CN113173211A - 仿蠕虫软体机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种仿蠕虫软体机器人，涉及机器人技术领域。该机器人包括单元节，单元节包括中心主轴，中心主轴的两端均滑动设置有套筒，两个套筒均铰接有多个沿其周向方向阵列的支撑杆，两个套筒的支撑杆自由端两两铰接，中心主轴设置有独立驱动两个套筒滑动的动力组件，中心主轴沿其轴线方向的一侧设置有伸缩槽，伸缩槽与其异侧的中心主轴端部相适配；主体结构，主体结构包括多个顺次连接的单元节，且相邻单元节通过伸缩槽伸缩配合，伸缩槽内的单元节端部与伸缩槽同侧的套筒连接，且伸缩槽内的单元节端部与伸缩槽同侧的套筒连接同步滑动配合；外保护套，外保护套套设于主体结构，外保护套具有柔性。本发明增加了仿生软体机器人的种类。
Description
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，具体而言，涉及仿蠕虫软体机器人。
背景技术
机器人是自动控制机器(Robot)的俗称，自动控制机器包括一切模拟人类行为或思想与模拟其他生物的机械(如机器狗，机器猫等)。狭义上对机器人的定义还有很多分类法及争议，有些电脑程序甚至也被称为机器人。在当代工业中，机器人指能自动执行任务的人造机器装置，用以取代或协助人类工作。理想中的高仿真机器人是高级整合控制论、机械电子、计算机与人工智能、材料学和仿生学的产物，目前科学界正在向此方向研究开发。
仿生软体机器人是一种针对蠕虫、章鱼、蜗牛等软体动物的特征进行研究。软体机器人具有生物体的组织结构，可以实现类生物体的弯曲、伸长、卷曲等高柔顺、高冗余的复杂运动。目前软体机器人应用前景广泛，生物工程、救灾救援、工业生产、医疗服务、勘探勘测等领域都可以充分发挥其优势。目前市面上的仿生软体机器人种类较少，且结构不完善，在从事生物工程、救灾救援、工业生产、医疗服务、勘探勘测等领域的使用时效果较差。
综上所述，我们提出了一种仿蠕虫软体机器人解决上述技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供仿蠕虫软体机器人，增加了仿生软体机器人的种类。
本发明的实施例是这样实现的：
本申请实施例提供一种仿蠕虫软体机器人，包括单元节，上述单元节包括中心主轴，上述中心主轴的两端均滑动设置有套筒，两个上述套筒均铰接有多个沿其周向方向阵列的支撑杆，两个上述套筒的支撑杆自由端两两铰接，上述中心主轴设置有独立驱动两个上述套筒滑动的动力组件，上述中心主轴沿其轴线方向的一侧设置有伸缩槽，上述伸缩槽与其异侧的上述中心主轴端部相适配；主体结构，上述主体结构包括多个顺次连接的上述单元节，且相邻上述单元节通过上述伸缩槽伸缩配合，上述伸缩槽内的单元节端部与上述伸缩槽同侧的上述套筒连接，且上述伸缩槽内的单元节端部与上述伸缩槽同侧的上述套筒连接同步滑动配合；外保护套，上述外保护套套设于上述主体结构，上述外保护套具有柔性。
在本发明的一些实施例中，上述动力组件包括两个驱动电机，两个上述驱动电机均设置于两个上述套筒之间，两个上述驱动电机均连接有曲柄连杆机构，两个上述曲柄连杆结构的自由端分别与两个上述套筒连接。
在本发明的一些实施例中，两个上述驱动电机均连接有减速电机。
在本发明的一些实施例中，还包括相对设置的法兰盘，上述主体结构的两端分别连接于两个上述法兰盘的内侧。
在本发明的一些实施例中，还包括连接块，两个上述支撑杆通过上述连接块铰接，上述连接块设置于上述外保护套内侧。
