CN114842728B - 一种单气源示教仿生爬虫 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种单气源示教仿生爬虫，包括爬虫身和动力源。爬虫身由后置柔性爬虫身分段和前置柔性爬虫身分段构成。动力源包括气动激振器和进气软管。后置柔性爬虫身分段、前置柔性爬虫身分段同时由气动激振器进行驱动。后置柔性爬虫身分段、前置柔性爬虫身分段因受到来自于气动激振器的往复激振力的作用而交替地被拉长或压缩，且附以两者与地面的摩擦力以实现爬虫身的高频小距离爬行运动。如此一来，一方面，通过操控向着气动激振器充入压力空气的压力值、时长即可对仿生爬虫蠕动速度、行进距离进行调节；另一方面，在执行蠕动动作的进程中，仿生爬虫并不发生上拱姿态改变，从而有利于其顺利地进入、越过沿高度方向尺寸相对有限的狭小空间。

Description

一种单气源示教仿生爬虫

技术领域

本发明涉及示教器材设计、制造技术领域，尤其是一种单气源示教仿生爬虫。

背景技术

近些年来，仿生机器人在学生教学中得到广泛的应用，以增强学生对所学知识的理解及灵活运用。以仿生爬虫为例，其是一种典型的仿生机器人，具有冗余度高、横截面小、模块化等特点，能适应粗糙、崎岖、复杂的地形，在灵活性与功能性上有着其他种类机器人不具备的独特优势。

在实际应用中，仿生爬虫可以采取蠕动行走模式顺利地通过狭窄空隙，以适用于狭小空间。目前，多所高校以及企业已针对蠕动型仿生机器人作了大量的研究，例如，中国发明专利CN112356015B公开了一种仿生蛇形蠕动机器人，包括摄像装置、仿生蛇头、蛇身关节和蛇尾，所述摄像装置位于所述仿生蛇头上，所述蛇身关节连接所述仿生蛇头和所述仿生蛇尾；所述蛇身关节包括驱动装置、转向装置、控制器和支架；所述控制器分别控制所述驱动装置和所述转向装置实现仿生蛇形蠕动机器人的直线移动和转向。由其说明书正文叙述可知，用来驱动蛇身关节形成弯折角度改变，进而实现机器人蠕动动作的驱动装置主要由舵机和舵盘构成。再如，中国发明专利CN111169553B公开了一种仿生蛇形蠕动机器人，包括蛇头驱动装置、蛇尾驱动装置、多个蛇身同步驱动装置、多个连接固定外框、多个横向铰接器和多个纵向蠕动铰接器，所述的多个连接固定外框内均固定连接有纵向蠕动铰接器，纵向之间的连接固定外框通过纵向蠕动铰接器铰接，横向之间的连接固定外框通过横向铰接器滑动铰接，蛇头驱动装置和蛇尾驱动装置分别固定连接在前端和后端的连接固定外框上。用来直接实现蠕动功能的蛇身同步驱动装置包括蛇身固定框、蛇身电机固定座、蛇身双轴伺服电机、两个蛇身驱动转动轴和两个蛇身组合扇轮，蛇身固定框固定连接在中端的两个连接固定外框上，蛇身电机固定座固定连接在蛇身固定框内，蛇身双轴伺服电机固定连接在蛇身电机固定座上，两个蛇身驱动转动轴通过联轴器分别连接在蛇身双轴伺服电机的两个传动轴上，两个蛇身驱动转动轴均转动连接在蛇身固定框内，两个蛇身组合扇轮分别固定连接在两个蛇身驱动转动轴上。蛇身双轴伺服电机接电，带动两个蛇身驱动转动轴和两个蛇身组合扇轮旋转，使两个蛇身组合扇轮间歇性的接触地面，对装置进行推进。上述两种不同设计结构的蠕动机器人均具备良好的运动性能以及环境适应性，然而亦存在有以下不足点，具体为：一方面，仿生爬虫设计结构较为复杂，且要求极高的装配精度，最终制造、采购成本居高不下；再一方面，当仿生爬虫实际执行蠕动行走模式时，各个舵机或双轴伺服电机需相互协作，且对运行时间点精确度要求极高，青年学生难以进行轻松控制；另一方面，上述两种仿生蛇形蠕动机器人在执行蠕动进程中其蛇身均需发生上拱动作，进而导致其难以顺利通过高度方向尺寸较小的狭小空间。针对于中国发明专利CN112356015B来说，其来执行蠕动动作的进程中，其各蛇身关节之间所形成的角度需规律性地发生改变，势必会引起蛇身发生上拱形变；针对于中国发明专利CN111169553B来说，在执行蠕动的进程中，扇轮需在双轴伺服电机驱动力的作用下间歇性地与接触地面相接触，以拨动蛇身前行，同样会引起蛇身发生上拱形变。因而，亟待本课题组解决上述问题。

