CN115285247A - 一种基于张拉整体结构的可攀爬仿生蛇形机器人 - Google Patents

Abstract

本发明属于攀爬机器人技术领域，其公开了一种基于张拉整体结构的可攀爬仿生蛇形机器人，包括：缠绕上段螺旋结构，缠绕上段螺旋结构一端为连接端，另一端为用于驱动其做弯曲和螺旋运动的驱动端；中间螺旋伸缩结构，中间螺旋伸缩结构一端与缠绕上段螺旋结构的连接端铰接连接；缠绕下段螺旋结构，缠绕下段螺旋结构一端为连接端，其该端与中间螺旋伸缩结构另一端铰接连接，缠绕下段螺旋结构另一端为用于驱动其做弯曲和螺旋运动的驱动端。该可攀爬仿生蛇形机器人可伸缩螺旋运动，进而能够适应不同的树干形状，且爬树稳定，其柔性的结构决定了该结构可以从主干过度到枝干的爬行，相比于滚动式和夹持式的爬树方式具有较高的通用性和稳定性。

Description

一种基于张拉整体结构的可攀爬仿生蛇形机器人

技术领域

本发明涉及攀爬机器人技术领域，更具体的说是涉及一种基于张拉整体结构的可攀爬仿生蛇形机器人。

背景技术

如今主流的攀爬机器人的工作方式有三个大类：滚动式、夹持式、仿生式。但是滚动式的爬树机器人只适用于槟榔树、椰子树等棕榈科树木这种主干形状十分规则的情况，对于夹持式的爬树机器人仅仅在树木的主干一侧工作，易使结构重心在同一侧，带来的问题就是机器人在攀爬过程不具有稳定性，且以上两种方式的机器人质量较大且在攀爬时遇到主干上有较粗的枝干时会大大影响攀爬效率，而且当需要攀爬机器人从主干攀爬转移到枝干上时，以上方式很难完成。

因此，如何提供一种可以适应不同的树干形状，且爬树稳定，还可以从主干过度到支杆爬行的具有较高通用性和稳定性的基于张拉整体结构的可攀爬仿生蛇形机器人是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种可以适应不同的树干形状，且爬树稳定，还可以从主干过度到支杆爬行的具有较高通用性和稳定性的基于张拉整体结构的可攀爬仿生蛇形机器人。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于张拉整体结构的可攀爬仿生蛇形机器人，包括：

缠绕上段螺旋结构，所述缠绕上段螺旋结构一端为连接端，另一端为用于驱动其做弯曲和螺旋运动的驱动端；

中间螺旋伸缩结构，所述中间螺旋伸缩结构一端与所述缠绕上段螺旋结构的连接端铰接连接；

缠绕下段螺旋结构，所述缠绕下段螺旋结构一端为连接端，其该端与所述中间螺旋伸缩结构另一端铰接连接，所述缠绕下段螺旋结构另一端为用于驱动其做弯曲和螺旋运动的驱动端。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种基于张拉整体结构的可攀爬仿生蛇形机器人，其中，在攀爬过程中，缠绕上段螺旋结构在物体上做内卷曲螺旋运动，并能够抓牢物体，然后中间螺旋伸缩结构进行螺旋收缩动作，将缠绕下段螺旋结构向上提拉，然后缠绕下段螺旋结构做内卷曲螺旋运动，攀爬并固定到物体上，此时，缠绕上段螺旋结构解除螺旋运动，同时中间螺旋伸缩结构解除螺旋运动，并在缠绕下段螺旋结构的支撑下，中间螺旋伸缩结构解除螺旋处于伸直状态，从而实现将缠绕上段螺旋结构向上推动，使得缠绕上段螺旋结构可以在更高的位置螺旋缠绕固定，从而实现了蛇形机器人的攀爬。因此，该可攀爬仿生蛇形机器人可伸缩螺旋运动，进而能够适应不同的树干形状，且爬树稳定，其柔性的结构决定了该结构可以从主干过度到枝干的爬行，相比于滚动式和夹持式的爬树方式具有较高的通用性和稳定性。

