CN114842729B - 一种强力抓地示教仿生爬虫 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种强力抓地示教仿生爬虫，包括爬虫身和激振器。爬虫身包括后置波形套、前置波形套和鳞片单元。激振器连接于后置波形套和前置波形套之间。后置波形套和前置波形套因受到来自于激振器的往复激振力作用而交替地执行伸长、压缩动作，与此同时，鳞片单元与地面之间产生摩擦力借以拖动后置波形套和前置波形套。如此一来，一方面，有效地避免了爬虫身因直接与地面相接触而导致的过快磨损现象的发生，利于其使用寿命的大幅度提升；另一方面，鳞片单元与地面之间形成有足够的抓力地，如此，不但可有效地确保示教仿生爬虫得以高速蠕动，而且还可确保示教仿生爬虫在蠕动进程中始终保持有良好的定向性，利于其顺利地进入、穿越狭小缝隙。

Description

一种强力抓地示教仿生爬虫

技术领域

本发明涉及示教器材设计、制造技术领域，尤其是一种强力抓地示教仿生爬虫。

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。就目前而言，本课题组最新开发出一款蠕动型施教仿生爬虫，其主要由柔性虫身和内置于柔性虫身内部的气动激振器所构成。在气动激振器被激发后，柔性虫身受到激振力作用可以交替地执行伸长、缩短动作。且出于确保柔性虫身得以稳定地执行定向蠕动方面考虑，在柔性虫身的外侧壁上还直接成型出有后倾环形抓地凸缘。虽说该款蠕动型施教仿生爬虫具有良好的爬行性能，且可顺利地穿越狭小空间。然而，当仿生爬虫经过一段时长的蠕动后，与地面相接触的环形抓地凸缘极易受到磨损，势必会降低柔性虫身在蠕动进程中所受到的抓地力，即意味着反推动力的减小，进而导致其蠕动速度的下降；再者，柔性虫身在蠕动进程中因抓地力不足原因而极易发现径向高频偏摆现象，进而势必会影响到仿生爬虫的蠕动方向精度(实际蠕动轨迹与理论蠕动轨迹偏差量严重超差)，最终导致其不可顺利地穿越狭小缝隙。另外，当环形抓地凸缘磨损严重时，教学器材管理人员还需投入大量时间、精力对柔性虫身执行更换操作，从而导致仿生爬虫维护成本居高不小。因而，亟待本课题组解决上述技术问题。

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，最终导致该强力抓地示教仿生爬虫的出现。

为了解决上述技术问题，本发明涉及了一种强力抓地示教仿生爬虫，包括爬虫身和激振器。爬虫身在激振器的驱动力作用下沿着地面执行定向蠕动动作。爬虫身包括后置波形套、前置波形套和鳞片单元。激振器连接于后置波形套和前置波形套之间。后置波形套和前置波形套因受到来自于激振器的往复激振力作用而交替地执行伸长、压缩动作，与此同时，鳞片单元与地面之间产生摩擦力借以拖动后置波形套和前置波形套。

作为本发明技术方案的进一步改进，鳞片单元包括有柱状弹簧和鳞片条。柱状弹簧的后、前端分别一一对应地由后置波形套、前置波形套进行固定。鳞片条以螺旋状缠绕于柱状弹簧上，且沿其长度方向形成出有一系列可相对于地面生成抓地力的抓地齿。

作为本发明技术方案的更进一步改进，鳞片条与柱状弹簧施焊为一体。沿其长度方向，在鳞片条成形出一系列激光焊点。

作为上述技术方案的另一种改型设计，鳞片条借由连接绳与柱状弹簧可拆卸地固定为一体。沿其长度方向，在鳞片条成形出一系列穿绳孔。连接绳呈螺旋状缠绕于柱状弹簧上，且依序穿过穿绳孔。

作为本发明技术方案的更进一步改进，爬虫身还包括有后置固定件和前置固定件。后置固定件、前置固定件一一对应地对后置波形套的后端面、前置波形套的前端面进行封堵。在后置固定件上开设有用来供柱状弹簧嵌入的后置限位螺旋凹槽。在前置固定件上开设有用来供柱状弹簧嵌入的前置限位螺旋凹槽。当柱状弹簧的后、前端分别被后置固定件、前置固定件所限定后，后置波形套和前置波形套均与柱状弹簧保持于非接触状态。

作为本发明技术方案的更进一步改进，爬虫身还包括有后置连接过渡件和前置连接过渡件。后置连接过渡件套设、且黏合于后置波形套的内腔中。前置连接过渡件套设、且黏合于前置波形套的内腔中。后置连接过渡件、前置连接过渡件均借由螺纹副分别一一对应地与后置固定件、前置固定件相旋合为一体。

作为本发明技术方案的更进一步改进，沿其长度方向，在后置连接过渡的外侧壁上成型出一系列后置熔胶凹槽。沿其长度方向，在前置连接过渡的外侧壁上成型出一系列前置熔胶凹槽。