在本发明的一些实施例中，上述中心主轴外侧设有连通上述伸缩槽的滑轨槽，上述伸缩槽侧的上述套筒设置有连接轴，上述连接轴贯穿上述滑轨槽连接于上述伸缩槽内的单元节端部。
在本发明的一些实施例中，上述外保护套为外层纤维网结构，上述外层纤维网由PMMA、玻璃纤维或或迈拉绝缘板制成。
在本发明的一些实施例中，上述中心主轴包括相对接的一类主轴和二类主轴，上述一类主轴的口径大于上述二类主轴的口径，上述套筒包括滑动套设于上述一类主轴的一类套筒和滑动套设于上述二类主轴的二类套筒，上述伸缩槽设置于上述一类主轴远离上述二类主轴的一侧，上述伸缩槽与上述二类主轴相适配。
在本发明的一些实施例中，还包括摄像终端，上述摄像终端设置于上述外保护套的外侧。
在本发明的一些实施例中，上述单元节的数量为七个。
相对于现有技术，本发明的实施例至少具有如下优点或有益效果：
仿蠕虫软体机器人，包括单元节，上述单元节包括中心主轴，上述中心主轴的两端均滑动设置有套筒，两个上述套筒均铰接有多个沿其周向方向阵列的支撑杆，两个上述套筒的支撑杆自由端两两铰接，上述中心主轴设置有独立驱动两个上述套筒滑动的动力组件，上述中心主轴沿其轴线方向的一侧设置有伸缩槽，上述伸缩槽与其异侧的上述中心主轴端部相适配；主体结构，上述主体结构包括多个顺次连接的上述单元节，且相邻上述单元节通过上述伸缩槽伸缩配合，上述伸缩槽内的单元节端部与上述伸缩槽同侧的上述套筒连接，且上述伸缩槽内的单元节端部与上述伸缩槽同侧的上述套筒连接同步滑动配合；外保护套，上述外保护套套设于上述主体结构，上述外保护套具有柔性。
在本申请实施例中，以主体结构首端相邻的两个单元节为例，第一个运动过程，主体结构首端单元节上的驱动机构驱动伸缩槽侧的套筒滑动，套筒带动下一个单元节的中心主轴在伸缩槽内滑动，实现其单元节的移动，进而实现本发明的一级移动(相当于一个首端带动尾端的拖动过程)；第二个运动过程，对于主体结构尾端(以首端两个为例)的单元节，该单元节上的套筒推动主体结构首端的单元节移动，同时，该单元节的中心主轴端末离开主体结构首端单元节的调节槽，实现了本发明的二级移动(相当于尾端推动首端的推动过程)。重复上述第一个运动过程和第二个运动过程，实现了本发明的移动功能。在发明中，具有完整的动力系统(动力组件组件)，完整的物理结构(多个单元节的伸缩配合)，形如蠕虫的移动过程，增加了加了仿生软体机器人的种类。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，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相关的附图。
图1为本发明实施例仿蠕虫软体机器人的结构示意图；
图2为图1中A-A方向的剖视图；
图3为图1中B的局部放大图。
图标：1-外保护套，2-法兰盘，3-套筒，301-一类套筒，302-二类套筒，4-滑轨槽，5-支撑杆，6-驱动电机，7-连接块，8-中心主轴，801-一类主轴，802-二类主轴。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，若出现术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本发明实施例的描述中，“多个”代表至少2个。
在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