进一步的，所述缠绕上段螺旋结构和所述缠绕下段螺旋结构的结构相同，其中所述缠绕上段螺旋结构采用线性张拉整体结构，其包括：

连接板，所述连接板为平行线性布置的多个，每个所述连接板上由前向后分别开设有外预紧力孔、内预紧力孔、方向控制孔；

外预紧力弹性绳，所述外预紧力弹性绳穿设在所述外预紧力孔中，且所述外预紧力弹性绳的两端分别固定在所述线性张拉整体结构两端所述外预紧力孔上；

内预紧力弹性绳，所述内预紧力弹性绳穿设在所述内预紧力孔中，且所述内预紧力弹性绳的两端分别固定在所述线性张拉整体结构另一端的所述内预紧力孔上；

驱动索，所述驱动索穿设在所述方向控制孔中，且所述驱动索一端固定在所述线性张拉整体结构一端的所述方向控制孔上，所述驱动索另一端穿过所述线性张拉整体结构另一端的所述方向控制孔后与驱动机构连接，所述驱动机构固定在所述线性张拉整体结构另一端的所述连接板上，所述线性张拉整体结构一端的所述连接板与所述中间螺旋伸缩结构的一端铰接连接。

采用上述技术方案产生的有益效果是，在内外预紧力的平衡作用下，以线驱动(驱动索)的方式驱动三段结构的螺旋运动，在中间节段螺旋伸缩的作用下，使整体可以蠕动向上运动，可以适应不同的树干形状，且爬树稳定，其柔性的结构决定了该结构可以从主干过度到枝干的爬行，相比于滚动式和夹持式的爬树方式具有较高的通用性和稳定性。

进一步的，所述外预紧力孔包括：第一外预紧力孔、第二外预紧力孔，所述内预紧力孔包括：第一内预紧力孔、第二内预紧力孔、两个第三内预紧力孔，所述方向控制孔包括：第一方向控制孔、第二方向控制孔、第三方向控制孔；

所述外预紧力弹性绳包括：第一外预紧力弹性绳、第二外预紧力弹性绳；所述内预紧力弹性绳对折分成两股弹性绳；所述驱动索包括：第一驱动索、第二驱动索、第三驱动索；所述驱动机构包括：第一驱动机构、第二驱动机构、第三驱动机构；

每个所述连接板均包括：

半圆形板，所述半圆形板上间隔开设有所述第一外预紧力孔和所述第二外预紧力孔；

侧凸耳板，所述侧凸耳板为两个，且分别固定在所述半圆形板底端面的左右两侧，其中一个所述侧凸耳板上按前后方向分别开设有所述第一内预紧力孔、所述第一方向控制孔，另一个所述侧凸耳板上按前后方向分别开设有所述第二内预紧力孔、所述第二方向控制孔；

中间凸耳板，所述中间凸耳板底端面一侧固定在所述半圆形板顶端面上，且位于两个所述侧凸耳板之间，所述中间凸耳板上按前后方向分别开设有两个所述第三内预紧力孔和一个所述第三方向控制孔；

其中，所述第一外预紧力弹性绳穿设在所述第一外预紧力孔中，所述第二外预紧力弹性绳穿设在所述第二外预紧力孔中；

所述内预紧力弹性绳上的对折段穿过位于所述线性张拉整体结构一端的两个所述第三内预紧力孔，所述内预紧力弹性绳上的一侧弹性绳分别穿设在相邻的所述连接板上的所述第一内预紧力孔和所述第三内预紧力孔中，所述内预紧力弹性绳上的另一侧弹性绳分别穿设在相邻的所述连接板上的所述第二内预紧力孔和第三内预紧力孔中，以使每股所述弹性绳在所述线性张拉整体结构内部均呈纵向S形波纹状布置；

所述第一驱动索穿设在所述第一方向控制孔中，且其另一端与所述第一驱动机构连接，所述第二驱动索穿设在所述第二方向控制孔中，且其另一端与所述第二驱动机构连接，所述第三驱动索穿设在所述第三方向控制孔中，且其另一端与所述第三驱动机构连接。

