和后节中间连接板之间、以及所述后节中间连接板和末端连接板之间分别设置有若干第一后节弹簧和若干第二后节弹簧。

进一步的，所述驱动安装板上设置有若干控制前节绕线轮和若干用于驱动所述控制前节绕线轮的控制前节伺服电机，所述第一关节连接板和第二关节连接板之间设置有若干前节拉线，每根前节拉线的一端固定在所述第二关节连接板上，另一端依次穿过所述第二前节弹簧、前节中间连接板、第一前节弹簧之后连接在所述控制前节绕线轮上；

所述驱动安装板上还设置有若干控制后节绕线轮和若干用于驱动所述控制后节绕线轮的控制后节伺服电机，所述第二关节连接板和末端连接板之间设置有若干后节拉线，每根后节拉线的一端固定在所述末端连接板上，另一端依次穿过所述第二后节弹簧、后节中间连接板、第一后节弹簧之后连接在所述控制后节绕线轮上。

进一步的，所述驱动安装板上设置有若干控制前节电驱动器，所述第一关节连接板和第二关节连接板之间设置有若干前节电线，每根前节电线的一端固定在所述第二关节连接板上，另一端依次穿过所述第二前节弹簧、前节中间连接板、第一前节弹簧之后连接在所述控制前节电驱动器上；

所述驱动安装板上还设置有若干控制后节电驱动器，所述第二关节连接板和末端连接板之间设置有若干后节电线，每根后节电线的一端固定在所述末端连接板上，另一端依次穿过所述第二后节弹簧、后节中间连接板、第一后节弹簧之后连接在所述控制后节电驱动器上；

所述第一前节弹簧、第二前节弹簧、第一后节弹簧和第二后节弹簧均为记忆金属弹簧。

进一步的，所述管足装置包括第一转向节装置、第一伸缩机构和第一驱动弯曲节装置，所述第一转向节装置包括伸缩上机架和十字轴壳架，所述伸缩上机架的上方设置有第三支架，所述十字轴壳架的其中两端设置在所述第三支架中，另两端与所述弯曲腿装置连接。

进一步的，所述第一伸缩机构包括与所述伸缩上机架相对设置的的伸缩下机架，所述伸缩上机架的下面设置有第一套筒，所述伸缩下机架的上面设置有用于套设在所述第一套筒上的第二套筒，其中：

所述伸缩上机架和伸缩下机架之间在所述第一套筒和第二套筒的外面设置有第一弹簧，所述伸缩上机架的上面中部设置有第一绕线轮和用于驱动所述第一绕线轮的伺服电机，所述伸缩上机架与所述伸缩下机架之间还设置有第一拉线，所述第一拉线的一端固设在所述伸缩下机架的中部，另一端依次穿过所述第二套筒、第一套筒和伸缩上机架连接在所述第一绕线轮上；

或者，所述伸缩上机架和伸缩下机架之间在所述第一套筒和第二套筒的外面设置有第一记忆金属弹簧，所述伸缩上机架的上面中部设置有第一电驱动器，所述伸缩上机架与所述伸缩下机架之间还设置有第一电线，所述第一电线的一端固设在所述伸缩下机架的中部，另一端依次穿过所述第二套筒、第一套筒和伸缩上机架连接在所述第一电驱动器上。

进一步的，所述第一驱动弯曲节装置包括设置在所述伸缩下机架下方的吸盘，所述吸盘的上面设置有第一支架，所述伸缩下机架的下面设置有第二支架，所述第一支架和第二支架之间设置有十字轴，其中：

所述伸缩下机架的上方等间隔设置有若干第二绕线轮和用于驱动所述第二绕线轮的伺服电机，所述伸缩下机架和所述吸盘之间等间隔设置有若干第二拉线，所述第二拉线的一端固设在所述吸盘的盘面上，另一端穿过所述伸缩下机架连接在所述第二绕线轮上；

或者，所述伸缩下机架和吸盘之间在所述第一支架和第二支架的外面设置有第二记忆金属弹簧，所述伸缩下机架的上方等间隔设置有若干第二电驱动器，所述第二记忆金属弹簧与所述第二电驱动器连接。

进一步的，所述自动伸缩旋转摄像头装置包括设置在所述底座上的电元件箱、固设在所述电元件箱上的滑筒和设置在所述滑筒内的自动伸缩摄像头，其中：

所述滑筒内设置有升降盘，所述升降盘的底部边缘处设置有第一通槽和第二通槽，所述升降盘与所述电元件箱之间通过弹簧连接，所述升降盘上设置有旋转台支架和用于驱动所述旋转台支架的伺服电机，所述旋转台支架上也设置有伺服电机，该伺服电机驱动连接有拉杆，所述拉杆的末端铰接连接有推杆，所述推杆的末端连接有摄像头基座，所述自动伸缩摄像头设置在所述摄像头基座上；

所述电元件箱上在所述滑筒的外侧底部一侧设置有第三绕线轮和用于驱动所述第三绕线轮的伺服电机，另一侧设置有固定块，所述自动伸缩旋转摄像头装置还包括绕线带，所述绕线带的一端固定在所述第三绕线轮上，另一端依次穿过所述第一通槽和第二通槽之后固定在所述固定块上。

