專利名稱：可適應(yīng)崎嶇路面爬行的仿蜘蛛機(jī)器人的軀干裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種仿生爬行機(jī)構(gòu)的可變形軀干裝置，更具體地說(shuō)是由基體和4個(gè)并聯(lián)平臺(tái)組成，可利用氣壓缸、從動(dòng)活塞桿、連通器和四連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行主動(dòng)和被動(dòng)機(jī)構(gòu)變形， 適應(yīng)崎嶇路面爬行的仿蜘蛛機(jī)器人軀干裝置。
背景技術(shù)：
仿蜘蛛機(jī)器人可應(yīng)用與各種危險(xiǎn)環(huán)境，開(kāi)展偵查、測(cè)量、搶險(xiǎn)救災(zāi)以及清洗、噴漆等作業(yè)，代替人類完成多種復(fù)雜、危險(xiǎn)環(huán)境下的作業(yè)。目前多數(shù)的仿蜘蛛機(jī)器人研究都是針對(duì)平面內(nèi)的爬行，而實(shí)際應(yīng)用中經(jīng)常會(huì)要求機(jī)器人在崎嶇路面上爬行，如野外環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)機(jī)器人。仿蜘蛛機(jī)器人較傳統(tǒng)的輪式機(jī)器人有更好的移動(dòng)性，采用類生物的爬行機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，具有較好的路況適應(yīng)能力。當(dāng)面對(duì)崎嶇不平的路面時(shí)，仿蜘蛛機(jī)器人需通過(guò)多條腿的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)才能適應(yīng)路面。腿是和軀干連接在一起的。針對(duì)連續(xù)變化的曲面，軀干的變形很重要。蜘蛛腿的移動(dòng)隨軀干的變形而動(dòng)，而已有的仿蜘蛛機(jī)器人身體是剛體，不可變形。一般的仿蜘蛛機(jī)器人的軀干機(jī)構(gòu)形態(tài)基本不可變，對(duì)路面的自動(dòng)適應(yīng)能力比較差，只適合在平坦的道路上完成行走，在傾斜或復(fù)雜變化的曲面路況上行走，機(jī)構(gòu)容易傾斜或側(cè)翻。 剛性軀體是導(dǎo)致步態(tài)曲面自適應(yīng)能力弱的重要原因。雖然有些學(xué)者意識(shí)到此問(wèn)題，給軀干添加了一個(gè)自由度，但距離生物軀體的變形相差甚遠(yuǎn)，不能成功模擬蜘蛛的柔性運(yùn)動(dòng)。若能設(shè)計(jì)出一種軀干，軀干的機(jī)構(gòu)形態(tài)可變形，即可根據(jù)路面曲率變化而調(diào)節(jié)軀干的機(jī)構(gòu)形態(tài)， 引起安裝在軀干上的多條機(jī)械腿髖關(guān)節(jié)之間相對(duì)位置和姿態(tài)的變化，從而就可帶動(dòng)機(jī)械腿來(lái)根據(jù)地勢(shì)變化而自動(dòng)調(diào)節(jié)。這種結(jié)構(gòu)將能增強(qiáng)機(jī)器人對(duì)崎嶇路面的適應(yīng)能力，提高機(jī)構(gòu)工作性能和仿生性能。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，設(shè)計(jì)了一種機(jī)械腿髖關(guān)節(jié)安裝平臺(tái)可以隨路面情況調(diào)節(jié)變形的仿蜘蛛機(jī)器人軀干裝置。
本發(fā)明解決技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案為本發(fā)明包括基體和四個(gè)并聯(lián)平臺(tái)，并聯(lián)平臺(tái)對(duì)稱設(shè)置在長(zhǎng)方形的基體底面的角上，所述的并聯(lián)平臺(tái)呈三角狀，其第一頂點(diǎn)上設(shè)置有第一球鉸，第一球鉸固定在基體底面，第二頂點(diǎn)上設(shè)置有第二球鉸，第二球鉸通過(guò)伸縮制動(dòng)器與第三球鉸連接，所述的第三球鉸固定在基體底面，第三頂點(diǎn)上設(shè)置有第四球鉸，第四球鉸通過(guò)另一個(gè)伸縮制動(dòng)器與第五球鉸連接， 所述的第五球鉸固定在基體底面；所述的第二球鉸與第四球鉸之間的并聯(lián)平臺(tái)上設(shè)置有兩個(gè)髖關(guān)節(jié)基座，每個(gè)髖關(guān)節(jié)基座對(duì)應(yīng)設(shè)置有一條機(jī)械腿。