发明内容

故，本发明设计人员鉴于上述现有的问题以及缺陷，乃搜集相关资料，经由多方的评估及考量，并经过从事于此行业的多年研发经验技术人员的不断实验以及修改，最终导致该单气源示教仿生爬虫的出现。

为了解决上述技术问题，本发明涉及了一种单气源示教仿生爬虫，包括爬虫身和动力源。爬虫身在动力源的驱动力作用下沿着地面执行定向蠕动动作。爬虫身由后置柔性爬虫身分段和前置柔性爬虫身分段构成。动力源包括有气动激振器和进气软管。后置柔性爬虫身分段、前置柔性爬虫身分段与气动激振器组装为一体，且同时受到来自于气动激振器的往复激振力的作用。当高压气体经由进气软管而被充入至气动激振器后，在某一时间段内，后置柔性爬虫身分段因受到激振力作用而被压缩，前置柔性爬虫身分段因受到同一激振力作用而被拉长。而在相邻时间段内，后置柔性爬虫身分段因受到激振力作用而被拉长，前置柔性爬虫身分段因受到同一激振力作用而被压缩。在气动激振器发生动作的进程中，后置柔性爬虫身分段和前置柔性爬虫身分段借以与地面间所形成的抓地力以执行高频小距离爬行运动。

作为本发明技术方案的进一步改进，气动激振器包括有外壳体、激振体、后置端盖、前置端盖、后置复位单元以及前置复位单元。在外壳体内设有一贯穿状空腔。后置端盖、前置端盖分别一一对应地组装于外壳体的后、前端，以协同对穿状空腔进行端面封堵。激振体内置于空腔中，且受到高压气体推动力作用时可沿着后前方向自由地执行往复滑移运动。后置复位单元和前置复位单元分别用来向着激振体的后、前端面施以复位力，且均内置于空腔中。

作为本发明技术方案的更进一步改进，沿其长度方向，在激振体的外侧壁上线性均布有第一环形通气凹槽、第二环形通气凹槽、第三环形通气凹槽。在外壳体的周侧壁上分别开设有进气流道、后置出气流道以及前置出气流道。进气流道始终与进气软管相连通，而后置出气流道和前置出气流道均可与外界大气相连通。当激振体停位于后极限位置时，高压气体的流通路径为进气软管－进气流道－第二环形通气凹槽－第一环形通气凹槽-后置出气流道-外界大气，进气流道与第二环形通气凹槽相连通，后置出气流道与第一环形通气凹槽相连通，而前置出气流道保持于被封堵状态。而当激振体停位于前极限位置时，高压气体的流通路径为进气软管－进气流道－第二环形通气凹槽－第三环形通气凹槽-前置出气流道-外界大气，进气流道与第二环形通气凹槽相连通，前置出气流道与第三环形通气凹槽相连通，而后置出气流道保持于被封堵状态。

作为本发明技术方案的更进一步改进，气动激振器还包括有密封单元。密封单元由嵌设于激振体外侧壁上的、且始终与空腔的内侧壁保持于压触状态的第一密封环、第二密封环、第三密封环、第四密封环构成。第一环形通气凹槽位于第一密封环和第二密封环之间。第二环形通气凹槽位于第二密封环和第三密封环之间。第三环形通气凹槽位于第三密封环和第四密封环之间。

作为本发明技术方案的更进一步改进，后置复位单元包括有固定于后置端盖前侧壁上的后置弹簧。前置复位单元包括有固定于前置端盖后侧壁上的前置弹簧。在激振体由中位滑移至后极限位置的进程中，后置弹簧因受压而储蓄弹性势能，而此刻前置弹簧保持于完全放松状态。在激振体由中位滑移至前极限位置的进程中，前置弹簧因受压而储蓄弹性势能，而此刻后置弹簧保持于完全放松状态。