本发明具有以下有益效果：

本发明的仿海星机器人，在PLC的控制下，通过调整弧形摆动装置，可以使弯曲腿装置刚性上下移动，控制弯曲腿装置，可以实现在两端分别可以进行左右、上下弯曲，控制管足装置，可以使管足进行空间180度旋转，管足底部可调整在不同角度面上进行吸附，再控制伸缩装置进行前进。并且在底座上设有自动伸缩旋转摄像头，可以进行360度进行拍摄、勘测；本发明的仿海星机器人，可以像海星一样进行圆周任意方形爬行。

附图说明

图1为本发明仿海星机器人的实施例1的仿海星机器人的总体结构示意图；

图2为本发明实施例1的弯曲腿装置的结构示意图一；

图3为本发明实施例1的弯曲腿装置的结构示意图二；

图4为本发明实施例1的弧形摆动装置的结构示意图一；

图5为本发明实施例1的弧形摆动装置的结构示意图二；

图6为本发明实施例1的管足装置的结构示意图一；

图7为本发明实施例1的管足装置的结构示意图二；

图8为本发明实施例1的自动伸缩摄像头装置的结构示意图一；

图9为本发明实施例1的自动伸缩摄像头装置的结构示意图二；

图10为本发明实施例1的底座结构示意图；

图11为本发明实施例2的仿海星机器人的总体结构示意图；

图12为本发明实施例2的弯曲腿装置的总体结构示意图一；

图13为本发明实施例2的弯曲腿装置的结构示意图二；

图14为本发明实施例2的弧形摆动装置的结构示意图一；

图15为本发明实施例2的弧形摆动装置的结构示意图二；

图16为本发明实施例2的管足装置的结构示意图一；

图17为本发明实施例2的管足装置的结构示意图二；

图18为本发明实施例2的自动伸缩摄像头装置的结构示意图一；

图19为本发明实施例2的自动伸缩摄像头装置的结构示意图二；

图20为本发明实施例2的底座结构示意图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明提供一种仿海星机器人，如图1～图20所示，包括底座1，底座1的边缘处等间隔设置有若干弧形摆动装置3，每个弧形摆动装置3的末端均设置有能够向上下左右方向弯曲的弯曲腿装置2，弧形摆动装置3能够使弯曲腿装置2实现刚性上下、弧形摆动，弯曲腿装置2上设置有若干个管足装置9，底座1的中部设置有自动伸缩旋转摄像头装置6。

本发明的仿海星机器人，在PLC的控制下，通过调整弧形摆动装置，可以使弯曲腿装置刚性上下移动，控制弯曲腿装置，可以实现在两端分别可以进行左右、上下弯曲，控制管足装置，可以使管足进行空间180度旋转，管足底部可调整在不同角度面上进行吸附，再控制伸缩装置进行前进。并且在底座上设有自动伸缩旋转摄像头，可以进行360度进行拍摄、勘测；本发明的仿海星机器人，可以像海星一样进行圆周任意方形爬行。

优选的，弧形摆动装置3包括升降块47，升降块47的一端设置有滑块47-1，另一端设置有凹槽47-2，其中：

滑块47-1的外侧为齿面，滑块47-1的外侧设置有第一齿轮48，底座1上设置有卡扣滑道93，滑块47-1和第一齿轮48均设置在卡扣滑道93内；

凹槽47-2内设置有摆动杆46，摆动杆46的位于升降块47内的一侧设置有第二齿轮51和用于驱动第二齿轮51的伺服电机52，摆动杆46的另一侧与弯曲腿装置2连接。

进一步的，弯曲腿装置2依次包括第一关节连接板11、第二关节连接板15和末端连接板19，其中：

第一关节连接板11和第二关节连接板15之间设置有若干前节中间连接板，第二关节连接板15和末端连接板19之间设置有若干后节中间连接板，第一关节连接板11和前节中间连接板(12/13/14)之间、以及前节中间连接板和第二关节连接板15之间分别设置有若干第一前节弹簧和若干第二前节弹簧，第一关节连接板11的外侧设置有驱动安装板10，驱动安装板10与弧形摆动装置3连接；

第二关节连接板15和末端连接板19之间设置有若干后节中间连接板，第二关节连接板15和后节中间连接板之间、以及后节中间连接板和末端连接板19之间分别设置有若干第一后节弹簧和若干第二后节弹簧。

本发明中，驱动安装板10上可以设置有若干控制前节绕线轮和若干用于驱动控制前节绕线轮的控制前节伺服电机，第一关节连接板11和第二关节连接板15之间设置有若干前节拉线，每根前节拉线的一端固定在第二关节连接板15上，另一端依次穿过第二前节弹簧、前节中间连接板、第一前节弹簧之后连接在控制前节绕线轮上；

驱动安装板10上还设置有若干控制后节绕线轮和若干用于驱动控制后节绕线轮的控制后节伺服电机，第二关节连接板15和末端连接板19之间设置有若干后节拉线，每根后节拉线的一端固定在末端连接板19上，另一端依次穿过第二后节弹簧、后节中间连接板、第一后节弹簧之后连接在控制后节绕线轮上。