采用上述技术方案产生的有益效果是，外预紧力绳以无曲折的状态贯穿每个连接板(张拉单体)，提供预紧力，内预紧力绳以纵向s型波纹管状穿过内预紧力孔，调节相邻两个连接板(张拉单元)，使得相邻两个连接板之间悬浮处于平衡状态，即外预紧力弹性绳起到控制整体平衡作用；内预紧力弹性绳使得整体处于自平衡状态作用。

进一步的，所述第一内预紧力孔和所述第二内预紧力孔处于同一第一竖向平面内，两个所述第三内预紧力孔处于同一第二竖向平面，所述第一竖向平面位于所述第二竖向平面的前侧。

进一步的，所述内预紧力弹性绳在所述对折段处的夹角α为170°。

采用上述技术方案产生的有益效果是，这样使得内预紧力不仅仅沿着内预紧力弹性绳的方向，还可以给予相邻的两个连接板提供x、y、z方向上的平衡力(即呈S型布置的内预紧力弹性绳穿过内预紧力孔，可保证连接板在x、y、z方向上的平衡力，使连接板达到自平衡状态，保证机器人的稳定性)。

进一步的，所述中间螺旋伸缩结构包括上下两个所述线性张拉整体结构，两个所述线性张拉整体结构之间分别固定有第四驱动电机、第五驱动电机、第六驱动电机，所述第四驱动电机的输出轴上均缠绕有两个第一驱动索，所述第五驱动电机的输出轴上均缠绕有两个第二驱动索，所述第六驱动电机的输出轴上均缠绕有两个第三驱动索；两个所述线性张拉整体结构远离所述第四驱动电机的端部上的所述连接板分别与所述缠绕上段螺旋结构、所述缠绕下段螺旋结构上对应的所述连接板均铰接连接。

采用上述技术方案产生的有益效果是，当缠绕上段螺旋结构螺旋缠绕在物体上后，同时使第四驱动电机、第六驱动电机或第五驱动电机、第六驱动电机工作，可实现中间螺旋伸缩结构螺旋、收缩动作，进而可将缠绕下段螺旋结构向上提，然后缠绕下段螺旋结构缠绕物体，此时，解除缠绕上段螺旋结构的螺旋，同时解除中间螺旋伸缩结构的螺旋，在缠绕下段螺旋结构缠绕物体的支撑下，中间螺旋伸缩结构解除螺旋处于伸直状态，从而实现将缠绕上段螺旋结构向上推动，使得缠绕上段螺旋结构可以在更高的位置螺旋缠绕固定，从而实现蛇形机器人的攀爬。

进一步的，两个所述线性张拉整体结构远离所述第四驱动电机的端部上的所述连接板分别与所述缠绕上段螺旋结构、所述缠绕下段螺旋结构上对应的所述连接板均通过球头万向节铰接连接。

进一步的，两个所述线性张拉整体结构远离所述第四驱动电机的端部上的所述连接板上均固定有铰接座，所述铰接座上开设有球铰孔，所述缠绕上段螺旋结构、所述缠绕下段螺旋结构上对应的所述连接板上均固定有球头，所述球头转动连接在所述球铰孔内，以形成所述球头万向节。

采用上述技术方案产生的有益效果是，在螺旋运动时，三段结构(缠绕上段螺旋结构、中间螺旋伸缩结构、缠绕下段螺旋结构)之间会发生相对的转动，为了不使结构在螺旋过程中发生变形，采用球头万向节将其连接一起。可以使结构在攀爬时有多个自由的，更加灵活。

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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种基于张拉整体结构的可攀爬仿生蛇形机器人的结构示意图。