所述的第二球鉸通過(guò)伸縮制動(dòng)器與第三球鉸具體連接方式為伸縮制動(dòng)器的上端是主動(dòng)活塞桿，主動(dòng)活塞桿上端與第三球鉸連接，主動(dòng)活塞桿下端插入氣壓缸，氣壓缸上下兩腔分別通過(guò)氣管與接有高壓氣源的電磁閥連接，接有高壓氣源的電磁閥可調(diào)節(jié)主動(dòng)活塞桿的運(yùn)動(dòng)；氣壓缸的下端軸向方向固定連接有被動(dòng)活塞桿，被動(dòng)活塞桿的下端插入連通器的小截面端，連通器的大截面端內(nèi)安裝有從動(dòng)活塞桿，連通器中被動(dòng)活塞桿活塞和從動(dòng)活塞桿活塞之間的密封腔體中裝有油液；從動(dòng)活塞桿上端與杠桿的短力臂端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈連接；杠桿的支撐桿固定連接在連通器大截面端外側(cè)；杠桿的長(zhǎng)力臂端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈與承壓連桿的上端連接；承壓連桿上套有導(dǎo)向滑套，導(dǎo)向滑套通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈、導(dǎo)向桿與連通器大截面端下端連接；承壓連桿的下端通過(guò)第二球鉸與并聯(lián)平臺(tái)連接；承壓連桿將承受的重力通過(guò)杠桿放大傳遞到從動(dòng)活塞桿，從動(dòng)活塞桿的移動(dòng)通過(guò)連通器引起被動(dòng)活塞桿的伸長(zhǎng)，從而可被動(dòng)的調(diào)節(jié)被動(dòng)活塞桿的運(yùn)動(dòng)。
更進(jìn)一步說(shuō)，連通器的小截面端與大截面端面積之比要大于杠桿的短力臂與長(zhǎng)力臂長(zhǎng)度之比。
本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術(shù)具有以下有益效果I.在基體下面安裝有4個(gè)并聯(lián)平臺(tái)，通過(guò)伸縮制動(dòng)器的動(dòng)作可使得4個(gè)并聯(lián)平臺(tái)改變位姿，從而改變軀干的形態(tài)，并引起8條機(jī)械腿髖關(guān)節(jié)的位置變化，從而具有對(duì)崎嶇路面行走的適應(yīng)能力。
2.當(dāng)機(jī)器人行走到傾斜或崎嶇的路面上時(shí)，對(duì)于離地機(jī)械腿，可通過(guò)氣壓缸來(lái)主動(dòng)調(diào)節(jié)主動(dòng)活塞桿的伸長(zhǎng)和縮短運(yùn)動(dòng)，從而調(diào)節(jié)離地機(jī)械腿并聯(lián)平臺(tái)的位姿，引起整條離地機(jī)械腿的運(yùn)動(dòng)，來(lái)主動(dòng)適應(yīng)下一步的崎嶇路面行走；而不是通過(guò)復(fù)雜的離地機(jī)械腿多連桿之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來(lái)適應(yīng)曲面；從而簡(jiǎn)化了機(jī)械腿崎嶇路面適應(yīng)動(dòng)作。 3.當(dāng)機(jī)器人行走到傾斜路面上時(shí)，位于斜面下端的支撐機(jī)械腿傳遞給承壓連桿的壓力變大，承壓連桿上移，通過(guò)杠桿，從動(dòng)活塞桿下移，且下移距離小于承壓桿上移的距離(杠桿原理)，通過(guò)連通器，被動(dòng)活塞桿上移，且上移距離大于從動(dòng)活塞桿下移的距離(連通器原理)，使得伸縮制動(dòng)器總長(zhǎng)變長(zhǎng)，基體上移，利于基體在斜面上保持水平位姿，從而來(lái)被動(dòng)適應(yīng)路面斜率變化。 當(dāng)支撐機(jī)械腿離地后，伸縮制動(dòng)器又會(huì)恢復(fù)到無(wú)承壓時(shí)的長(zhǎng)度。斜面的被動(dòng)適應(yīng)動(dòng)作快，無(wú)功耗。
圖I為本發(fā)明的仰視圖；圖2為本發(fā)明的伸縮制動(dòng)器的詳細(xì)圖；I :基體；2 :球絞3 :機(jī)械腿；4 :右上并聯(lián)平臺(tái)；5 :伸縮制動(dòng)器；6 :右下并聯(lián)平臺(tái)；7 :左下并聯(lián)平臺(tái)；8 :左上并聯(lián)平臺(tái)；9 :髖關(guān)節(jié)基座；501 :主動(dòng)活塞桿；502 :氣壓缸；503 :被動(dòng)活塞桿；504 :轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈；505 :杠桿；506 :支撐桿；507 :承壓連桿；508 :導(dǎo)向滑套；509 :導(dǎo)向桿；510 :連通器；511 :從動(dòng)活塞桿；512 :接有高壓氣源的電磁閥；513 :氣管。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