当然，作为上述技术方案的另一种改型设计，后置复位单元由后置磁性片和后置永磁体构成。后置磁性片嵌设于后置端盖的前侧壁上，而与后置磁性片相对位的后置永磁体嵌设于激振体的后端面上。前置复位单元由前置磁性片和前置永磁体构成。前置磁性片嵌设于前置端盖的后侧壁上，而与前置磁性片相对位的前置永磁体嵌设于激振体的前端面上。在激振体由中位滑移至后极限位置的进程中，后置磁性片和后置永磁体之间所形成的磁力随之增大，而此刻前置磁性片和前置永磁体之间所形成的磁力随之减小。在激振体由中位滑移至前极限位置的进程中，前置磁性片和前置永磁体之间所形成的磁力随之增大，而此刻后置磁性片和后置永磁体之间所形成的磁力随之减小。

作为本发明技术方案的进一步改进，后置柔性爬虫身分段包括有后置橡胶体和后置限形组件。后置限形组件由多个镶嵌于后置橡胶体内部的、且沿着后置橡胶体长度方向进行线性排布的后置刚性限形环构成。前置柔性爬虫身分段包括有前置橡胶体和前置限形组件。前置限形组件由多个镶嵌于前置橡胶体内部的、且沿着前置橡胶体长度方向进行线性排布的前置刚性限形环构成。

作为本发明技术方案的更进一步改进，沿其长度方向，在后置橡胶体、前置橡胶体的外侧壁上分别成型出有后置环形抓地凸缘、前置环形抓地凸缘。后置环形抓地凸缘和前置环形抓地凸缘均呈后倾状，且倾斜角度控制在10～30°。在气动激振器发生动作的进程中，后置环形抓地凸缘、前置环形抓地凸缘与地面之间产生摩擦力借以交替地、对应地对后置柔性爬虫身分段、前置柔性爬虫身分段进行拖动。

相较于传统设计结构的仿生爬虫，在本发明所公开的技术方案中，爬虫身在气动激振器的驱动力作用下沿着地面执行定向蠕动动作。构成爬虫身的后置柔性爬虫身分段、前置柔性爬虫身分段因受到来自于气动激振器的往复激振力的作用而交替地被拉长或压缩，且附以两者与地面的摩擦力以实现爬虫身的高频小距离爬行运动。

在实际应用、制造成型进程中，单气源示教仿生爬虫至少取得了以下几方面的有益效果，具体：

1)单气源示教仿生爬虫有极简的设计结构，利于进行制造、成型，且易于实施后续组装、维护操作，从而可有效地降低其制造成本以及应用成本；

2)单气源示教仿生爬虫易操作性极好，具体变现为：学生通过操控向着气动激振器充入压力空气的压力值、时长即可实现对仿生爬虫蠕动速度、行进距离的调节；

3)尤为重要的是，在仿生爬虫执行蠕动动作的进程中，仅沿其轴向产生形变量或蠕动位移，并不发生上拱姿态改变，从而有利于仿生爬虫顺利地进入、越过沿高度方向尺寸相对有限的狭小空间。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。

图1是本发明中单气源示教仿生爬虫的立体示意图。

图2是图1的俯视图。

图3是图2的A-A剖视图。

图4是图3的I局部放大图。

图5是本发明单气源示教仿生爬虫中气动激振器的立体示意图。

图6是图5的正视图。

图7是图6的B-B剖视图。

1-爬虫身；11-后置柔性爬虫身分段；111-后置橡胶体；1111-后置环形抓地凸缘；112-后置限形组件；1121-后置刚性限形环；12-前置柔性爬虫身分段；121-前置橡胶体；1211-前置环形抓地凸缘；122-前置限形组件；1221-前置刚性限形环；2-动力源；21-气动激振器；211-外壳体；2111-空腔；2112-进气流道；2113-后置出气流道；2114-前置出气流道；212-激振体；2121-第一环形通气凹槽；2122-第二环形通气凹槽；2123-第三环形通气凹槽；213-后置端盖；214-前置端盖；215-后置复位单元；2151-后置磁性片；2152-后置永磁体；216-前置复位单元；2161-前置磁性片；2162-前置永磁体；217-密封单元；2171-第一密封环；2172-第二密封环；2173-第三密封环；2174-第四密封环；22-进气软管。