图2为缠绕上段螺旋结构的三维结构示意图。

图3为连接板的结构示意图。

图4为相邻两个连接板装配结构示意图。

图5为图4的主视结构示意图。

图6为图4的侧视结构示意图。

图7为内预紧力弹性绳的主视结构示意图。

图8为内预紧力弹性绳的俯视结构示意图。

图9为缠绕上段螺旋结构呈螺旋收拢状态时的结构示意图。

图10为缠绕上段螺旋结构与中间螺旋伸缩结构通过球头万向节连接时的结构示意图。

图11为中间螺旋伸缩结构上设置铰接座的结构示意图。

图12为缠绕上段螺旋结构上设置球头的结构示意图。

图13为中间螺旋伸缩结构的结构示意图。

图14为图13中局部A的结构放大示意图。

图15为本发明提供的一种基于张拉整体结构的可攀爬仿生蛇形机器人攀爬竖直柱状物体时的原理示意图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

参见图1-图14，本发明实施例公开了一种基于张拉整体结构的可攀爬仿生蛇形机器人，其特征在于，包括：

缠绕上段螺旋结构1，缠绕上段螺旋结构1一端为连接端，另一端为用于驱动其做弯曲和螺旋运动的驱动端；

中间螺旋伸缩结构2，中间螺旋伸缩结构2一端与缠绕上段螺旋结构1的连接端铰接连接；

缠绕下段螺旋结构3，缠绕下段螺旋结构3一端为连接端，其该端与中间螺旋伸缩结构2另一端铰接连接，缠绕下段螺旋结构3另一端为用于驱动其做弯曲和螺旋运动的驱动端。

具体的，缠绕上段螺旋结构1和缠绕下段螺旋结构3的结构相同，其中缠绕上段螺旋结构1采用线性张拉整体结构4，其包括：

连接板11，连接板11为平行线性布置的多个，每个连接板11上由前向后分别开设有外预紧力孔101、内预紧力孔102、方向控制孔103；

外预紧力弹性绳12，外预紧力弹性绳12穿设在外预紧力孔101中，且外预紧力弹性绳12的两端分别固定在线性张拉整体结构4两端外预紧力孔101上，具体的，外预紧力弹性绳12的两端均连接有防脱板(图中圆形板，未标出)，防脱板位于连接板的外侧，这样，外预紧力弹性绳12不会从位于线性张拉整体结构4两端的外预紧力孔101中脱出；

内预紧力弹性绳13，内预紧力弹性绳13穿设在内预紧力孔102中，且内预紧力弹性绳13的两端分别固定在线性张拉整体结构4另一端的内预紧力孔102上，具体的参见图5，内预紧力弹性绳13的两端可分别连接防脱板(图中圆形板，未标出)，防脱板位于连接板的外侧，这样，内预紧力弹性绳13不会从位于线性张拉整体结构4两端的内预紧力孔102中脱出；

驱动索14，驱动索14穿设在方向控制孔103中，且驱动索14一端固定在线性张拉整体结构4一端的方向控制孔103上，驱动索14另一端穿过线性张拉整体结构4另一端的方向控制孔103后与驱动机构连接，驱动机构固定在线性张拉整体结构4另一端的连接板11上，线性张拉整体结构4一端的连接板11与中间螺旋伸缩结构2的一端铰接连接。具体的参见图2，驱动索14一端固定有防脱板(图中圆形板，未标出)，防脱板位于线性张拉整体结构4一端的连接板的外侧，驱动索14一端不会从位于线性张拉整体结构4一端的方向控制孔103中脱出。

其中，预紧力绳通过内外预紧力孔将各个连接板单元体连接起来，形成一种可调的自平衡的状态，而方向控制孔可以用驱动索线缆串通与驱动机构相连，而驱动机构可以为电机，驱动索14缠绕在电机的输出轴上，通过电机控制驱动索14伸缩来控制缠绕上段螺旋结构进行螺旋缠绕动作。

其中，外预紧力孔101包括：第一外预紧力孔1011、第二外预紧力孔1012，内预紧力孔102包括：第一内预紧力孔1021、第二内预紧力孔1022、两个第三内预紧力孔1023，方向控制孔103包括：第一方向控制孔1031、第二方向控制孔1032、第三方向控制孔1033；