请参照图1-图3，本实施例提供一种仿蠕虫软体机器人，包括单元节，上述单元节包括中心主轴8，上述中心主轴8的两端均滑动设置有套筒3，两个上述套筒3均铰接有多个沿其周向方向阵列的支撑杆5，两个上述套筒3的支撑杆5自由端两两铰接，上述中心主轴8设置有独立驱动两个上述套筒3滑动的动力组件，上述中心主轴8沿其轴线方向的一侧设置有伸缩槽，上述伸缩槽与其异侧的上述中心主轴8端部相适配；主体结构，上述主体结构包括多个顺次连接的上述单元节，且相邻上述单元节通过上述伸缩槽伸缩配合，上述伸缩槽内的单元节端部与上述伸缩槽同侧的上述套筒3连接，且上述伸缩槽内的单元节端部与上述伸缩槽同侧的上述套筒3连接同步滑动配合；外保护套1，上述外保护套1套设于上述主体结构，上述外保护套1具有柔性。
值得说明的是，两个套筒3上支撑杆5的数量相等，且两个套筒3上的支撑杆5两两相对，多个支撑杆5和两个套筒3构成基本物理结构称为伞骨结构。两个套筒3所连接的支撑杆5结构相同。套筒3的内径等于中心主轴8的外径，便于套筒3推动相邻单元节的移动。
在本申请实施例中，以主体结构首端相邻的两个单元节为例，第一个运动过程，主体结构首端单元节上的驱动机构驱动伸缩槽侧的套筒3滑动，套筒3带动下一个单元节的中心主轴8在伸缩槽内滑动，实现其单元节的移动，进而实现本发明的一级移动(相当于一个首端带动尾端的拖动过程)；第二个运动过程，对于主体结构尾端(以首端两个为例)的单元节，该单元节上的套筒3推动主体结构首端的单元节移动，同时，该单元节的中心主轴8端末离开主体结构首端单元节的调节槽，实现了本发明的二级移动(相当于尾端推动首端的推动过程)。重复上述第一个运动过程和第二个运动过程，实现了本发明的移动功能。在发明中，具有完整的动力系统(动力组件组件)，完整的物理结构(多个单元节的伸缩配合)，相邻单元节伸缩配合时，使机器人产生蠕动动作，形如蠕虫的移动过程，增加了加了仿生软体机器人的种类。
在本发明的一些实施例中，上述动力组件包括两个驱动电机6，两个上述驱动电机6均设置于两个上述套筒3之间，两个上述驱动电机6均连接有曲柄连杆机构，两个上述曲柄连杆结构的自由端分别与两个上述套筒3连接。
在上述实施例中，两个驱动电机6关于中心主轴8对称布置，两个驱动电机6输出轴方向平行于水平地面，且与中心主轴8的中轴线垂直，两个驱动电机6输出方向与转向完全相反，在通过对应的曲柄连杆机构驱动滑套独立运动。两个驱动电机6相互独立控制，在两个驱动电机6驱动滑套在中心主轴8上移动时，改变两支撑杆5底边的距离，驱动电机6作为滑套的动力源具有输出稳定的优点。两个支撑杆5和中心主轴8构成了一个近似于三角形的结构，三角形的两条相等边边长为支撑杆5杆长，底边距离的大小取决于两个套筒3的相对位置。当两个套筒3之间的相对距离增大，即底边距离增加时，顶角随之增大，三角形的高即机器人变形体节的横截圆半径减小，反之则使界面半径增大。三角形的边长即两类支撑杆5的长度，对于半径的缩小效率有着显著的影响。而底边两套筒3的极限距离则受到曲柄滑块机构中曲柄的长度影响。
驱动电机6为310微型电机，或者参数3800r/min及以下，电压低于等于7V，尽可能小巧轻便体积与重量应在100g以下的其他电机也可以，两个驱动电机6完全相互独立控制。
在本发明的一些实施例中，两个上述驱动电机6均连接有减速电机。
在上述实施例中，减速电机是指减速机和电机(马达)的集成体。这种集成体通常也可称为齿轮马达或齿轮电机。减速电机用于平衡驱动电机6的输出稳定性。