具体实施方式

下面结合具体实施例，对本发明所公开的内容作进一步详细说明，图1示出了本发明中单气源示教仿生爬虫的立体示意图，可知，图1示出了本发明中单气源示教仿生爬虫的立体示意图，可知，其主要由爬虫身1和动力源2等构成。爬虫身1在动力源2的驱动力作用下沿着地面执行定向蠕动动作。

作为一种结构优化，同样如图1中所示，爬虫身1由后置柔性爬虫身分段11和前置柔性爬虫身分段12构成。如图2、3中所示，动力源2优选主要由气动激振器21和进气软管22所构成。后置柔性爬虫身分段11和前置柔性爬虫身分段12均与气动激振器21相组装，且同时受到来自于气动激振器21的往复激振力的作用。而后置柔性爬虫身分段11和前置柔性爬虫身分段12因受到来自于气动激振器的往复激振力的作用而交替地被拉长或压缩，且随后两者借由与地面间所形成的抓地力以执行高频小距离爬行运动，且相邻两次蠕动时长间隔不少于0.3s。

上述单气源示教仿生爬虫的工作原理大致如下：在单气源示教仿生爬虫预执行定向蠕动的进程中，当高压气体经由进气软管22而被充入至气动激振器21后，在某一时间段内，后置柔性爬虫身分段11因受到激振力作用而被压缩，前置柔性爬虫身分段12因受到同一激振力作用而被拉长。而在相邻时间段内，后置柔性爬虫身分段11因受到激振力作用而被拉长，前置柔性爬虫身分段12因受到同一激振力作用而被压缩。在气动激振器21发生动作的进程中，后置柔性爬虫身分段11和前置柔性爬虫身分段12借由其与地面间所形成的抓地力以执行高频小距离爬行运动。

在实际应用、制造成型进程中，单气源示教仿生爬虫至少取得了以下几方面的有益效果，具体表现在：

1)单气源示教仿生爬虫有极简的设计结构，利于进行制造、成型，且易于实施后续组装、维护操作，从而可有效地降低其制造成本以及应用成本；

2)单气源示教仿生爬虫易操作性极好，具体变现为：学生通过操控向着气动激振器充入压力空气的压力值、时长即可实现对仿生爬虫蠕动速度、行进距离的调节。

在此，还需要重点阐明的是，在仿生爬虫执行蠕动动作的进程中，仅沿其轴向产生形变量或蠕动位移，并不发生上拱姿态改变，从而有利于仿生爬虫顺利地进入、越过沿高度方向尺寸相对有限的狭小空间。

再者，在单气源示教仿生爬虫执行定向蠕动的进程中，根据设计规范，要求其后置柔性爬虫身分段11和前置柔性爬虫身分段12仅可发生轴向伸长或缩短形变，而其径向变形被有效限制，从而利于确保单气源示教仿生爬虫得以稳定地、持续地执行定向蠕动动作。作为一种结构优选，如图3中所示，后置柔性爬虫身分段11主要由后置橡胶体111和后置限形组件112所构成。后置限形组件112由多个镶嵌于后置橡胶体111内部的、且沿着后置橡胶体111长度方向进行线性排布的后置刚性限形环1121构成。当后置橡胶体111因受到气动激振器21的激振力作用而而被拉长或压缩时，各后置刚性限形环1121协同作用以避免后置橡胶体111沿其径向发生整体性胀大或缩小形变。

参照相同设计理念，前置柔性爬虫身分段12主要由前置橡胶体121和前置限形组件122。前置限形组件122由多个镶嵌于前置橡胶体121内部的、且沿着前置橡胶体121长度方向进行线性排布的前置刚性限形环1221构成(如图3中所示)。

