CN109484508A - 一种仿生式两足微型爬行机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种仿生式两足微型爬行机器人，属于机器人领域。它包括壳体、前腿、前移动机构、后腿、后移动机构、驱动机构、电源模块、控制模块、通信传感模块、柔性铰链、步态调节阀，所述的前腿设置在壳体前端，并通过柔性铰链与壳体相连，所述的前移动机构由前活塞缸和前活塞杆组成，其前活塞缸通过铰链与前腿连接，前活塞杆通过铰链与壳体连接，所述的后腿设置在壳体后端。本发明通过利用全新的动力源设计、腿部的柔顺性化处理等，使得机器人体积重量小，控制方案简单，结构可靠，适合在微型场合中使用，具有结构简单、设计合理、易于制造的优点。
Description
技术领域
本发明属于机器人领域，涉及一种微型爬行机器人，更具体地说，涉及一种利用两足来爬行的微型机器人。
背景技术
现有的微型爬行机器人的尺寸相对较大，并且不能在例如小于30mm的气隙内爬行。现有的微型爬行机器人大都使用滚轮或履带作为驱动机构。此外，现有的微型爬行机器人的构造都是刚性的，限制了机器人能够爬行的气隙尺寸。特别是在例如管道内爬行的一些特殊应用的场合，这种限制尤其明显。
目前在对于微型场合的探测检测中，诸如管道或气隙的直径小于30mm时，需要借助于机器人将微型探测设备携带至目标位置，来进行探测或检查，常规的机器人主要面临以下问题：(1)常规机器人采用轮式或者履带式移动，体积较大，不能在微型场合下工作；(2)需要利用多个动力源来提供动力，增大了机器人重量，同时造成装置体积过大；(3)机构的构造为刚性结构，柔顺性差，对管道会造成一定程度的损坏；(4)因采用轮式或履带式机构，造成机器人的控制复杂，而在细微场合中存在限制。
发明内容
1.本发明要解决的问题
针对现有机器人存在的体积大、重量大、机构柔顺性差、控制复杂，而造成无法在微型场合下使用的问题，本发明提供了一种仿生式两足微型爬行机器人，通过利用全新的动力源设计、腿部的柔顺性化处理等，使得机器人体积重量小，控制方案简单，结构可靠，适合在微型场合中使用。
2.技术方案
为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。
一种仿生式两足微型爬行机器人，包括壳体、前腿、前移动机构、后腿、后移动机构、驱动机构、电源模块、控制模块、通信传感模块、柔性铰链、步态调节阀，所述的前腿设置在壳体前端，并通过柔性铰链与壳体相连，所述的前移动机构由前活塞缸和前活塞杆组成，其前活塞缸通过铰链与前腿连接，前活塞杆通过铰链与壳体连接，所述的后腿设置在壳体后端，并通过柔性铰链与壳体相连，所述的后移动机构由后活塞缸和后活塞杆组成，后活塞缸与后腿铰接，后活塞杆与壳体铰接；
所述的驱动机构、电源模块、控制模块和通信传感模块均设置在壳体上。
所述的驱动机构由腔体、上弹性活动膜、上复位弹簧、上气压管、起振盘、电机、下弹性活动膜、下复位弹簧、下气压管组成，所述的腔体的外侧固定在壳体上，所述的腔体内部有三个腔体，所述的上弹性活动膜固定在壳体内壁上，并与壳体内壁构成上腔体，所述的下弹性活动膜固定在壳体内壁上，并与壳体内壁构成下腔体，所述的上弹性活动膜和下弹性活动膜与壳体内壁构成中腔体，上腔体与下腔体为封闭腔体，所述的上复位弹簧设置在上腔体中，所述的下复位弹簧设置在下腔体中，所述的上气压管一端与上腔体连通，另一端与前移动机构中的前活塞缸相连，所述的下气压管一端与下腔体连通，另一端与后移动机构中的后活塞缸相连，所述的起振盘设置在中腔体中，并与上弹性活动膜、下弹性活动膜贴合，所述的起振盘的传动轴为偏心设置，并与电机的轴相连，所述的电机通过支架与壳体相连；
所述的步态调节阀由上控制阀、下控制阀组成，所述的上控制阀固连在腔体的上侧，并通过空心软管与上腔体连通，所述的下控制阀固连在腔体的下侧，并通过空心管与下腔体连通。
所述的柔性铰链的截面为圆弧形。