在本发明的一些实施例中，还包括相对设置的法兰盘2，上述主体结构的两端分别连接于两个上述法兰盘2的内侧。
在上述实施例中，外保护套1连接在法兰盘2上，法兰盘2的设计便于外保护套1、法兰盘2和主体结构连接为一个整体。同侧的法兰盘2为双侧结构，双层的法兰盘2通过螺栓连接，外保护套1可设置于双层法兰盘2之间，再通过螺栓夹紧即可。外保护套1能够拆卸，方便对外保护套1内的主体结构进行维护和检修。
在本发明的一些实施例中，还包括连接块7，两个上述支撑杆5通过上述连接块7铰接，上述连接块7设置于上述外保护套1内侧。
在上述实施例中，在伞骨结构(多个支撑杆5和两个套筒3构成基本物理结构)变形时，伞骨结构带动连接块7朝中心主轴8靠近或远离移动，以实现外保护套1的变形，更具形象生动。
在本发明的一些实施例中，上述中心主轴8外侧设有连通上述伸缩槽的滑轨槽4，上述伸缩槽侧的上述套筒3设置有连接轴，上述连接轴贯穿上述滑轨槽4连接于上述伸缩槽内的单元节端部。
在上述实施例中，滑轨槽4的数量为两个，两个滑轨槽4关于中心主轴8的轴线对称设置，下一单元节的端部通过两个连接轴与上一单元节的套筒3滑动配合，稳定性更好。上一单元节的套筒3通过连接轴和滑轨槽4的配合带动下一单元节的移动，以达到整体的一个蠕动过程中，反之，下一单元节的套筒3推动上一单元节移动时，达到整体的另一个蠕动过程。上述两个蠕动过程的循环实现了整体的移动。
在本发明的一些实施例中，上述外保护套1为外层纤维网结构，上述外层纤维网由PMMA、玻璃纤维或或迈拉绝缘板制成。
在上述实施例中，连接块7铰接在外层纤维网的交叉点，在这里需要说明是，外层纤维网由PMMA、玻璃纤维或或迈拉绝缘板制成仅仅是本发明实施例中的一种实施例方式，并不是对外层纤维网的结构进行限定，在其它实施例中，外层纤维网为其它结构均可。
在本发明的一些实施例中，上述中心主轴8包括相对接的一类主轴801和二类主轴802，上述一类主轴801的口径大于上述二类主轴802的口径，上述套筒3包括滑动套设于上述一类主轴801的一类套筒301和滑动套设于上述二类主轴802的二类套筒302，上述伸缩槽设置于上述一类主轴801远离上述二类主轴802的一侧，上述伸缩槽与上述二类主轴802相适配。
在上述实施例中，二类主轴802能伸入下一单元节的一类主轴801的伸缩槽内滑动，上一单元节的一类套筒301与下一单元节上的驱动电机6距离固定为，称之为节间连接距离。但是每节当中，套筒3(一类套筒301或二类套筒302)与自身驱动电机6的距离并不固定，而是由两个驱动电机6控制的两组曲柄连杆机构的运动位置决定，称一类套筒301与自身单元节驱动电机6的距离为。因为有，当增长的同时，会使两单元节间的中心距离也增大，从而使体节之间的拉伸缩短，这种变化可以由驱动电机6工作的时序配合进行控制，并完成前进动作。
在本发明的一些实施例中，还包括摄像终端，上述摄像终端设置于上述外保护套1的外侧。
在上述实施例中，摄像终端用于采集外部信息，在本发明参与救援勘测工作时，将采集的视频信息传回后端。
在本发明的一些实施例中，上述单元节的数量为七个。
在上述实施例中，机器人完成一个完整的前进循环需要七个相同单元节相互配合依次完成七个不同的运动状态，每运行七步以后，七节的运动状态会与最初态相同。在这里需要说明的是，单元节为七个仅仅是一种实施方式，也可以是其他数量的单元节。
综上，本发明的实施例提供一种仿蠕虫软体机器人，其至少具有以下技术效果：