作为本发明的一种改进，驱动安装板10上可以设置有若干控制前节电驱动器，第一关节连接板11和第二关节连接板15之间设置有若干前节电线，每根前节电线的一端固定在第二关节连接板15上，另一端依次穿过第二前节弹簧、前节中间连接板、第一前节弹簧之后连接在控制前节电驱动器上；

驱动安装板10上还设置有若干控制后节电驱动器，第二关节连接板15和末端连接板19之间设置有若干后节电线，每根后节电线的一端固定在末端连接板19上，另一端依次穿过第二后节弹簧、后节中间连接板、第一后节弹簧之后连接在控制后节电驱动器上；

第一前节弹簧、第二前节弹簧、第一后节弹簧和第二后节弹簧均为记忆金属弹簧。

优选的，管足装置9包括第一转向节装置、第一伸缩机构和第一驱动弯曲节装置，第一转向节装置包括伸缩上机架55和十字轴壳架71，伸缩上机架55的上方设置有第三支架55-1，十字轴壳架71的其中两端设置在第三支架55-1中，另两端与弯曲腿装置2连接。

进一步的，第一伸缩机构包括与伸缩上机架55相对设置的的伸缩下机架59，伸缩上机架55的下面设置有第一套筒55-2，伸缩下机架59的上面设置有用于套设在第一套筒55-2上的第二套筒59-1，其中：

如图6和图7所示，伸缩上机架55和伸缩下机架59之间在第一套筒55-2和第二套筒59-1的外面设置有第一弹簧56，伸缩上机架55的上面中部设置有第一绕线轮70和用于驱动第一绕线轮70的伺服电机54，伸缩上机架55与伸缩下机架59之间还设置有第一拉线69，第一拉线69的一端固设在伸缩下机架59的中部，另一端依次穿过第二套筒59-1、第一套筒55-2和伸缩上机架55连接在第一绕线轮70上；

或者，如图16和图17所示，伸缩上机架55和伸缩下机架59之间在第一套筒55-2和第二套筒59-1的外面设置有第一记忆金属弹簧48’，伸缩上机架55的上面中部设置有第一电驱动器，伸缩上机架55与伸缩下机架59之间还设置有第一电线，第一电线的一端固设在伸缩下机架59的中部，另一端依次穿过第二套筒、第一套筒和伸缩上机架55连接在第一电驱动器上。

本发明中，第一驱动弯曲节装置包括设置在伸缩下机架59下方的吸盘62，吸盘62的上面设置有第一支架，伸缩下机架59的下面设置有第二支架，第一支架和第二支架之间设置有十字轴，其中：

伸缩下机架的上方等间隔设置有若干第二绕线轮和用于驱动第二绕线轮的伺服电机，伸缩下机架和吸盘之间等间隔设置有若干第二拉线，第二拉线的一端固设在吸盘的盘面上，另一端穿过伸缩下机架连接在第二绕线轮上；

或者，伸缩下机架和吸盘之间在第一支架和第二支架的外面设置有第二记忆金属弹簧，伸缩下机架的上方等间隔设置有若干第二电驱动器，第二记忆金属弹簧与第二电驱动器连接。

进一步的，自动伸缩旋转摄像头装置6包括设置在底座1上的电元件箱81-1、固设在电元件箱81-1上的滑筒81和设置在滑筒81内的自动伸缩摄像头92，其中：

滑筒81内设置有升降盘87，升降盘87的底部边缘处设置有第一通槽和第二通槽，升降盘87与电元件箱81-1之间通过弹簧连接，升降盘87上设置有旋转台支架和用于驱动旋转台支架的伺服电机，旋转台支架上也设置有伺服电机，该伺服电机驱动连接有拉杆，拉杆的末端铰接连接有推杆，推杆的末端连接有摄像头基座，自动伸缩摄像头设置在摄像头基座上；

电元件箱上在滑筒的外侧底部一侧设置有第三绕线轮和用于驱动第三绕线轮的伺服电机，另一侧设置有固定块，自动伸缩旋转摄像头装置还包括绕线带，绕线带的一端固定在第三绕线轮上，另一端依次穿过第一通槽和第二通槽之后固定在固定块上。

本发明的仿海星柔刚机器人，使用时，在PLC的控制下，通过调整弧形摆动装置，可以使弯曲腿装置刚性上下移动，控制旋转伺服电机，可以使摆动杆进行刚性弧形摆动。再控制弯曲腿装置，通过驱动器来驱动各方向弹簧弯曲，可以实现在两端分别可以进行左右、上下弯曲。再控制管足装置来控制万向节，可以使管足进行空间180度旋转，管足底部的吸盘可调整在不同角度面上进行吸附，再控制伸缩装置进行前进。并且在机架上设有自动伸缩旋转摄像头，可以进行360度进行拍摄、勘测；因为仿海星机器人是5根腿，可以海星一样进行圆周任意方形爬行。