外预紧力弹性绳12包括：第一外预紧力弹性绳121、第二外预紧力弹性绳122；内预紧力弹性绳13对折分成两股弹性绳131；驱动索14包括：第一驱动索141、第二驱动索142、第三驱动索143；驱动机构包括：第一驱动机构、第二驱动机构、第三驱动机构；

每个连接板11为上凸下凹结构，其均包括：

半圆形板111，半圆形板111上间隔开设有第一外预紧力孔1011和第二外预紧力孔1012；

侧凸耳板112，侧凸耳板112为两个，且分别固定在半圆形板111底端面的左右两侧，其中一个侧凸耳板112上按前后方向分别开设有第一内预紧力孔1021、第一方向控制孔1031，另一个侧凸耳板112上按前后方向分别开设有第二内预紧力孔1022、第二方向控制孔1032；

中间凸耳板113，中间凸耳板113底端面一侧固定在半圆形板111顶端面上，且位于两个侧凸耳板112之间，中间凸耳板113上按前后方向分别开设有两个第三内预紧力孔1023和一个第三方向控制孔1033；

其中，第一外预紧力弹性绳121穿设在第一外预紧力孔1011中，第二外预紧力弹性绳122穿设在第二外预紧力孔1012中；

内预紧力弹性绳13上的对折段132穿过位于线性张拉整体结构4一端的两个第三内预紧力孔1023，内预紧力弹性绳13上的一侧弹性绳131分别穿设在相邻的连接板11上的第一内预紧力孔1021和第三内预紧力孔1023中，内预紧力弹性绳13上的另一侧弹性绳131分别穿设在相邻的连接板11上的第二内预紧力孔1022和第三内预紧力孔1023中，以使每股弹性绳131在线性张拉整体结构4内部均呈纵向S形波纹状布置；

第一驱动索141穿设在第一方向控制孔1031中，且其另一端与第一驱动机构连接，第二驱动索142穿设在第二方向控制孔1032中，且其另一端与第二驱动机构连接，第三驱动索143穿设在第三方向控制孔1033中，且其另一端与第三驱动机构连接。

参见图9，当第一驱动索141、第二驱动索142、第三驱动索143同时动作时，三根驱动索的变化量相同可以控制缠绕上段螺旋结构向内卷曲运动，在同时使第一驱动索141、第三驱动索143或第二驱动索142、第三驱动索143动作时，两根驱动索的变化量不同，则缠绕上段螺旋结构在向内弯曲同时会向驱动索变化量更大的那一侧弯曲，使得两相邻连接块发生倾斜，倾斜动作累积，组合运动形成空间螺旋功能。

第一内预紧力孔1021和第二内预紧力孔1022处于同一第一竖向平面内，两个第三内预紧力孔1023处于同一第二竖向平面，第一竖向平面位于第二竖向平面的前侧。内预紧力弹性绳13在对折段132处的夹角α为170°。

中间螺旋伸缩结构2包括上下两个线性张拉整体结构4，两个线性张拉整体结构4之间分别固定有第四驱动电机5、第五驱动电机6、第六驱动电机7，第四驱动电机5的输出轴上均缠绕有两个第一驱动索141，第五驱动电机6的输出轴上均缠绕有两个第二驱动索142，第六驱动电机7的输出轴上均缠绕有两个第三驱动索143；两个线性张拉整体结构4远离第四驱动电机5的端部上的连接板11分别与缠绕上段螺旋结构1、缠绕下段螺旋结构3上对应的连接板11均铰接连接。

两个线性张拉整体结构4远离第四驱动电机5的端部上的连接板11分别与缠绕上段螺旋结构1、缠绕下段螺旋结构3上对应的连接板11均通过球头万向节8铰接连接。

两个线性张拉整体结构4远离第四驱动电机5的端部上的连接板11上均固定有铰接座81，铰接座81上开设有球铰孔811，缠绕上段螺旋结构1、缠绕下段螺旋结构3上对应的连接板11上均固定有球头82，球头82