如圖I和圖2所示，本發(fā)明包括基體I、右上并聯(lián)平臺(tái)4、右下并聯(lián)平臺(tái)6、左下并聯(lián)平臺(tái)7、左上并聯(lián)平臺(tái)8、伸縮制動(dòng)器5、球鉸2、髖關(guān)節(jié)基座9、主動(dòng)活塞桿501、氣壓缸502、 被動(dòng)活塞桿503、杠桿505、連通器510、接有高壓氣源的電磁閥512等。
基體I呈長(zhǎng)方形，在基體的四個(gè)角的下端面上安裝有十二個(gè)球鉸2，構(gòu)成四個(gè)并聯(lián)平臺(tái)，其中兩個(gè)球鉸2 (第二球鉸和第四球鉸)靠近基體I底面邊線上，另一個(gè)球鉸2 (第一球鉸)在基體I底面中間位置；基體邊線上的球鉸2 (第三球鉸和第五球鉸)與伸縮制動(dòng)器 5的上端連接；伸縮制動(dòng)器5的下端通過(guò)球鉸2分別與形狀為三角形的右上并聯(lián)平臺(tái)4、右下并聯(lián)平臺(tái)6、左下并聯(lián)平臺(tái)7、左上并聯(lián)平臺(tái)8的外側(cè)邊上的兩個(gè)頂點(diǎn)連接；右上并聯(lián)平臺(tái)4、右下并聯(lián)平臺(tái)6、左下并聯(lián)平臺(tái)7、左上并聯(lián)平臺(tái)8的內(nèi)側(cè)頂點(diǎn)通過(guò)球鉸2與基體連接 I ;在右上并聯(lián)平臺(tái)4、右下并聯(lián)平臺(tái)6、左下并聯(lián)平臺(tái)7、左上并聯(lián)平臺(tái)8的外側(cè)邊上的每個(gè)頂點(diǎn)位置附近安裝有髖關(guān)節(jié)基座9，髖關(guān)節(jié)基座9上安裝有機(jī)械腿3 ;伸縮制動(dòng)器5的上端是主動(dòng)活塞桿501，主動(dòng)活塞桿501下端插入氣壓缸502，氣壓缸502上下兩腔分別通過(guò)氣管513與接有高壓氣源的電磁閥512連接，接有高壓氣源的電磁閥512可調(diào)節(jié)主動(dòng)活塞桿 501的運(yùn)動(dòng)；氣壓缸502的下端軸向方向固定連接有被動(dòng)活塞桿503，被動(dòng)活塞桿503的下端插入連通器510的小截面端，連通器510的大截面端內(nèi)安裝有從動(dòng)活塞桿511 ;從動(dòng)活塞桿511上端與杠桿505的短力臂端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈504連接；杠桿505的支撐桿506固定連接在連通器510大截面端外側(cè)；杠桿505的長(zhǎng)力臂端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈504與承壓連桿507的上端連接；承壓連桿507上套有導(dǎo)向滑套508，導(dǎo)向滑套508通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈504和導(dǎo)向桿509 與連通器510大截面端下端連接；承壓連桿507的下端通過(guò)球鉸2與并聯(lián)平臺(tái)4、6、7、8連接。
機(jī)構(gòu)能夠更好的適應(yīng)不同的地面情況表現(xiàn)在當(dāng)機(jī)器人行走到傾斜或崎嶇的路面上，對(duì)于離地機(jī)械腿，可通過(guò)氣壓缸502來(lái)主動(dòng)調(diào)節(jié)主動(dòng)活塞桿501的伸長(zhǎng)和縮短運(yùn)動(dòng)來(lái)適應(yīng)路面；位于斜面下端的支撐腳傳遞給承壓連桿507的壓力變大，承壓連桿507上移，通過(guò)杠桿505和連通器510的作用，被動(dòng)活塞桿503上移，且距離大于承壓連桿507的上移距離， 從而基體上移，使得腳伸長(zhǎng)，利于基體在斜面上保持水平位姿，更好適應(yīng)斜面。另外連通器的小截面端與大截面端面積之比要大于杠桿的短力臂與長(zhǎng)力臂長(zhǎng)度之比。
權(quán)利要求