出于确保仿生爬虫得以沿着特定方向进行定向蠕动，且保证其在蠕动进程中具有足够的抓地力方面考虑，由图4中所示，沿其长度方向，在后置橡胶体111的外侧壁上成型出有后置环形抓地凸缘1111。后置环形抓地凸缘1111呈后倾状，且倾斜角度控制在10～30°。在气动激振器发生动作的进程中，后置环形抓地凸缘1111与地面之间产生摩擦力借以交替地对后置柔性爬虫身分段11进行间歇性推动。如此一来，在后置橡胶体111因受到气动激振器21激振力作用而被伸长进程中，后置环形抓地凸缘1111沿着地面执行滑移运动，从而实现了后置柔性爬虫身分段11的单次蠕动动作，且附带地形成一作用于前置橡胶体121的推进力；而在后置橡胶体111因再次受到气动激振器21激振力作用而被压缩进程中，后置环形抓地凸缘1111与地面形成稳定抓地力，以限制后置柔性爬虫身分段11的后退动作，使得蠕动姿态得以锚定，从而利于实现了对爬虫身1的整体驱动。

同理，如图4中所示，沿其长度方向，在前置橡胶体121的外侧壁上成型出有前置环形抓地凸缘1211。前置环形抓地凸缘1211均呈后倾状，且倾斜角度控制在10～30°。在气动激振器21发生动作的进程中，前置环形抓地凸缘1211与地面之间产生摩擦力借以交替地前置柔性爬虫身分段12进行间歇性推动。

根据设计常识，气动激振器21可以采取多种设计结构以实现对后置柔性爬虫身分段11和前置柔性爬虫身分段12的协同驱动，不过在此推荐一种设计结构简单，易于制造实施，后期便于执行维护操作的实施方案，具体推荐如下：如图5-7中所示，气动激振器21主要由外壳体211、激振体212、后置端盖213、前置端盖214、后置复位单元215以及前置复位单元216等几部分构成。其中，在外壳体211内设有一贯穿状空腔2111。后置端盖213、前置端盖214分别一一对应地组装于外壳体211的后、前端，以协同对穿状空腔2111进行端面封堵。激振体212内置于空腔2111中，且其受到高压气体推动力作用时可沿着后前方向自由地执行往复滑移运动。后置复位单元215和前置复位单元216分别用来向着激振体212的后、前端面施以复位力，且均内置于空腔2111中。如此一来，在激振体212因受到高压气体推动力作用而被启动的瞬间，其自身势必产生一定加速度，进而以形成作用于后置柔性爬虫身分段11和前置柔性爬虫身分段12上的、且方向相反的驱动力，利于确保仿生爬虫都以稳定地、持续地执行定向蠕动动作。

在此还需要说明一点，此种设计形式的气动激振器21具有良好的动作响应特性，后置柔性爬虫身分段11和前置柔性爬虫身分段12执行伸长/压缩的时长得以有效地缩短，从而不但利于实现仿生爬虫的高速蠕动(在实验室环境下，其蠕动速度可达0.8m/mi n)，而且还利于对仿生爬虫的蠕动进程进行精准控制。

在满足低耗能设计要求的前提下，出于确保激振体212在空腔2111得以稳定地、准确地实现停靠位置的变换方面考虑，作为一种设计优选，如图7中所示，沿其长度方向，在激振体212的外侧壁上线性均布有第一环形通气凹槽2121、第二环形通气凹槽2122、第三环形通气凹槽2123。在外壳体211的周侧壁上分别开设有进气流道2112、后置出气流道2113以及前置出气流道2114。进气流道2112始终与进气软管22相连通，而后置出气流道2113和前置出气流道2114。均可与外界大气相连通。

在实际应用中，气动激振器21的工作原理大致如下：当激振体212停位于后极限位置时，高压气体的流通路径为进气软管22－进气流道2112－第二环形通气凹槽2122－第一环形通气凹槽2121-后置出气流道2113-外界大气，进气流道2112与第二环形通气凹槽2122相连通，后置出气流道2113与第一环形通气凹槽2121相连通，而前置出气流道2114保持于被封堵状态。而当激振体212停位于前极限位置时，高压气体的流通路径为进气软管22－进气流道2112－第二环形通气凹槽2122－第三环形通气凹槽2123-前置出气流道2114-外界大气，进气流道2112与第二环形通气凹槽2122相连通，前置出气流道2114与第三环形通气凹槽2123相连通，而后置出气流道2113保持于被封堵状态。