下面以两个具体的实施例对本发明的技术方案进行详细的说明。

实施例一：

如图1所示，1-底座2-弯曲腿装置3-弧形摆动装置4-齿轮5-伺服电机6-自动伸缩旋转摄像头装置7-电元件控制箱8-固定伺服电机压盖9-管足装置

如图1所示为仿海星柔刚机器人的结构示意图。本实例包括机架和运动机构，机架包括底座1和设置在中心上部电元件控制箱7、自动伸缩旋转摄像头装置6，运动机构包括上下运动机构、弧形摆动装置3、弯曲腿机构2。

上下运动机构置于底座1上，包括底座1、齿轮4、伺服电机5、固定伺服电机压盖8、升降块47。其中升降块47是弧形摆动装置3的一部分基座，它侧面设置一排齿，让它与齿轮4啮合。这样通过齿轮转动使升降块47实现刚性移动。底座1上均匀设有5个伺服电机驱动座孔94(图11)，将伺服电机5装在里面，并且每个电机轴端与齿轮4固定装配。然后将每个定伺服电机压盖通过4个螺钉固定在底座1的螺纹孔95上(图11)。这样通过控制伺服电机5转动，来使整个弧形摆动装置进行上下移动。在底座1中间安装上电元件控制箱7，通过螺纹关系固定在螺纹孔96上。各种控制电元件都装在里面。并且在电元件箱8-1上在设置上自动伸缩旋转摄像头装置6.

如图4-5所示，弧形摆动装置3置于底座1上，包括摆动杆46、升降块47、51齿轮、52伺服电机、滚动轴承53。其中升降块47通过卡扣滑道93(图10)装配到底座1上，升降块上装配上伺服电机52，该伺服电机轴端装配上齿轮51.摆动杆46通过在升降块47两端的滚动轴承53装配到上面，然后摆动杆中间半侧带有齿，所以与齿轮51啮合。这样通过控制伺服电机52转动，带动齿轮51，进行使摆动杆46可以刚性弧形扇形摆动。这样可以使设置上面的弯曲腿装置可以刚性弧形摆动。又因为弧形摆动装置可以整体上下移动，所以可以使弯曲腿装置进行刚性上下、弧形摆动。

如图2-3所示，弯曲腿装置2包括第一驱动机构和第一弯曲机构。第一弯曲机构包括驱动安装板10、关节连接板11、前节中间连接板(12、13、14)、关节连接板15、后节中间连接板(16、17、18)、末端连接板19、前节弹簧(24、25、26、27)、后节弹簧(20、21、22、23)。第一驱动机构包括前节拉线(28、29、33)、后节拉线(30、31、32)、控制前节绕线轮(34、38、45)、控制后节绕线轮(36、40、43)、控制前节伺服电机(35、39、44)、控制后节伺服电机(37、41、42)。其中将驱动安装板10安装固定到关节连接板11上，关节连接板11与前节中间连接板12之间用3个前节弹簧27连接，前节中间连接板12与前节中间连接板13之间用3个前节弹簧26连接，前节中间连接板13与前节中间连接板14之间用3个前节弹簧25连接，前节中间连接板14与关节连接板15之间用3个前节弹簧24连接；后节中间连接板16与关节连接板15之间用3个后节弹簧23连接，后节中间连接板16与后节中间连接板17之间用3个后节弹簧22连接，后节中间连接板17与后节中间连接板18之间用3个后节弹簧21连接，后节中间连接板18与后节中间连接板19之间用3个后节弹簧20连接；然后将前节拉线(28、29、33)分别从弹簧中间穿过一次连接关节连接板15、前节中间连接板(14、13、12)，前节拉线(28、29、33)在关节连接板15一端固定，另一端分别连接在控制前节绕线轮(45、38、34)上，控制前节绕线轮(45、38、34)再分别装配在控制前节伺服电机(44、39、35)上。同理可得，然后将后节拉线(30、31、32)分别从弹簧中间穿过一次连接末端连接板19、后节中间连接板(18、17、16)，后节拉线(30、31、32)在末端连接板19一端固定，另一端分别连接在控制后节绕线轮(43、40、36)上，控制后节绕线轮(43、40、36)再分别装配在控制后节伺服电机(42、41、37)上。通过分别控制前节伺服电机(44、39、35)不同转动，带动相应的控制前节绕线轮(45、38、34)进行缠绕前节拉线(28、29、33)长度，使相应前节拉线(28、29、33)方向上的弹簧收缩，而使整体前节向相应前节某个拉线(28、29、33)方向上弯曲。前节拉线28长度缩短，产生前节向左弯曲、前节拉线29长度缩短，产生前节向上弯曲、前节拉线33长度缩短，产生前节向右弯曲、前节拉线(28、33)长度缩短，产生前节向下弯曲。同理可得，通过分别控制后节伺服电机(42、41、37)不同转动，带动相应的控制后节绕线轮(43、40、36)进行缠绕后节拉线(30、31、32)长度，使相应后节拉线(30、31、32)方向上的弹簧收缩，而使整体后节向相应某个后节拉线(30、31、32)方向上弯曲。后节拉线30长度缩短，产生后节向左弯曲、后节拉线31长度缩短，产生前节向上弯曲、前节拉线32长度缩短，产生前节向右弯曲、前节拉线(30、32)长度缩短，产生前节向下弯曲。这样控制可以使弯曲腿装置整体在两节随意组合方向弯曲；