1.可適應(yīng)崎嶇路面爬行的仿蜘蛛機(jī)器人的軀干裝置，包括基體和四個(gè)并聯(lián)平臺(tái)，其特征在于并聯(lián)平臺(tái)對(duì)稱設(shè)置在長(zhǎng)方形的基體底面的角上，所述的并聯(lián)平臺(tái)呈三角狀，其第一頂點(diǎn)上設(shè)置有第一球鉸，第一球鉸固定在基體底面，第二頂點(diǎn)上設(shè)置有第二球鉸，第二球鉸通過(guò)伸縮制動(dòng)器與第三球鉸連接，所述的第三球鉸固定在基體底面，第三頂點(diǎn)上設(shè)置有第四球鉸，第四球鉸通過(guò)另一個(gè)伸縮制動(dòng)器與第五球鉸連接，所述的第五球鉸固定在基體底面；所述的第二球鉸與第四球鉸之間的并聯(lián)平臺(tái)上設(shè)置有兩個(gè)髖關(guān)節(jié)基座，每個(gè)髖關(guān)節(jié)基座對(duì)應(yīng)設(shè)置有一條機(jī)械腿； 所述的第二球鉸通過(guò)伸縮制動(dòng)器與第三球鉸具體連接方式為伸縮制動(dòng)器的上端是主動(dòng)活塞桿，主動(dòng)活塞桿上端與第三球鉸連接，主動(dòng)活塞桿下端插入氣壓缸，氣壓缸上下兩腔分別通過(guò)氣管與接有高壓氣源的電磁閥連接，接有高壓氣源的電磁閥可調(diào)節(jié)主動(dòng)活塞桿的運(yùn)動(dòng)；氣壓缸的下端軸向方向固定連接有被動(dòng)活塞桿，被動(dòng)活塞桿的下端插入連通器的小截面端，連通器的大截面端內(nèi)安裝有從動(dòng)活塞桿，連通器中被動(dòng)活塞桿活塞和從動(dòng)活塞桿活塞之間的密封腔體中裝有油液；從動(dòng)活塞桿上端與杠桿的短力臂端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈連接；杠桿的支撐桿固定連接在連通器大截面端外側(cè)；杠桿的長(zhǎng)力臂端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈與承壓連桿的上端連接；承壓連桿上套有導(dǎo)向滑套，導(dǎo)向滑套通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈、導(dǎo)向桿與連通器大截面端下端連接；承壓連桿的下端通過(guò)第二球鉸與并聯(lián)平臺(tái)連接；承壓連桿將承受的重力通過(guò)杠桿放大傳遞到從動(dòng)活塞桿，從動(dòng)活塞桿的移動(dòng)通過(guò)連通器引起被動(dòng)活塞桿的伸長(zhǎng)，從而可被動(dòng)的調(diào)節(jié)被動(dòng)活塞桿的運(yùn)動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的可適應(yīng)崎嶇路面爬行的仿蜘蛛機(jī)器人的軀干裝置，其特征在于所述連通器的小截面端與大截面端面積之比要大于杠桿的短力臂與長(zhǎng)力臂長(zhǎng)度之比。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種可適應(yīng)崎嶇路面爬行的仿蜘蛛機(jī)器人的軀干裝置。目前的仿蜘蛛機(jī)器人針對(duì)平面內(nèi)的爬行。本發(fā)明中的并聯(lián)平臺(tái)對(duì)稱設(shè)置在長(zhǎng)方形的基體底面的角上，并聯(lián)平臺(tái)呈三角狀，其第一頂點(diǎn)上設(shè)置有第一球鉸，第一球鉸固定在基體底面，第二頂點(diǎn)上設(shè)置有第二球鉸，第二球鉸通過(guò)伸縮制動(dòng)器與第三球鉸連接，第三球鉸固定在基體底面，第三頂點(diǎn)上設(shè)置有第四球鉸，第四球鉸通過(guò)另一個(gè)伸縮制動(dòng)器與第五球鉸連接，第五球鉸固定在基體底面；第二球鉸與第四球鉸之間的并聯(lián)平臺(tái)上設(shè)置有兩個(gè)髖關(guān)節(jié)基座，每個(gè)髖關(guān)節(jié)基座對(duì)應(yīng)設(shè)置有一條機(jī)械腿。本發(fā)明通過(guò)伸縮制動(dòng)器的動(dòng)作可使得四個(gè)并聯(lián)平臺(tái)改變位姿，從而具有對(duì)崎嶇路面行走的適應(yīng)能力。
文檔編號(hào)B62D57/032GK102923207SQ20121045314
公開(kāi)日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月13日
發(fā)明者王斌銳, 李青, 金英連, 金海龍, 嚴(yán)天宏 申請(qǐng)人:中國(guó)計(jì)量學(xué)院