另外，由附图7中所示还可以明确看出，气动激振器21还增设有密封单元217，以确保第一环形通气凹槽2121、第二环形通气凹槽2122以及第三环形通气凹槽2123均相对于空腔2111内侧壁所形成各分隔空间均具有良好的密封性，进而以利于降低所供高压气体的压力值，为进一步降低能耗作良好的铺垫。更为具体为：密封单元217由嵌设于激振体212外侧壁上的、且始终与空腔2111的内侧壁保持于压触状态的第一密封环2171、第二密封环2172、第三密封环2173、第四密封环2174构成。第一环形通气凹槽2121位于第一密封环2171和第二密封环2172之间。第二环形通气凹槽2122位于第二密封环2172和第三密封环2173之间。第三环形通气凹槽2123位于第三密封环2173和第四密封环2174之间。

出于确保气动激振器21在被激发的进程中，激振体212相对于空腔2111得以实现精准、快速地复位，避免因高压气体压力不足而引起的复位效率低下问题出现方面考虑，作为上述气动激振器21结构的进一步优化，如图7中所示，后置复位单元215由后置磁性片2151和后置永磁体2152构成。后置磁性片2151嵌设于后置端盖213的前侧壁上，而与后置磁性片2151相对位的后置永磁体2152嵌设于激振体212的后端面上。前置复位单元216由前置磁性片2161和前置永磁体2162构成。前置磁性片2161嵌设于前置端盖214的后侧壁上，而与前置磁性片2161相对位的前置永磁体2162嵌设于激振体212的前端面上。在激振体212由中位滑移至后极限位置的进程中，后置磁性片2151和后置永磁体2152之间所形成的磁力随之增大，而此刻前置磁性片2161和前置永磁体2162之间所形成的磁力随之减小。在激振体212由中位滑移至前极限位置的进程中，前置磁性片2161和前置永磁体2162之间所形成的磁力随之增大，而此刻后置磁性片2151和后置永磁体2152之间所形成的磁力随之减小。

最后需要说明的是，除了可以采取上述的借助于磁性吸引力以实现激振体212的快速复位，亦可以借助于弹簧力来实现，且设计结构更为简洁。具体实现方式推荐如下：后置复位单元215主要由固定于后置端盖213前侧壁上的后置弹簧所构成。前置复位单元216主要由固定于前置端盖214后侧壁上的前置弹簧所构成(图中未示出)。当气动激振器21在被激发后，在激振体212由中位滑移至后极限位置的进程中，后置弹簧因受压而储蓄弹性势能，而此刻前置弹簧保持于完全放松状态。在激振体212由中位滑移至前极限位置的进程中，前置弹簧因受压而储蓄弹性势能，而此刻后置弹簧保持于完全放松状态。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种单气源示教仿生爬虫，包括爬虫身和动力源；所述爬虫身在所述动力源的驱动力作用下沿着地面执行定向蠕动动作，其特征在于，所述爬虫身由后置柔性爬虫身分段和前置柔性爬虫身分段构成；所述动力源包括有气动激振器和进气软管；所述后置柔性爬虫身分段、所述前置柔性爬虫身分段与所述气动激振器组装为一体，且同时受到来自于所述气动激振器的往复激振力的作用；当高压气体经由所述进气软管而被充入至所述气动激振器后，在某一时间段内，所述后置柔性爬虫身分段因受到激振力作用而被压缩，所述前置柔性爬虫身分段因受到同一激振力作用而被拉长；而在相邻时间段内，所述后置柔性爬虫身分段因受到激振力作用而被拉长，所述前置柔性爬虫身分段因受到同一激振力作用而被压缩；在所述气动激振器发生动作的进程中，所述后置柔性爬虫身分段和所述前置柔性爬虫身分段借以与地面间所形成的抓地力以执行高频小距离爬行运动；

所述气动激振器包括有外壳体、激振体、后置端盖、前置端盖、后置复位单元以及前置复位单元；在所述外壳体内设有一贯穿状空腔；所述后置端盖、所述前置端盖分别一一对应地组装于所述外壳体的后、前端，以协同对所述空腔进行端面封堵；所述激振体内置于所述空腔中，且受到高压气体推动力作用时可沿着后前方向自由地执行往复滑移运动；所述后置复位单元和所述前置复位单元分别用来向着所述激振体的后、前端面施以复位力，且均内置于所述空腔中；