如图6-7所示，管足装置9包括第一转向节装置、第一伸缩机构、第一驱动弯曲节装置。第一转向节装置包括十字轴壳架71、锥齿轮轴72、伺服电机73、伺服电机74、锥齿轮轴(2个)75。第一伸缩机构包括伺服电机54、绕线轮70、拉线69、伸缩上机架55、弹簧56、伸缩下机架59。第一驱动弯曲节装置包括伸缩下机架59、绕线轮(57、65、68、76)、伺服电机(58、66、67、77)、拉线(60、63、64、78)、十字轴61、吸盘62。

其中第一转向节装置是由将伺服电机74装在十字轴壳架71中间，再将锥齿轮轴75分别装在十字轴壳架71两端一条线方向的轴中间，并且让伺服电机74的锥齿轮与两端锥齿轮轴75的齿轮啮合，然而两端锥齿轮轴75另一端带有十字凸块，这样正好与伸缩上机架55上边两端支架的十字凹台相嵌套。通过控制伺服电机74转动，带动两端两端锥齿轮轴75转动，从而带动伸缩上机架55可以实现横向做圆弧摆动。十字轴壳架71另两端轴是分别装配到前节中间连接板(12、13、14)、后节中间连接板(16、17、18)的下边支架轴孔里，每个前、后节中间连接板下边支架轴孔的最外侧是安装上伺服电机73，伺服电机73的电机轴带矩形块，十字轴壳架71另两端轴是带有矩形凹槽，让伺服电机73的电机轴带矩形块与十字轴壳架71另两端轴的矩形凹槽相嵌套，这样控制伺服电机73转动，可以使十字轴壳架71实现纵向做圆弧摆动。第一转向节装置可以使管足装置9在空间任意角度摆动。

第一伸缩机构是由伸缩下机架59中间套筒套在伸缩上机架55下边套筒上，伸缩下机架59中间固定拉线69，拉线69另一端连接到绕线轮70上，绕线轮70与伺服电机54的电机轴链接，伸缩下机架59中间基座与伸缩上机架55中间基座之间用弹簧56链接。控制伺服电机54转动，使绕线轮70改变拉线69长度，可以实现伸缩下机架59中间套筒套沿伸缩上机架55下边套筒收缩运动。当拉线69长度缩短，伸缩下机架59收缩，当拉线69长度增长，伸缩下机架59在弹簧56弹性作用下舒张运动；第一伸缩机构可以使管足装置9收缩和舒张运动；

第一驱动弯曲节装置是由十字轴61其中两端轴装配到伸缩下机架59下端之架上，另两端轴装配到吸盘62上端两端支架上。将拉线(60、63、64、78)一端分别相均匀相隔90度固定在吸盘62中间盘面上，另一端分别连接到绕线轮(57、65、68、76)，绕线轮(57、65、68、76)分别与伺服电机(58、66、67、77)链接。通过分别控制伺服电机(58、66、67、77)转动，使绕线轮(57、65、68、76)改变拉线(60、63、64、78)长度。当拉线60变短，吸盘62向上摆动；当拉线63变短，吸盘62向右摆动；当拉线64变短，吸盘62向下摆动；当拉线78变短，吸盘62向左摆动；第一驱动弯曲节装置可以让吸盘62实现在不同平面进行吸附上。

管足装置9可像海星的管足一样，实现在空间不同方向伸长，在吸盘吸附下，通过伸缩运动就可以前行爬动。

如图8-9所示，自动伸缩旋转摄像头装置6包括伺服电动机79、压盖环80、滑筒81、绕线带82、绕线轮83、摄像头机座84、旋转台支架85、伺服电机86、升降盘87、伺服电机88、拉杆89、固定块90、推杆91、自动伸缩摄像头92。自动伸缩旋转摄像头装置6是滑筒81固定在电元件箱8-1上，在电元件箱8-1上一侧安装伺服电动机79，相应装配上绕线轮83。将绕线带82一端固定绕线轮83上，另一端要从滑筒81一侧通槽内通过，再通过绕升降盘87两端通槽，最终端点固定在滑筒81另一侧的固定块90上。在升降盘87底盘下与滑筒81筒底(即电元件箱8-1顶部)之间用弹簧连接，在升降盘87盘上中间安装伺服电机86，伺服电机86电机轴上安装旋转台支架85。旋转台支架85上安装伺服电机88，伺服电机88的电机轴一侧装配拉杆89，拉杆89另一端铰接连接推杆91。将摄像头机座84两侧轴端装配到旋转台支架85上的两端轴孔上，可以圆周摆动。摄像头机座84中间凹槽轴孔装配上推杆91另一端。最后将两个可以自动伸缩摄像头92安放在摄像头机座84两个座孔上。通过控制伺服电动机79转动，带动绕线轮83缠绕绕线带82，使绕线带82缩短，让升降盘87上升。可以通过与滑筒81之间弹簧弹性可以收缩。再控制伺服电机88转动，使拉杆89摆动，带动推杆91推动，使摄像头机座84可以纵向圆周运动。