相较于传统设计结构的示教仿生爬虫，在本发明所公开的技术方案中，爬虫身的外围增设有鳞片单元。借由鳞片单元与地面之间所产生摩擦力以推动爬虫身执行蠕动动作。如此一来，一方面，有效地避免了爬虫身因直接与地面相接触而导致的过快磨损现象的发生，利于其使用寿命的大幅度提升，且还可大大地降低示教仿生爬虫的维护频率以及维护成本；另一方面，鳞片单元与地面之间形成有足够的抓力地，即意味着驱使爬虫身所需的推动力得到有效保证，不但可确保示教仿生爬虫得以高速蠕动，而且还杜绝了常规设计方案中因抓地力不足而引发的蠕动状态的爬虫身沿其径向高频偏摆问题的出现，进而利于确保其在蠕动进程中始终保持有较好的定向性，最终使得示教仿生爬虫得以顺利地进入、穿越狭小缝隙。

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是本发明中强力抓地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是图3的II局部放大图

图6是本发明强力抓地示教仿生爬虫中鳞片单元的立体示意图。

1-爬虫身；11-后置波形套；12-前置波形套；13-鳞片单元；131-柱状弹簧；132-鳞片条；1321-抓地齿；14-后置固定件；141-后置限位螺旋凹槽；15-前置固定件；151-前置限位螺旋凹槽；16-后置连接过渡件；161-后置熔胶凹槽；17-前置连接过渡件；171-前置熔胶凹槽；2-激振器。

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、图2、图3分别示出了本发明中强力抓地示教仿生爬虫的立体示意图、俯视图及其A-A剖视图，可知，其主要由爬虫身1和激振器2所构成。爬虫身1在激振器2的驱动力作用下沿着地面执行定向蠕动动作。爬虫身1包括后置波形套11、前置波形套12和鳞片单元13。激振器2连接于后置波形套11和前置波形套12之间。后置波形套11和前置波形套12因受到来自于激振器2的往复激振力作用而交替地执行伸长、压缩动作，与此同时，鳞片单元13与地面之间产生摩擦力借以拖动后置波形套11和前置波形套12。当激振器2被激发后，后置波形套11和前置波形套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。

在实际应用中，上述强力抓地示教仿生爬虫至少取得了以下几方面的有益效果，具体如下：

1)有效地避免了爬虫身1(即上述的后置波形套11和前置波形套12)因直接与地面相接触而导致的过快磨损现象的发生，利于其使用寿命的大幅度提升，且还可大大地降低示教仿生爬虫的维护频率以及维护成本；

2)独立于后置波形套11和前置波形套12之外的鳞片单元13与地面之间形成有足够的抓力地，即意味着驱使爬虫身1所需的推动力得到有效保证，从而利于示教仿生爬虫高速蠕动的设计目标得以实施。

在此，还需要着重阐明一点，在执行蠕动进程中，因鳞片单元13与地面之间形成有足够的抓力地，从而可有效地杜绝因抓地力不足而引发的蠕动状态的爬虫身1沿其径向高频偏摆问题的出现，进而利于确保其在蠕动进程中始终保持有较好的定向性，最终使得示教仿生爬虫得以顺利地进入、穿越狭小缝隙。

已知，根据实际常识，鳞片单元13可以采取多种设计结构以实现对后置波形套11和前置波形套12的可靠防护，且相对于地面形成有足够的抓地力，不过，在此推荐一种设计结构简洁，易于制造实施、且组装的实施方案，具体如下：如图6中所示，鳞片单元13主要由柱状弹簧131和鳞片条132所构成。其中，柱状弹簧131的后、前端分别一一对应地由后置波形套11、前置波形套12进行固定。鳞片条132以螺旋状缠绕于柱状弹簧131上，且沿其长度方向形成出有一系列可相对于地面生成抓地力的抓地齿1321。鳞片条132的优选固定方式推荐如下：鳞片条132与柱状弹簧131施焊为一体。沿其长度方向，在鳞片条132成形出一系列激光焊点。另外，由图4、5中所示可以清楚地得知，各抓地齿1321均呈后倾状，且倾斜角度控制在10～30°。当激振器2被激发后，与后置波形套11、前置波形套12相对位的抓地齿1321与地面之间产生抓地力借以交替地对后置波形套11、前置波形套12进行间歇性推动。如此一来，在后置波形套11因受到激振器2激振力作用而被伸长进程中，各抓地齿1321沿着地面执行滑移运动，从而实现了后置波形套11的单次蠕动动作，且附带地形成一作用于前置波形套12的推进力；而在后置波形套11因再次受到激振器2激振力作用而被压缩进程中，抓地齿1321与地面形成稳定抓地力，以限制后置波形套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。

当然，作为上述技术方案的另一种改型设计，鳞片条132亦可优选由可拆卸方式以实现与柱状弹簧131的连接、固定。具体实施方案推荐如下：鳞片条132借由连接绳与柱状弹簧131可拆卸地固定为一体。沿其长度方向，在鳞片条132成形出一系列穿绳孔。连接绳呈螺旋状缠绕于柱状弹簧131上，且依序穿过上述各穿绳孔。