转动连接在球铰孔811内，以形成球头万向节8。

参见图15，本发明提供的一种基于张拉整体结构的可攀爬仿生蛇形机器人攀爬竖直柱状物体，如攀爬树干100时的原理如下：

可攀爬仿生蛇形机器人的三段结构即缠绕上段螺旋结构1、中间螺旋伸缩结构2、缠绕下段螺旋结构3，在上下两段缠绕配合中间段的伸缩，完成攀爬动作，具体攀爬过程如下：

(a)-(b)表示可攀爬仿生蛇形机器人的攀爬过程，其中，(a)表示可攀爬仿生蛇形机器人在攀爬前的初始状态；(b)表示缠绕上段螺旋结构1同时驱动三根驱动索，上段抬起靠近树干100；(c)通过第一驱动机构、第三驱动机构同时驱动第一驱动索141、第三驱动索143或者通过第二驱动机构、第三驱动机构同时驱动第二驱动索142、第三驱动索143收缩，使上段螺旋结构1螺旋缠绕树干100；(d)表示在上段螺旋结构1缠绕固定时，通过第四驱动电机5、第六驱动电机7同时驱动第一驱动索141、第三驱动索143或第五驱动电机6、第六驱动电机7同时驱动第二驱动索142、第三驱动索143收缩，使中间螺旋伸缩结构2螺旋收缩带动缠绕下段螺旋结构3向上提；(e)表示中间螺旋伸缩结构2螺旋收缩把缠绕下段螺旋结构3上提以后，缠绕下段螺旋结构3缠绕固定在树干100上；(f)通过第一驱动机构、第三驱动机构同时释放第一驱动索141、第三驱动索143或者通过第二驱动机构、第三驱动机构同时释放第二驱动索142、第三驱动索143，即使得缠绕上段螺旋结构1螺旋松开；(j)表示通过第四驱动电机5、第六驱动电机7同时释放第一驱动索141、第三驱动索143或第五驱动电机6、第六驱动电机7同时释放第二驱动索142、第三驱动索143，使得中间螺旋伸缩结构2螺旋松开中间段伸长，把缠绕上段螺旋结构1松开并向上推动；(h)表示在上一步完成后缠绕上段螺旋结构1部分已经完成了向上的运动，这时缠绕上段螺旋结构1螺旋缠绕固定在树干100上；(i)表示这时在缠绕上段螺旋结构1螺旋固定下，缠绕下段螺旋结构3螺旋松开；(g)表示缠绕下段螺旋结构3螺旋收缩带动缠绕下段螺旋结构3上提；(k)表示中间螺旋伸缩结构2螺旋，缠绕下段螺旋结构3上提后，缠绕下段螺旋结构3螺旋缠绕所在高度，重复以上运动可攀爬仿生蛇形机器人便不断向上攀爬。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

(1)本发明设计的可攀爬仿生蛇形机器人对比现有的攀爬机构，由于该结构基于张拉整体结构，张拉结构本身具有质轻(张拉整体结构是由多个轻质的连接板(其由塑料PLA经3D打印加工而成)和多个弹性绳和驱动索构成的，其质量较轻)的特点，使得攀爬结构本身比传统爬树机构更加轻盈，这也决定其爬树时的稳定性，结构轻盈也便于结构更好的完成攀爬运动。

(2)本发明设计的可攀爬仿生蛇形机器人对比现有的滚动式攀爬机构，攀爬结构更加具有通用性，对于现有的滚动式的爬树方式只适用于槟榔树、椰子树等棕榈科树木这种主干形状十分规则的情况，但本发明缠绕的螺旋形状可以根据树干的形状进行适应型的缠绕贴合树干。

(3)本发明设计的可攀爬仿生蛇形机器人对比现有的夹持式攀爬机构，

对于夹持式的爬树机器人仅仅在树木的主干一侧工作，易使结构重心在同一侧，带来的问题就是设备在攀爬过程不具有稳定性，但是本发明属于仿生式的攀爬机构，以螺旋的方式缠绕在树干，这样便使其重心在树干的内部，这样的缠绕方式决定了本发明区别于夹持式攀爬机构从而具具备良好的稳定性。