沿所述激振体的长度方向，其外侧壁上线性均布有第一环形通气凹槽、第二环形通气凹槽、第三环形通气凹槽；在所述外壳体的周侧壁上分别开设有进气流道、后置出气流道以及前置出气流道；所述进气流道始终与所述进气软管相连通，而所述后置出气流道和所述前置出气流道均可与外界大气相连通；当所述激振体停位于后极限位置时，高压气体的流通路径为所述进气软管－所述进气流道－所述第二环形通气凹槽－所述第一环形通气凹槽-所述后置出气流道-外界大气，所述进气流道与所述第二环形通气凹槽相连通，所述后置出气流道与所述第一环形通气凹槽相连通，而所述前置出气流道保持于被封堵状态；而当所述激振体停位于前极限位置时，高压气体的流通路径为所述进气软管－所述进气流道－所述第二环形通气凹槽－所述第三环形通气凹槽-所述前置出气流道-外界大气，所述进气流道与所述第二环形通气凹槽相连通，所述前置出气流道与所述第三环形通气凹槽相连通，而所述后置出气流道保持于被封堵状态。

2.根据权利要求1所述的单气源示教仿生爬虫，其特征在于，所述气动激振器还包括有密封单元；所述密封单元由嵌设于所述激振体外侧壁上的、且始终与所述空腔的内侧壁保持于压触状态的第一密封环、第二密封环、第三密封环、第四密封环构成；所述第一环形通气凹槽位于所述第一密封环和所述第二密封环之间；所述第二环形通气凹槽位于所述第二密封环和所述第三密封环之间；所述第三环形通气凹槽位于所述第三密封环和所述第四密封环之间。

3.根据权利要求1所述的单气源示教仿生爬虫，其特征在于，所述后置复位单元包括有固定于所述后置端盖前侧壁上的后置弹簧；所述前置复位单元包括有固定于所述前置端盖后侧壁上的前置弹簧；在所述激振体由中位滑移至后极限位置的进程中，所述后置弹簧因受压而储蓄弹性势能，而此刻所述前置弹簧保持于完全放松状态；在所述激振体由中位滑移至前极限位置的进程中，所述前置弹簧因受压而储蓄弹性势能，而此刻所述后置弹簧保持于完全放松状态。

4.根据权利要求1所述的单气源示教仿生爬虫，其特征在于，所述后置复位单元由后置磁性片和后置永磁体构成；所述后置磁性片嵌设于所述后置端盖的前侧壁上，而与所述后置磁性片相对位的所述后置永磁体嵌设于所述激振体的后端面上；所述前置复位单元由前置磁性片和前置永磁体构成；所述前置磁性片嵌设于所述前置端盖的后侧壁上，而与所述前置磁性片相对位的所述前置永磁体嵌设于所述激振体的前端面上；在所述激振体由中位滑移至后极限位置的进程中，所述后置磁性片和所述后置永磁体之间所形成的磁力随之增大，而此刻所述前置磁性片和所述前置永磁体之间所形成的磁力随之减小；在所述激振体由中位滑移至前极限位置的进程中，所述前置磁性片和所述前置永磁体之间所形成的磁力随之增大，而此刻所述后置磁性片和所述后置永磁体之间所形成的磁力随之减小。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的单气源示教仿生爬虫，其特征在于，所述后置柔性爬虫身分段包括有后置橡胶体和后置限形组件；所述后置限形组件由多个镶嵌于所述后置橡胶体内部的、且沿着所述后置橡胶体长度方向进行线性排布的后置刚性限形环构成；所述前置柔性爬虫身分段包括有前置橡胶体和前置限形组件；所述前置限形组件由多个镶嵌于所述前置橡胶体内部的、且沿着所述前置橡胶体长度方向进行线性排布的前置刚性限形环构成。

6.根据权利要求5所述的单气源示教仿生爬虫，其特征在于，沿所述后置橡胶体的长度方向，其外侧壁上成型出有后置环形抓地凸缘；沿所述前置橡胶体的长度方向，其外侧壁上成型出有前置环形抓地凸缘；所述后置环形抓地凸缘和所述前置环形抓地凸缘均呈后倾状，且倾斜角度控制在10～30°；在所述气动激振器发生动作的进程中，所述后置环形抓地凸缘、所述前置环形抓地凸缘与地面之间产生摩擦力借以交替地、对应地对所述后置柔性爬虫身分段、所述前置柔性爬虫身分段进行拖动。