再者，出于保证柱状弹簧131的两端得以可靠地固定，进而确保各抓地齿1321在后置波形套11、前置波形套12被拉伸/压缩进程中得以按序、稳定地实现对地面的抓持方面考虑，作为上述强力抓地示教仿生爬虫结构的进一步优化，如图3中所示，爬虫身1还增设有后置固定件14和前置固定件15。后置固定件14、前置固定件15一一对应地对后置波形套11的后端面、前置波形套12的前端面进行封堵。在后置固定件14上开设有用来供柱状弹簧131后端部嵌入的后置限位螺旋凹槽141(如图4中所示)。在前置固定件15上开设有用来供柱状弹簧131前端部嵌入的前置限位螺旋凹槽151(如图5中所示)。且当柱状弹簧131的后、前端分别被后置固定件14、前置固定件15所限定后，后置波形套11和前置波形套12均与柱状弹簧131保持于非接触状态，从而利于实现后置波形套11和前置波形套12在蠕动进程中因其直接与地面相接触而受到磨损这一设计目标。

再者，结合附图3、4、5中所示还可以明确看出，爬虫身1还额外增设有后置连接过渡件16和前置连接过渡件17。后置连接过渡件16套设、且黏合于后置波形套11的内腔中。前置连接过渡件17套设、且黏合于前置波形套12的内腔中。后置连接过渡件16、前置连接过渡件17均借由螺纹副分别一一对应地与后置固定件14、前置固定件15相旋合为一体。如此一来，一方面，可有效地提升后置波形套11与后置固定件14之间以及前置波形套12与前置固定件15之间的连接强度，避免后置波形套11和前置波形套12在实际执行蠕动动作进程中因受到瞬时不均衡拖拉力作用而挣脱现象的发生；另一方面，大大地提升了后置波形套11与后置固定件14之间以及前置波形套12与前置固定件15之间的连接效率，从而有利于降低了示教仿生爬虫的总装配用时，为制造成本的进一步下降作了良好的铺垫。

另外，如图4中所示，沿其长度方向，在后置连接过渡16的外侧壁上成型出一系列后置熔胶凹槽161。如此一来，当后置波形套11相对于后置连接过渡16套合完毕后，留置于后置熔胶凹槽161的胶体可有效地提升后置波形套11的连接强度，进而避免其因受到过大拉拽力作用而由后置连接过渡16上挣脱现象的发生。

出于相同设计目的，如图5中所示，沿其长度方向，亦可在前置连接过渡件17的外侧壁上成型出一系列前置熔胶凹槽171。

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 (3)

1.一种强力抓地示教仿生爬虫，包括爬虫身和激振器；所述爬虫身在所述激振器的驱动力作用下沿着地面执行定向蠕动动作，其特征在于，所述爬虫身包括后置波形套、前置波形套和鳞片单元；所述激振器连接于所述后置波形套和所述前置波形套之间；所述后置波形套和所述前置波形套因受到来自于所述激振器的往复激振力作用而交替地执行伸长、压缩动作，与此同时，所述鳞片单元与地面之间产生摩擦力借以拖动所述后置波形套和所述前置波形套；

所述鳞片单元包括有柱状弹簧和鳞片条；所述柱状弹簧的后、前端分别一一对应地由所述后置波形套、所述前置波形套进行固定；所述鳞片条以螺旋状缠绕于所述柱状弹簧上，且沿所述鳞片条的长度方向形成出有一系列可相对于地面生成抓地力的抓地齿；

所述鳞片条与所述柱状弹簧施焊为一体；沿所述鳞片条的长度方向，在其上成形出一系列激光焊点；

所述爬虫身还包括有后置固定件和前置固定件；所述后置固定件、所述前置固定件一一对应地对所述后置波形套的后端面、所述前置波形套的前端面进行封堵；在所述后置固定件上开设有用来供所述柱状弹簧嵌入的后置限位螺旋凹槽；在所述前置固定件上开设有用来供所述柱状弹簧嵌入的前置限位螺旋凹槽；当所述柱状弹簧的后、前端分别被所述后置固定件、所述前置固定件所限定后，所述后置波形套和所述前置波形套均与所述柱状弹簧保持于非接触状态。

2.根据权利要求1所述的强力抓地示教仿生爬虫，其特征在于，所述爬虫身还包括有后置连接过渡件和前置连接过渡件；所述后置连接过渡件套设、且黏合于所述后置波形套的内腔中；所述前置连接过渡件套设、且黏合于所述前置波形套的内腔中；所述后置连接过渡件、所述前置连接过渡件均借由螺纹副分别一一对应地与所述后置固定件、所述前置固定件相旋合为一体。

3.根据权利要求2所述的强力抓地示教仿生爬虫，其特征在于，沿所述后置连接过渡件的长度方向，在其外侧壁上成型出一系列后置熔胶凹槽；沿所述前置连接过渡件的长度方向，在其外侧壁上成型出一系列前置熔胶凹槽。