[发明专利]模块化网状蠕虫机器人

说明书

本发明公开一种模块化网状蠕虫机器人，属于仿生机器人技术领域，由多个身部模块串联形成，单个身部模块由若干3D打印的转动关节、V型轴承、电表螺栓及螺母构成的结点组成，各个结点之间由聚碳酸酯棒或尼龙管链接，形成圆柱体网状结构，整机由各段网状结构级联组成。各结点上的轴承以及电表螺栓用于缠绕氟碳线，在各段网状结构上有固定点安置电机，电机通过方形法兰盘、绕线轮，支架与固定点相连。电机作为作动器缠绕绳索，使得各段在绳索驱动下实现收缩和舒张运动，每个绕线轮缠绕有4根绳索，利用正反转分别驱动其中两根，使得控制收缩和舒张两种运动状态。在整机末端有控制器，控制器控制各个电机产生节律性运动，可实现机器人的蠕虫式前行后退运动。

技术领域

本发明设计属于仿生机器人技术领域，提供一种以蠕动方式运动的机器人，具体来说，是一种模块化网状蠕虫机器人。

背景技术

仿生学是一门模仿生物的特殊本领，利用生物的结构和功能原理来研制机械或各种新技术的科学技术。现代机器人运动方式一般分为轮式，腿式，仿生类机器人。仿生类机器人仿照生物的运动结构原理，实现特殊的功能，对于人们的生产起一定指导作用。蠕虫作为一种地面生物，具有柔性，适应能力强的特点。相比轮式，腿式机器人，虫式机器人更能适应狭小，曲折的环境，适合进行特种作业；传统的虫形机器人，大多数是舵机级联的尺蠖式机器人，身体缺乏柔性，对于蠕虫的蠕动运动方式较少；平行四边形结构具有两个正交方向的变形能力，变形而产生的形变与蠕虫身体在流体静力学上相似，通过构造空间的平行四边形网状结构，可以实现模仿蠕虫的身体结构。

发明内容

针对现有的研究情况，本发明提出一种利用空间网状结构的模块化的蠕虫机器人，以其特殊设计的结构，利用聚碳酸酯棒和尼龙管等棒状物体作为主要骨架，依靠聚碳酸酯棒和尼龙管的挠性变形，构造出具有柔性形变能力又有一定刚性的蠕虫结构，利用线驱动，实现蚯蚓等身部模块动物的身部模块扩大缩小的形态仿生。

本发明模块化网状蠕虫机器人，由身部模块串联构成，每个身部模块为由18个节点组成6个环节，18个节点包括12个A型节点、5个B型节点与1个C型节点以及一套绳驱动设备。

所述A型节点、B型节点与C型节点均具有两个十字交叉设置的转动关节，形成定轴旋转的平面副。转动关节的两端安装有接头；A型节点中还具有一个与转动关节同轴安装的V型轴承，用于绕线。B型节点还具有一个轴线垂直转动关节转轴的穿绳通道，用于穿线。C型节点中还具有一个电机支架。

上述18个节点分三层布置，其中，第一层与第三层周向均布有6个A型节点，且周向位置相对。第二层周向均布6个节点，分别为1个C型节点与5个B型节点。第二层6个节点与第一层和第三层的6个A型节点间交错布置。相邻两层节点的转动关节端部接头间通过连接杆相连，使周向上形成6个平行四边形环节。

绳驱动设备包括绕线轮、驱动电机、纵向控制绕线与周向控制绕线。其中，绕线轮具有上下两层绕线位置；安装于C型节点上，与C型节点的转动关节同轴设置。驱动电机采用带编码器的直流减速电机，蜗轮蜗杆减速传动，安装于C型节点的电机支架上；所述纵向控制绕线与周向控制绕线均为两条，分别在绕线轮的下层与上层缠绕。纵向控制绕线连接了身部模块周向各个环节的纵向对角线，形成N字型的穿线方式。周向控制绕线连接了身部模块周向各个环节的横向对角线，形成一字型绕线方式。

本发明模块化网状蠕虫机器人，至少由3个身部模块间同轴，相互连接形成；相邻两身部模块周向交错设置，将前一身部模块第三层与后一身部模块第一层通过连接杆相连，使相邻两身部模块间同样形成6个平行四边形。