所述的上复位弹簧和下复位弹簧均为压缩弹簧。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
(1)本发明采用全新的动力源设计，利用单一的电机来提供微型机器人两足的运动控制，使得控制方案简单，同时由于采用单一的动力源，减小了机器人体积、降低了机器人的重量。
(2)本发明对于机器人的腿部连接采用柔顺铰链来完成，增大了机构的柔顺性，避免了使用常规机械铰链带来的制造复杂、体积大、柔顺性差的问题，并且腿部可采用柔软材料制作，增大了装置的柔顺性。
(3)本发明摒弃了传统的机械方案，利用全新的动力体系和全新的运动关节，使得其更能够适合在微型场合中使用。
(4)本发明其外壳可采用柔软材料制作，使得其可以承受一定的挤压，进而可以保证在工作过程中因环境恶劣造成挤压时不被损毁，能满足在工况恶劣的情况下工作。
(5)本发明结构简单，加工制作成本低廉，在恶劣环境下工作，可以作为一次性耗材使用。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1的左视图；
图3为图1中A的放大图；
图4为图1中驱动机构6的结构图；
图5为图4中的B向视图。
附图中：1—壳体，2—前腿，3—前移动机构，4—后腿，5—后移动机构，6—驱动机构，7—电源模块，8—控制模块，9—通信传感模块，10—柔性铰链，11—步态调节阀；61—腔体，62—上弹性活动膜，63—上复位弹簧，64—上气压管，65—起振盘，66—电机，67—下弹性活动膜，68—下复位弹簧，69—下气压管；111—上控制阀，112—下控制阀。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细描述。
实施例1：
如图1—图5所示，一种仿生式两足微型爬行机器人，包括壳体1、前腿2、前移动机构3、后腿4、后移动机构5、驱动机构6、电源模块7、控制模块8、通信传感模块9、柔性铰链10、步态调节阀11，所述的前腿2设置在壳体1前端，并通过柔性铰链10与壳体1相连，所述的前移动机构3由前活塞缸和前活塞杆组成，其前活塞缸通过铰链与前腿2连接，前活塞杆通过铰链与壳体1连接，所述的后腿4设置在壳体1后端，并通过柔性铰链10与壳体1相连，所述的后移动机构5由后活塞缸和后活塞杆组成，后活塞缸与后腿4铰接，后活塞杆与壳体1铰接，
所述的驱动机构6、电源模块7、控制模块8和通信传感模块9均设置在壳体1上。
所述的驱动机构6由腔体61、上弹性活动膜62、上复位弹簧63、上气压管64、起振盘65、电机66、下弹性活动膜67、下复位弹簧68、下气压管69组成，所述的腔体61的外侧固定在壳体1上，所述的腔体61内部有三个腔体，所述的上弹性活动膜62固定在壳体1内壁上，并与壳体1内壁构成上腔体，所述的下弹性活动膜67固定在壳体1内壁上，并与壳体1内壁构成下腔体，所述的上弹性活动膜62和下弹性活动膜67与壳体1内壁构成中腔体，上腔体与下腔体为封闭腔体，所述的上复位弹簧63设置在上腔体中，所述的下复位弹簧68设置在下腔体中，所述的上气压管64一端与上腔体连通，另一端与前移动机构3中的前活塞缸相连，所述的下气压管69一端与下腔体连通，另一端与后移动机构5中的后活塞缸相连，所述的起振盘65设置在中腔体中，并与上弹性活动膜62、下弹性活动膜67贴合，所述的起振盘65的传动轴为偏心设置，并与电机66的轴相连，所述的电机66通过支架与壳体1相连；
所述的步态调节阀11由上控制阀111、下控制阀112组成，所述的上控制阀111固连在腔体61的上侧，并通过空心软管与上腔体连通，所述的下控制阀112固连在腔体61的下侧，并通过空心管与下腔体连通。
所述的柔性铰链10的截面为圆弧形。
所述的上复位弹簧63和下复位弹簧68均为压缩弹簧。
实施例2：
与实施例1不同的是：
所述的壳体(1)、前腿(2)、后腿(4)均采用硅胶制作；