在本申请实施例中，以主体结构首端相邻的两个单元节为例，第一个运动过程，主体结构首端单元节上的驱动机构驱动伸缩槽侧的套筒3滑动，套筒3带动下一个单元节的中心主轴8在伸缩槽内滑动，实现其单元节的移动，进而实现本发明的一级移动(相当于一个首端带动尾端的拖动过程)；第二个运动过程，对于主体结构尾端(以首端两个为例)的单元节，该单元节上的套筒3推动主体结构首端的单元节移动，同时，该单元节的中心主轴8端末离开主体结构首端单元节的调节槽，实现了本发明的二级移动(相当于尾端推动首端的推动过程)。重复上述第一个运动过程和第二个运动过程，实现了本发明的移动功能。在发明中，具有完整的动力系统(动力组件组件)，完整的物理结构(多个单元节的伸缩配合)，相邻单元节伸缩配合时，使机器人产生蠕动动作，形如蠕虫的移动过程，不仅增加了加了仿生软体机器人的种类。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.仿蠕虫软体机器人，其特征在于，包括：
单元节，所述单元节包括中心主轴，所述中心主轴的两端均滑动设置有套筒，两个所述套筒均铰接有多个沿其周向方向阵列的支撑杆，两个所述套筒的支撑杆自由端两两铰接，所述中心主轴设置有独立驱动两个所述套筒滑动的动力组件，所述中心主轴轴线方向的一侧设置有伸缩槽，所述伸缩槽与其异侧的所述中心主轴端部相适配；
主体结构，所述主体结构包括多个顺次连接的所述单元节，且相邻所述单元节通过所述伸缩槽伸缩配合，所述伸缩槽内的单元节端部与所述伸缩槽同侧的所述套筒连接，且所述伸缩槽内的单元节端部与所述伸缩槽同侧的所述套筒连接同步滑动配合；
外保护套，所述外保护套套设于所述主体结构，所述外保护套具有柔性。
2.根据权利要求1所述的仿蠕虫软体机器人，其特征在于，所述动力组件包括两个驱动电机，两个所述驱动电机均设置于两个所述套筒之间，两个所述驱动电机均连接有曲柄连杆机构，两个所述曲柄连杆结构的自由端分别与两个所述套筒连接。
3.根据权利要求2所述的仿蠕虫软体机器人，其特征在于，两个所述驱动电机均连接有减速电机。
4.根据权利要求2所述的仿蠕虫软体机器人，其特征在于，还包括相对设置的法兰盘，所述主体结构的两端分别连接于两个所述法兰盘的内侧。
5.根据权利要求2所述的仿蠕虫软体机器人，其特征在于，还包括连接块，两个所述支撑杆通过所述连接块铰接，所述连接块设置于所述外保护套内侧。
6.根据权利要求5所述的仿蠕虫软体机器人，其特征在于，所述中心主轴外侧设有连通所述伸缩槽的滑轨槽，所述伸缩槽侧的所述套筒设置有连接轴，所述连接轴贯穿所述滑轨槽连接于所述伸缩槽内的单元节端部。
7.根据权利要求5所述的仿蠕虫软体机器人，其特征在于，所述外保护套为外层纤维网结构，所述外层纤维网由PMMA、玻璃纤维或或迈拉绝缘板制成。
8.根据权利要求6所述的仿蠕虫软体机器人，其特征在于，所述中心主轴包括相对接的一类主轴和二类主轴，所述一类主轴的口径大于所述二类主轴的口径，所述套筒包括滑动套设于所述一类主轴的一类套筒和滑动套设于所述二类主轴的二类套筒，所述伸缩槽设置于所述一类主轴远离所述二类主轴的一侧，所述伸缩槽与所述二类主轴相适配。
9.根据权利要求1所述的仿蠕虫软体机器人，其特征在于，还包括摄像终端，所述摄像终端设置于所述外保护套的外侧。
10.根据权利要求1所述的仿蠕虫软体机器人，其特征在于，所述单元节的数量为七个。
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