先通过自动伸缩旋转摄像头装置6，将摄像头伸缩、旋转、摆动一定角度，可以实现观察、勘测前方；

下一步，上下运动机构、弧形摆动装置将弯曲腿装置2上下移动和弧形摆动到好位置处后，实现向某方向爬行；

下一步，弯曲腿装置2就可以控制前节伺服电机(35、39、44)、控制后节伺服电机(37、41、42)将整体柔性腿弯曲成一定形状位置。实现让管足装置有顺序进行弯曲伸缩吸附；

管足装置9可以通过第一转向节装置转动角度转化为第一伸缩机构向前直线收缩和舒展运动方向，可以实现爬行要求功能。

下一步，爬行过程中每条弯曲腿装置2底部带有6个管足装置9，每个管足装置9中第一驱动弯曲节装置可以控制伺服电机(58、66、67、77)转动，改变拉线(60、63、64、78)长度，可以将吸盘62弯向所要吸附的基面上，实现进行吸附；

最后，管足装置9中第一伸缩机构可以控制伺服电机54转动，改变拉线69长度，再在弹簧56弹性作用下，可以实现整个弯曲腿装置2爬行的距离，进行爬行；

自动伸缩旋转摄像头装置6、上下运动机构、弧形摆动装置将5条弯曲腿装置2调整好方向位置，且在弯曲腿装置2弯曲控制下，使每个管足装置9进行弯曲伸缩定位。这样动作循环执行，进行爬行。

实施例二：

如图11-20所示，本实施例二与实施例一有较多相似之处。不同之处主要有两个。

其一，在于弯曲腿装置3’的机理控制形式上。本实施例将弯曲腿装置7’设置不需要伺服电机控制，而直接用电驱动的记忆金属弹簧进行控制弯曲，并在机构中设计上稍微做了一些改变。

其二，在于管足装置7’的设计上。本实施例主要将第一驱动弯曲节装置中伺服电机控制换成电驱动的记忆金属弹簧，并在机构中设计上稍微做了一些改变。

如图12-13所示，其中弯曲腿装置3’包括第二驱动机构、第二弯曲机构。第二弯曲机构包括驱动安装板10’、关节连接板11’、前节中间连接板(12’、13’、14’)、关节连接板15’、后节中间连接板(16’、17’、18’)、末端连接板19’、前节记忆金属弹簧(24’、25’、26’、27’)、后节记忆金属弹簧(20’、21’、22’、23’)。第二驱动机构包括前节电线(38’、37’、30’)、后节电线(28”、28’、29’)、控制前节电驱动器(35’、36’、31’)、控制后节电驱动器(34’、33’、32’)。其中将驱动安装板10’安装固定到关节连接板11’上，关节连接板11’与前节中间连接板12’之间用3个前节记忆金属弹簧27’连接，前节中间连接板12’与前节中间连接板13’之间用3个前节记忆金属弹簧26’连接，前节中间连接板13’与前节中间连接板14’之间用3个前节记忆金属弹簧25’连接，前节中间连接板14’与关节连接板15’之间用3个前节记忆金属弹簧24’连接；后节中间连接板16’与关节连接板15’之间用3个后节记忆金属弹簧23’连接，后节中间连接板16’与后节中间连接板17’之间用3个后节记忆金属弹簧22’连接，后节中间连接板17’与后节中间连接板18’之间用3个后节记忆金属弹簧21’连接，后节中间连接板18’与后节中间连接板19’之间用3个后节记忆金属弹簧20’连接；然后将前节电线(38’、37’、30’)分别从弹簧中间穿过一次连接关节连接板15’、前节中间连接板(14’、13’、12’)，前节电线(38’、37’、30’)在关节连接板15’一端固定，另一端分别连接在控制前节电驱动器(35’、36’、31’)上。同理可得，然后将后节电线(28”、28’、29’)分别从弹簧中间穿过一次连接末端连接板19’、后节中间连接板(18’、17’、16’)，后节电线(28”、28’、29’)在末端连接板19’一端固定，另一端分别连接在控制后节电驱动器(34’、33’、32’)上。

通过分别控制前节电驱动器(35’、36’、31’)，使相应前节电线(38’、37’、30’)方向上的记忆金属弹簧任意方向收缩弯曲，而使整体前节向相应前节某个前节电线(38’、37’、30’)任意方向上弯曲。可以随意并联控制任意一节记忆金属弹簧进行不同方向弯曲。同理可得，通过分别后节电驱动器(34’、33’、32’)，使相应后节电线(28”、28’、29’)方向上的记忆金属弹簧任意方向收缩弯曲，而使整体后节向相应某个后节电线(28”、28’、29’)方向上不同方向弯曲。可以随意并联控制任意一节记忆金属弹簧不同方向进行弯曲。弯曲腿装置3’通过控制前节电驱动器(35’、36’、31’)、后节电驱动器(34’、33’、32’)，可以使前、后两节内任意一段记忆金属弹簧产生不同方向收缩弯曲，而使弯曲腿装置3’产生多部位弯曲；

