[发明专利]一种含弹性储能与释能装置的仿生多体节机构

说明书

本发明涉及一种含弹性储能与释能装置的仿生多体节机构，特别涉及一种能对弹性应变能进行储存和瞬间释放的机构装置，可实现多体节复合型微型机器人的摆动运动和快速弹跳，属于机器人领域。本发明的装置由若干体节单元部件及控制绳索装配组成；所述体节单元部件包括：体节单元外壳、弹性组件和体节间连接器；该装置为多体节复合型微型机器人，能够实现躯干式储能跳跃，进而快速越障；且结构简单、易于控制、成本低廉，多体节复合型机器人可由若干体节单元部件装配组成。

技术领域

本发明涉及一种含弹性储能与释能装置的仿生多体节机构，特别涉及一种能对弹性应变能进行储存和瞬间释放的机构装置，可实现多体节复合型微型机器人的摆动运动和快速弹跳，属于机器人领域。

背景技术

微型运动机器人具有几何尺寸小、隐蔽性高等优点，可在不被察觉的状态下进入人类无法达到的环境中进行工作，在军事侦查、抢险救灾、资源探查、外星球探索等领域具有广阔的应用前景。目前，微型机器人主要通过轮式、履带式、多足式和蠕动式等方式实现运动。与传统两足、轮式或者履带式机器人相比，仿蛇形机器人(多体节复合型机器人的典型代表)具有多自由度、高冗余的特点，使得其能够像自然界蛇那样进行无肢运动，表现出优异的机动能力和环境适应能力。

国外，日本东京工业大学研制了一种20个关节相连的蛇形机器人，通过伺服机构驱动关节左右摆动；德国计算科学国家研究中心研制了包含头部、躯干、尾关节在内的仿蛇形机器人，每个关节上设计有轮子来实现运动；美国国家航空宇航局研制了由多个相互垂直的关节模块装配而成的仿蛇形机器人，能实现蜿蜒运动、行波运动、侧向运动和翻滚运动。国内，中国科学院沈阳自动化研究所研制了一种由10个单关节结构组成的仿蛇形机器人，头尾处设计有电机驱动器及电池，通过手动重构单关节结构间连接方式，进而实现仿蛇形机器人的蜿蜒运动、直线运动和伸缩运动；哈尔滨工业大学设计了正交相连的仿生蛇关节结构，在各关节处安装有电机，实现蜿蜒运动、蠕动、抬头、翻滚和侧向运动；北京理工大学设计了仿蛇形机器人中的十字型万向节关节连接结构，通过关节处的齿轮系及电机驱动，实现直线、转弯及侧移等运动。

尽管如此，上述仿蛇形机器人所具有的运动功能，仍然难以使其有效跨越大沟壑和高障碍等复杂地形。在自然界中，动物们常常采用跳跃的方式来跨越沟壑和障碍。其中，小型节肢动物所具有的储能式弹跳表现出非常优异的运动特性，可以实现数十倍于自身尺寸的跳跃高度和距离，使其在复杂地形上也能进行有效移动。目前，还未报道有能实现储能式弹跳功能的多体节复合型微型运动机器人(如仿蛇形机器人)。在对跳钩虾科动物(Amphipoda:Talitridae)储能式弹跳机理的研究基础上，本发明设计了一种含弹性储能与释能装置的仿生多体节机构，可使多体节型机器人构型同时具备左右摆动功能、上下摆动功能和躯干式储能跳跃功能。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术无法使多体节复合型机器人实现快速越障的问题，提供一种含弹性储能与释能装置的仿生多体节机构。该装置为多体节复合型微型机器人，能够实现躯干式储能跳跃，进而快速越障；且结构简单、易于控制、成本低廉，多体节复合型机器人可由若干体节单元部件装配组成。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

一种含弹性储能与释能装置的多体节机构，由若干体节单元部件及控制绳索装配组成；所述体节单元部件包括：体节单元外壳、弹性组件和体节间连接器；

所述体节单元外壳为截面逐渐变大的中空结构；大截面端上、下侧壁上开有通孔，沿小截面端的左、右侧壁向外设置带通孔的凸台，用于固定安装体节间连接器；沿小截面端的上、下侧壁向内开设凹槽，用于实现对屈伸动作的限位；小截面端上侧壁固定安装有两个弹性组件，下侧壁开设通孔，用于固定控制绳索；第一节体节单元外壳通过体节间连接器连接到第二节体节单元外壳，并通过控制绳索控制两体节单元间的相对运动，进而实现多体节机构的左右摆动、上下摆动和躯干式储能跳跃，实现基本运动和快速越障的目的。

体节单元外壳为截面逐渐变大的方形筒状结构。