所述的前移动机构(3)和后移动机构(5)的初始状态相反，即在未运动之前，前移动机构(3)中的前活塞杆位于前活塞缸的最上端，此时后移动机构(5)中的后活塞杆位于后活塞缸的最下端，关闭上控制阀(111)和下控制阀(112)。
此时开启电机(66)，机器人处于双足并行移动步态。
实施例3：
与实施例1不同的是：
所述的壳体(1)、前腿(2)、后腿(4)均采用硅胶制作；
所述的前移动机构(3)和后移动机构(5)的初始状态相同，即在未运动之前，前移动机构(3)中的前活塞杆位于前活塞缸的最上端，此时后移动机构(5)中的后活塞杆位于后活塞缸的最上端，关闭上控制阀(111)和下控制阀(112)。
此时开启电机(66)，机器人处于双足交替移动步态。
实施例4：
与实施例1不同的是：
所述的壳体(1)、前腿(2)、后腿(4)均采用硅胶制作；
所述的前移动机构(3)和后移动机构(5)的初始状态相同，即在未运动之前，前移动机构(3)中的前活塞杆位于前活塞缸的最上端，此时后移动机构(5)中的后活塞杆位于后活塞缸的最上端；
开启上控制阀(111)，关闭下控制阀(112)，使得机器人前腿(2)的移动幅度小于后腿(4)的移动幅度；
此时开启电机(66)，机器人处于跳跃步态。
Claims (5)
1.一种仿生式两足微型爬行机器人，其特征在于，包括壳体(1)、前腿(2)、前移动机构(3)、后腿(4)、后移动机构(5)、驱动机构(6)、电源模块(7)、控制模块(8)、通信传感模块(9)、柔性铰链(10)、步态调节阀(11)，所述的前腿(2)设置在壳体(1)前端，并通过柔性铰链(10)与壳体(1)相连，所述的前移动机构(3)由前活塞缸和前活塞杆组成，其前活塞缸通过铰链与前腿(2)连接，前活塞杆通过铰链与壳体(1)连接，所述的后腿(4)设置在壳体(1)后端，并通过柔性铰链(10)与壳体(1)相连，所述的后移动机构(5)由后活塞缸和后活塞杆组成，后活塞缸与后腿(4)铰接，后活塞杆与壳体(1)铰接，
所述的驱动机构(6)、电源模块(7)、控制模块(8)和通信传感模块(9)均设置在壳体(1)上。
2.根据权利1所述的一种仿生式两足微型爬行机器人，其特征在于，所述的驱动机构(6)由腔体(61)、上弹性活动膜(62)、上复位弹簧(63)、上气压管(64)、起振盘(65)、电机(66)、下弹性活动膜(67)、下复位弹簧(68)、下气压管(69)组成，所述的腔体(61)的外侧固定在壳体(1)上，所述的腔体(61)内部有三个腔体，所述的上弹性活动膜(62)固定在壳体(1)内壁上，并与壳体(1)内壁构成上腔体，所述的下弹性活动膜(67)固定在壳体(1)内壁上，并与壳体(1)内壁构成下腔体，所述的上弹性活动膜(62)和下弹性活动膜(67)与壳体(1)内壁构成中腔体，上腔体与下腔体为封闭腔体，所述的上复位弹簧(63)设置在上腔体中，所述的下复位弹簧(68)设置在下腔体中，所述的上气压管(64)一端与上腔体连通，另一端与前移动机构(3)中的前活塞缸相连，所述的下气压管(69)一端与下腔体连通，另一端与后移动机构(5)中的后活塞缸相连，所述的起振盘(65)设置在中腔体中，并与上弹性活动膜(62)、下弹性活动膜(67)贴合，所述的起振盘(65)的传动轴为偏心设置，并与电机(66)的轴相连，所述的电机(66)通过支架与壳体(1)相连。
3.根据权利1所述的一种仿生式两足微型爬行机器人，其特征在于，所述的步态调节阀(11)由上控制阀(111)、下控制阀(112)组成，所述的上控制阀(111)固连在腔体(61)的上侧，并通过空心软管与上腔体连通，所述的下控制阀(112)固连在腔体(61)的下侧，并通过空心管与下腔体连通。
4.根据权利要求1所述的一种仿生式两足微型爬行机器人，其特征在于，所述的柔性铰链(10)的截面为圆弧形。
5.根据权利要求1或2所述的一种仿生式两足微型爬行机器人，其特征在于，所述的上复位弹簧(63)和下复位弹簧(68)均为压缩弹簧。
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