如图16-17所示，管足装置7’中的第二驱动弯曲节装置包括伸缩下机架49’、电驱动器(50’、54’、55’、63’)、十字轴51’、吸盘53’、记忆金属弹簧52’。第二驱动弯曲节装置是由十字轴51’其中两端轴装配到伸缩下机架49’下端之架上，另两端轴装配到吸盘53’上端两端支架上。在吸盘53’中间盘面与伸缩下机架49’中间盘面之间用记忆金属弹簧52’连接。通过分别控制电驱动器(50’、54’、55’、63’)，可使记忆金属弹簧52’上、下、左、右弯曲，从而使吸盘53’空间摆动。第二驱动弯曲节装置可以让吸盘53’实现在不同平面进行吸附上。

管足装置7’可像海星的管足一样，实现在空间不同方向伸长，在吸盘吸附好下，通过伸缩运动就可以前行爬动。

先通过自动伸缩旋转摄像头装置5’，将摄像头伸缩、旋转、摆动一定角度，可以实现观察、勘测前方；

下一步，上下运动机构、弧形摆动装置将弯曲腿装置3’上下移动和弧形摆动到好位置处后，实现向某方向爬行；

下一步，弯曲腿装置3’就可以控制前节电驱动器(35’、36’、31’)、后节电驱动器(34’、33’、32’)将整体柔性腿弯曲成一定形状位置。实现让管足装置有顺序进行弯曲伸缩吸附；

管足装置7’可以通过第一转向节装置转动角度转化为第一伸缩机构向前直线收缩和舒展运动方向，可以实现爬行要求功能。

下一步，爬行过程中每条弯曲腿装置3’底部带有6个管足装置7’，每个管足装置7’中第二驱动弯曲节装置可以控制控制电驱动器(50’、54’、55’、63’)，使记忆金属弹簧52’产生不同弯曲，可以将吸盘53’弯向所要吸附的基面上，实现进行吸附；

最后，管足装置7’中第一伸缩机构可以控制伺服电机47’转动，改变拉线56’长度，再在弹簧48’弹性作用下，可以实现整个弯曲腿装置7’爬行的距离，进行爬行；

自动伸缩旋转摄像头装置5’、上下运动机构、弧形摆动装置将5条弯曲腿装置3’调整好方向位置，且在弯曲腿装置3’弯曲控制下，使每个管足装置7’进行弯曲伸缩定位。这样动作循环执行，进行爬行。

综上，本发明的仿海星柔刚机器人具有以下有益效果：(1)具有刚性运动。在PLC的控制下，通过调整弧形摆动装置，可以使弯曲腿装置刚性上下移动，控制旋转伺服电机，可以使摆动杆进行刚性弧形摆动；

(2)具有柔性弯曲运动。再控制弯曲腿装置，通过驱动器来驱动各方向弹簧弯曲，可以实现在两端分别可以进行左右、上下弯曲。再控制管足装置来控制万向节，可以使管足进行空间180度旋转，管足底部的吸盘可调整在不同角度面上进行吸附，再控制伸缩装置进行前进。

(3)具有视觉观测。在机架上设有自动伸缩旋转摄像头，可以进行360度进行拍摄、勘测；因为仿海星机器人是5根腿，可以控制5根腿摆动，进行圆周任意方形爬行。

本发明使一种结构仿生创新设计，使得柔性和刚性一次飞跃混合组合，设计一种多运动模式。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种仿海星机器人，其特征在于，包括底座，所述底座的边缘处等间隔设置有若干弧形摆动装置，每个弧形摆动装置的末端均设置有能够向上下左右方向弯曲的弯曲腿装置，所述弧形摆动装置能够使所述弯曲腿装置实现刚性上下、弧形摆动，所述弯曲腿装置上设置有若干个管足装置，所述底座的中部设置有自动伸缩旋转摄像头装置；

所述管足装置包括第一转向节装置、第一伸缩机构和第一驱动弯曲节装置，所述第一转向节装置包括伸缩上机架和十字轴壳架，所述伸缩上机架的上方设置有第三支架，所述十字轴壳架的其中两端设置在所述第三支架中，另两端与所述弯曲腿装置连接；

所述第一伸缩机构包括与所述伸缩上机架相对设置的伸缩下机架，所述伸缩上机架的下面设置有第一套筒，所述伸缩下机架的上面设置有用于套设在所述第一套筒上的第二套筒，其中：

所述伸缩上机架和伸缩下机架之间在所述第一套筒和第二套筒的外面设置有第一弹簧，所述伸缩上机架的上面中部设置有第一绕线轮和用于驱动所述第一绕线轮的伺服电机，所述伸缩上机架与所述伸缩下机架之间还设置有第一拉线，所述第一拉线的一端固设在所述伸缩下机架的中部，另一端依次穿过所述第二套筒、第一套筒和伸缩上机架连接在所述第一绕线轮上；

或者，所述伸缩上机架和伸缩下机架之间在所述第一套筒和第二套筒的外面设置有第一记忆金属弹簧，所述伸缩上机架的上面中部设置有第一电驱动器，所述伸缩上机架与所述伸缩下机架之间还设置有第一电线，所述第一电线的一端固设在所述伸缩下机架的中部，另一端依次穿过所述第二套筒、第一套筒和伸缩上机架连接在所述第一电驱动器上。