(4)本发明设计的可攀爬仿生蛇形机器人对比现有的滚动式、夹持式攀爬机构，所述结构在攀爬过程中遇到树木的主干上遇到枝干的情况下，依然可以成功攀爬，但是对于夹持式攀爬机构遇到这种情况会大大降低攀爬效率，滚动式攀爬机构则无法完成对枝干的而跨越。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

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 (8)

1.一种基于张拉整体结构的可攀爬仿生蛇形机器人，其特征在于，包括：

缠绕上段螺旋结构(1)，所述缠绕上段螺旋结构(1)一端为连接端，另一端为用于驱动其做弯曲和螺旋运动的驱动端；

中间螺旋伸缩结构(2)，所述中间螺旋伸缩结构(2)一端与所述缠绕上段螺旋结构(1)的连接端铰接连接；

缠绕下段螺旋结构(3)，所述缠绕下段螺旋结构(3)一端为连接端，其该端与所述中间螺旋伸缩结构(2)另一端铰接连接，所述缠绕下段螺旋结构(3)另一端为用于驱动其做弯曲和螺旋运动的驱动端。

2.根据权利要求1所述的一种基于张拉整体结构的可攀爬仿生蛇形机器人，其特征在于，所述缠绕上段螺旋结构(1)和所述缠绕下段螺旋结构(3)的结构相同，其中所述缠绕上段螺旋结构(1)采用线性张拉整体结构(4)，其包括：

连接板(11)，所述连接板(11)为平行线性布置的多个，每个所述连接板(11)上由前向后分别开设有外预紧力孔(101)、内预紧力孔(102)、方向控制孔(103)；

外预紧力弹性绳(12)，所述外预紧力弹性绳(12)穿设在所述外预紧力孔(101)中，且所述外预紧力弹性绳(12)的两端分别固定在所述线性张拉整体结构(4)两端所述外预紧力孔(101)上；

内预紧力弹性绳(13)，所述内预紧力弹性绳(13)穿设在所述内预紧力孔(102)中，且所述内预紧力弹性绳(13)的两端分别固定在所述线性张拉整体结构(4)另一端的所述内预紧力孔(102)上；

驱动索(14)，所述驱动索(14)穿设在所述方向控制孔(103)中，且所述驱动索(14)一端固定在所述线性张拉整体结构(4)一端的所述方向控制孔(103)上，所述驱动索(14)另一端穿过所述线性张拉整体结构(4)另一端的所述方向控制孔(103)后与驱动机构连接，所述驱动机构固定在所述线性张拉整体结构(4)另一端的所述连接板(11)上，所述线性张拉整体结构(4)一端的所述连接板(11)与所述中间螺旋伸缩结构(2)的一端铰接连接。

3.根据权利要求2所述的一种基于张拉整体结构的可攀爬仿生蛇形机器人，其特征在于，所述外预紧力孔(101)包括：第一外预紧力孔(1011)、第二外预紧力孔(1012)，所述内预紧力孔(102)包括：第一内预紧力孔(1021)、第二内预紧力孔(1022)、两个第三内预紧力孔(1023)，所述方向控制孔(103)包括：第一方向控制孔(1031)、第二方向控制孔(1032)、第三方向控制孔(1033)；

所述外预紧力弹性绳(12)包括：第一外预紧力弹性绳(121)、第二外预紧力弹性绳(122)；所述内预紧力弹性绳(13)对折分成两股弹性绳(131)；所述驱动索(14)包括：第一驱动索(141)、第二驱动索(142)、第三驱动索(143)；所述驱动机构包括：第一驱动机构、第二驱动机构、第三驱动机构；

每个所述连接板(11)均包括：

半圆形板(111)，所述半圆形板(111)上间隔开设有所述第一外预紧力孔(1011)和所述第二外预紧力孔(1012)；

侧凸耳板(112)，所述侧凸耳板(112)为两个，且分别固定在所述半圆形板(111)底端面的左右两侧，其中一个所述侧凸耳板(112)上按前后方向分别开设有所述第一内预紧力孔(1021)、所述第一方向控制孔(1031)，另一个所述侧凸耳板(112)上按前后方向分别开设有所述第二内预紧力孔(1022)、所述第二方向控制孔(1032)；

