[发明专利]一种基于仿生学的钻掘装置

说明书

本发明提供了一种基于仿生学的钻掘装置，包括钻掘头部、躯干部、第一万向连接件和第一转向机构，钻掘头部与躯干部通过第一万向连接件连接，第一转向机构用于调节钻掘头部与躯干部之间的偏角。通过在钻掘头部设计扩缩驱动机构与冲击驱动机构，在所有钻头单元既绕第一轴体公转，且自身又自转来进行钻进的同时，可实现钻头单元间歇性地做扩张或收缩动作，以及做冲击动作，提高了钻掘效率，更能实现掘地推进要求。在掘进过程中，该钻掘装置整体能够完美的与洞壁配合，因此，其掘进方式不易破坏周围土地结构稳定性，从而避免了在掘进过程中发生塌方等安全隐患，提高了安全性。

技术领域

本发明涉及仿生机械技术领域，具体涉及一种基于仿生学的钻掘装置。

背景技术

随着仿生技术的不断改善，仿生机器人已经广泛应用到世界各个领域，为了提高机器人的性能，研究学者们利用传感器、微型计算机、无线控制技术对机器人进行协助操作。仿生学是研究生物的特殊结构及运动肌理，为科学技术提供新的设计理念和工作方式的一种技术科学，为未来机器人的发展与方向提供了新的思路。

美国麻省理工学院、哈佛大学和韩国首尔国立大学研究人员设计出一种模仿蠕动机制的机器人。这样一种软体机器人有多种用途，例如通过崎岖地形或钻进稠密空间等，它靠蠕动移动，通过收缩身体体节，在各种表面上爬行。

因此，通过对这类生物的外形结构、运动肌理进行仿生分析，设计出的机器人能够取替人类完成一些恶劣环境下无法完成的工作任务。基于这类运动机理设计的机器人对于掘地打洞探索地底深处、探索搜救危险区域、水下探险、土壤检测收集等具有重要的意义。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于仿生学的钻掘装置，以提高钻掘效率，实现推进要求。

为了实现上述目的，本发明提供一种基于仿生学的钻掘装置，包括钻掘头部、躯干部、第一万向连接件和第一转向机构，所述钻掘头部与所述躯干部通过所述第一万向连接件连接，所述第一转向机构用于调节所述钻掘头部与所述躯干部之间的偏角；

所述钻掘头部包括：头部支座，其具有呈空心结构的中心轴体，所述中心轴体同轴布置在所述头部支座背离所述躯干部的一侧；第一轴体，其转动套设在所述中心轴体外；头部旋转驱动机构，其用于驱动所述第一轴体旋转；第二轴体，其套设在所述第一轴体外，所述第二轴体与所述第一轴体之间可相对滑动且无相对转动；第三轴体，其套设在所述第二轴体外，所述第三轴体与所述第二轴体之间可相对滑动且无相对转动；多个钻头单元，分别与所述第二轴体和所述第三轴体铰接，多个所述钻头单元沿所述中心轴体的轴线呈环形阵列布置；钻头驱动机构，其用于同步驱动所有所述钻头单元旋转；扩缩驱动机构，其用于同步驱动所有所述钻头单元间歇性做扩张或收缩动作；冲击驱动机构，其用于驱动所述第二轴体沿其轴向做往复冲击运动；头部外壳，其转动套设在所述头部支座和所述第三轴体外；以及第一外壳旋转驱动机构，其用于驱动所述头部外壳旋转，以使所述头部外壳与所述第一轴体的旋转方向相反。

优选地，所述第一轴体的周向外壁设置有多个第一止转凸起，所述第一轴体远所述头部支座的一端设置有第一环形凸台，所述第二轴体位于所述第一环形凸台与所述头部支座之间，所述第一轴体近所述头部支座的一端设置有第一延伸部；

所述冲击驱动机构包括：第一冲击端面凸轮，其转动套设在所述第一延伸部外；第二冲击端面凸轮，其套设在所述第一轴体外并位于所述第二轴体背离所述第一环形凸台的一侧，所述第二冲击端面凸轮的内壁设置有与所述第一止转凸起相配合第一止转滑槽，所述第二冲击端面凸轮的凸轮面与所述第一冲击端面凸轮的凸轮面相对设置；第一复位弹簧，其套设在所述第一轴体外，所述第一复位弹簧分别连接所述第二冲击端面凸轮与所述第二轴体；第二复位弹簧，其套设在所述第一轴体外，所述第二复位弹簧分别连接所述第二轴体与所述第一环形凸台；冲击从动齿轮，其固定套设在所述第一冲击端面凸轮外；以及冲击驱动电机，其安装在所述头部支座上，所述冲击驱动电机的输出轴设置有与所述冲击从动齿轮相啮合的冲击驱动齿轮。