2.根据权利要求1所述的仿海星机器人，其特征在于，所述弧形摆动装置包括升降块，所述升降块的一端设置有滑块，另一端设置有凹槽，其中：

所述滑块的外侧为齿面，所述滑块的外侧设置有第一齿轮，所述底座上设置有卡扣滑道，所述滑块和第一齿轮均设置在所述卡扣滑道内；

所述凹槽内设置有摆动杆，所述摆动杆的位于所述升降块内的一侧设置有第二齿轮和用于驱动所述第二齿轮的伺服电机，所述摆动杆的另一侧与所述弯曲腿装置连接。

3.根据权利要求1所述的仿海星机器人，其特征在于，所述弯曲腿装置依次包括第一关节连接板、第二关节连接板和末端连接板，其中：

所述第一关节连接板和第二关节连接板之间设置有若干前节中间连接板，所述第二关节连接板和末端连接板之间设置有若干后节中间连接板，所述第一关节连接板和前节中间连接板之间、以及所述前节中间连接板和第二关节连接板之间分别设置有若干第一前节弹簧和若干第二前节弹簧，所述第一关节连接板的外侧设置有驱动安装板，所述驱动安装板与所述弧形摆动装置连接；

所述第二关节连接板和末端连接板之间设置有若干后节中间连接板，所述第二关节连接板和后节中间连接板之间、以及所述后节中间连接板和末端连接板之间分别设置有若干第一后节弹簧和若干第二后节弹簧。

4.根据权利要求3所述的仿海星机器人，其特征在于，所述驱动安装板上设置有若干控制前节绕线轮和若干用于驱动所述控制前节绕线轮的控制前节伺服电机，所述第一关节连接板和第二关节连接板之间设置有若干前节拉线，每根前节拉线的一端固定在所述第二关节连接板上，另一端依次穿过所述第二前节弹簧、前节中间连接板、第一前节弹簧之后连接在所述控制前节绕线轮上；

所述驱动安装板上还设置有若干控制后节绕线轮和若干用于驱动所述控制后节绕线轮的控制后节伺服电机，所述第二关节连接板和末端连接板之间设置有若干后节拉线，每根后节拉线的一端固定在所述末端连接板上，另一端依次穿过所述第二后节弹簧、后节中间连接板、第一后节弹簧之后连接在所述控制后节绕线轮上。

5.根据权利要求3所述的仿海星机器人，其特征在于，所述驱动安装板上设置有若干控制前节电驱动器，所述第一关节连接板和第二关节连接板之间设置有若干前节电线，每根前节电线的一端固定在所述第二关节连接板上，另一端依次穿过所述第二前节弹簧、前节中间连接板、第一前节弹簧之后连接在所述控制前节电驱动器上；

所述驱动安装板上还设置有若干控制后节电驱动器，所述第二关节连接板和末端连接板之间设置有若干后节电线，每根后节电线的一端固定在所述末端连接板上，另一端依次穿过所述第二后节弹簧、后节中间连接板、第一后节弹簧之后连接在所述控制后节电驱动器上；

所述第一前节弹簧、第二前节弹簧、第一后节弹簧和第二后节弹簧均为记忆金属弹簧。

6.根据权利要求4或5所述的仿海星机器人，其特征在于，所述第一驱动弯曲节装置包括设置在所述伸缩下机架下方的吸盘，所述吸盘的上面设置有第一支架，所述伸缩下机架的下面设置有第二支架，所述第一支架和第二支架之间设置有十字轴，其中：

所述伸缩下机架的上方等间隔设置有若干第二绕线轮和用于驱动所述第二绕线轮的伺服电机，所述伸缩下机架和所述吸盘之间等间隔设置有若干第二拉线，所述第二拉线的一端固设在所述吸盘的盘面上，另一端穿过所述伸缩下机架连接在所述第二绕线轮上；

或者，所述伸缩下机架和吸盘之间在所述第一支架和第二支架的外面设置有第二记忆金属弹簧，所述伸缩下机架的上方等间隔设置有若干第二电驱动器，所述第二记忆金属弹簧与所述第二电驱动器连接。

7.根据权利要求6所述的仿海星机器人，其特征在于，所述自动伸缩旋转摄像头装置包括设置在所述底座上的电元件箱、固设在所述电元件箱上的滑筒和设置在所述滑筒内的自动伸缩摄像头，其中：

所述滑筒内设置有升降盘，所述升降盘的底部边缘处设置有第一通槽和第二通槽，所述升降盘与所述电元件箱之间通过弹簧连接，所述升降盘上设置有旋转台支架和用于驱动所述旋转台支架的伺服电机，所述旋转台支架上也设置有伺服电机，该伺服电机驱动连接有拉杆，所述拉杆的末端铰接连接有推杆，所述推杆的末端连接有摄像头基座，所述自动伸缩摄像头设置在所述摄像头基座上；

所述电元件箱上在所述滑筒的外侧底部一侧设置有第三绕线轮和用于驱动所述第三绕线轮的伺服电机，另一侧设置有固定块，所述自动伸缩旋转摄像头装置还包括绕线带，所述绕线带的一端固定在所述第三绕线轮上，另一端依次穿过所述第一通槽和第二通槽之后固定在所述固定块上。