中间凸耳板(113)，所述中间凸耳板(113)底端面一侧固定在所述半圆形板(111)顶端面上，且位于两个所述侧凸耳板(112)之间，所述中间凸耳板(113)上按前后方向分别开设有两个所述第三内预紧力孔(1023)和一个所述第三方向控制孔(1033)；

其中，所述第一外预紧力弹性绳(121)穿设在所述第一外预紧力孔(1011)中，所述第二外预紧力弹性绳(122)穿设在所述第二外预紧力孔(1012)中；

所述内预紧力弹性绳(13)上的对折段(132)穿过位于所述线性张拉整体结构(4)一端的两个所述第三内预紧力孔(1023)，所述内预紧力弹性绳(13)上的一侧弹性绳(131)分别穿设在相邻的所述连接板(11)上的所述第一内预紧力孔(1021)和所述第三内预紧力孔(1023)中，所述内预紧力弹性绳(13)上的另一侧弹性绳(131)分别穿设在相邻的所述连接板(11)上的所述第二内预紧力孔(1022)和第三内预紧力孔(1023)中，以使每股所述弹性绳(131)在所述线性张拉整体结构(4)内部均呈纵向S形波纹状布置；

所述第一驱动索(141)穿设在所述第一方向控制孔(1031)中，且其另一端与所述第一驱动机构连接，所述第二驱动索(142)穿设在所述第二方向控制孔(1032)中，且其另一端与所述第二驱动机构连接，所述第三驱动索(143)穿设在所述第三方向控制孔(1033)中，且其另一端与所述第三驱动机构连接。

4.根据权利要求3所述的一种基于张拉整体结构的可攀爬仿生蛇形机器人，其特征在于，所述第一内预紧力孔(1021)和所述第二内预紧力孔(1022)处于同一第一竖向平面内，两个所述第三内预紧力孔(1023)处于同一第二竖向平面，所述第一竖向平面位于所述第二竖向平面的前侧。

5.根据权利要求4所述的一种基于张拉整体结构的可攀爬仿生蛇形机器人，其特征在于，所述内预紧力弹性绳(13)在所述对折段(132)处的夹角α为170°。

6.根据权利要求5所述的一种基于张拉整体结构的可攀爬仿生蛇形机器人，其特征在于，所述中间螺旋伸缩结构(2)包括上下两个所述线性张拉整体结构(4)，两个所述线性张拉整体结构(4)之间分别固定有第四驱动电机(5)、第五驱动电机(6)、第六驱动电机(7)，所述第四驱动电机(5)的输出轴上均缠绕有两个第一驱动索(141)，所述第五驱动电机(6)的输出轴上均缠绕有两个第二驱动索(142)，所述第六驱动电机(7)的输出轴上均缠绕有两个第三驱动索(143)；两个所述线性张拉整体结构(4)远离所述第四驱动电机(5)的端部上的所述连接板(11)分别与所述缠绕上段螺旋结构(1)、所述缠绕下段螺旋结构(3)上对应的所述连接板(11)均铰接连接。

7.根据权利要求6所述的一种基于张拉整体结构的可攀爬仿生蛇形机器人，其特征在于，两个所述线性张拉整体结构(4)远离所述第四驱动电机(5)的端部上的所述连接板(11)分别与所述缠绕上段螺旋结构(1)、所述缠绕下段螺旋结构(3)上对应的所述连接板(11)均通过球头万向节(8)铰接连接。

8.根据权利要求7所述的一种基于张拉整体结构的可攀爬仿生蛇形机器人，其特征在于，两个所述线性张拉整体结构(4)远离所述第四驱动电机(5)的端部上的所述连接板(11)上均固定有铰接座(81)，所述铰接座(81)上开设有球铰孔(811)，所述缠绕上段螺旋结构(1)、所述缠绕下段螺旋结构(3)上对应的所述连接板(11)上均固定有球头(82)，所述球头(82)转动连接在所述球铰孔(811)内，以形成所述球头万向节(8)。

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