仿生蚯蚓机器人及其行进方法技术

本发明专利技术公开了仿生蚯蚓机器人及其行进方法，该机器人包括转向机构、动力机构和连接装置；动力机构包括动力连接板、套筒、导向轴、弹簧一、施力爪、中间连接片二、中间连接片一、舵机二和舵机盘；最靠近转向机构的动力机构中，正对转向机构的那块动力连接板由转向机构驱动；每相邻两个动力机构正对的两块动力连接板通过一个连接装置连接；动力机构通过模仿蚯蚓的体节结构，可完成径向与轴向上的伸缩配合联动，并依靠与管道内壁的静摩擦力完成前进。本发明专利技术实现在管道内的自动直线爬行、管道内的转弯以及多通道的前进方向选择，可完成管道巡线检测或铺设管线等功能。检测或铺设管线等功能。检测或铺设管线等功能。

【技术实现步骤摘要】
仿生蚯蚓机器人及其行进方法


[0001]本专利技术属于仿生机器人
，具体涉及一种仿生蚯蚓机器人及其行进方法。

技术介绍

[0002]城市地下管道，是城市的命脉与经络，国家以及当地政府会花费大量的人力、物力在地下管道建设上，尤其在如今信息高速发展的时代，电力与光缆等更是如同社会的神经一般连接着各个部分，但是假如一些电缆发生损坏，经常需要破坏某一区域的地表来进行更换，会对居民的生活出行产生较大影响。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是针对现有技术的不足，提供一种仿生蚯蚓机器人及其行进方法。
[0004]本专利技术仿生蚯蚓机器人，包括转向机构、动力机构和连接装置；所述的转向机构包括转向头前壳体、转向头后壳体、舵机一和探测模块；所述舵机一的输出轴与舵机长支架通过连接盘固定连接；舵机一的座体固定在舵机短支架上；舵机短支架固定在C型连接板上；所述的舵机长支架与转向头后壳体固定，转向头后壳体与转向头前壳体可拆卸连接；所述的探测模块固定在转向头前壳体前部。
[0005]所述的动力机构包括动力连接板、套筒、导向轴、弹簧一、施力爪、中间连接片二、中间连接片一、舵机二和舵机盘；所述的中间连接片一和中间连接片二间距布置，且通过n根连接轴固定连接，n≥3；舵机盘和沿以舵机盘中心为圆心的圆周周向均布的n个施力爪均位于中间连接片一和中间连接片二之间；舵机盘的中心轴线、中间连接片一的中心轴线以及中间连接片二的中心轴线重合；舵机盘与舵机二的输出轴固定；舵机二的座体固定在中间连接片一上；每个施力爪的一端与一根连接轴构成旋转副；n个施力爪的中部与舵机盘的n个凸指分别构成凸轮副；中间连接片一和中间连接片二未与连接轴连接的侧面均固定有m根导向轴，m≥2；所述的动力连接板设有两个，动力连接板上固定有m根套筒；其中一块动力连接板上的m根套筒与中间连接片一上的m根导向轴分别构成移动副，另一块动力连接板上的m根套筒与中间连接片二上的m根导向轴分别构成移动副；每一组套筒和导向轴上套有一根弹簧一；每个施力爪的另一端与两块动力连接板均通过钢丝线连接；动力连接板的中心轴线与舵机盘的中心轴线重合。
[0006]所述的动力机构设有k个，k≥2；最靠近转向机构的动力机构中，正对转向机构的那块动力连接板与转向机构的C型连接板固定；每相邻两个动力机构正对的两块动力连接板通过一个连接装置连接；所述的连接装置由弹簧固定件和弹簧二组成，弹簧二两端与两个弹簧固定件分别固定，两个弹簧固定件与两个动力机构的两块动力连接板分别固定，且弹簧固定件的中心轴线与动力连接板的中心轴线重合。
[0007]优选地，所述的探测模块采用超声波模块或工业相机。
[0008]优选地，所述的中间连接片一和中间连接片二均采用亚克力材料，间距为8mm。
[0009]优选地，所述舵机二的座体在中间连接片一上的固定方式为；舵机二置于四个舵
机支架一之间；每个舵机支架一的一端与中间连接片一固定，另一端的螺纹段穿过舵机支架二对应的一个通孔，并与螺母连接；所述的舵机支架二压紧舵机二的座体；舵机支架二的两端均固定有舵机支架三，舵机支架三对舵机二的座体侧部进行限位。
[0010]该仿生蚯蚓机器人的行进方法，具体如下：
[0011]转向机构的探测模块将检测到的信号反馈至控制器，控制器判别是在管道内直线段时，转向机构的舵机一不启动，各动力机构从最靠近转向机构的第一节至最后一节按预设时间间隔先后且循环地开始执行扩径及轴向收缩运动，每个动力机构完成扩径及轴向收缩运动后停留预设时间便执行缩径及轴向伸长运动，保证各动力机构依次逐个压紧管道内壁，实现各动力机构和连接装置直线爬行；控制器判别是在管道内遇到单通道拐角时，控制器控制转向机构的舵机一转动，使转向机构转向并穿过单通道拐角，各动力机构从最靠近转向机构的第一节至最后一节按预设时间间隔先后且循环地开始执行扩径及轴向收缩运动，每个动力机构完成扩径及轴向收缩运动后停留预设时间便执行缩径及轴向伸长运动，保证各动力机构依次逐个压紧管道内壁，使各动力机构和连接装置依次穿过单通道拐角；控制器判别是在管道内遇到多通道路口时，将信号发送至上位机，提示操作者选择前进方向，操作者发出指令后，舵机一使转向机构转向选定的前进方向，各动力机构从最靠近转向机构的第一节至最后一节按预设时间间隔先后且循环地开始执行扩径及轴向收缩运动，每个动力机构完成扩径及轴向收缩运动后停留预设时间便执行缩径及轴向伸长运动，保证各动力机构依次逐个压紧管道内壁，使各动力机构和连接装置依次沿选定的前进方向运动。
[0012]其中，动力机构执行扩径及轴向收缩运动的过程具体如下：
[0013]舵机二驱动舵机盘正转，带动各施力爪向外摆动压紧管道内壁，各施力爪再通过钢丝线拉动两块动力连接板沿着导向轴与套筒形成的滑动副移动并相互靠拢，同时各弹簧一被压缩。
[0014]其中，动力机构执行缩径及轴向伸长运动的过程具体如下：
[0015]舵机二驱动舵机盘反转，带动各施力爪向内摆动，不再压紧管道内壁，同时两块动力连接板在各弹簧一的弹力作用下相互分离。
[0016]优选地，动力机构执行扩径及轴向收缩运动时，动力机构的舵机盘正转α角度，α在30～50
°
之间取值，动力机构执行缩径及轴向伸长运动时，动力机构的舵机盘反转α角度。
[0017]优选地，相邻两个动力机构先后开始执行扩径及轴向收缩运动的预设时间间隔设计为舵机盘转动β角度所需的时间，β在10～15
°
之间取值；动力机构完成扩径及轴向收缩运动后停留的预设时间设计为小于舵机盘转动β角度所需的时间。
[0018]本专利技术具有的有益效果是：
[0019]本专利技术的转向机构通过探测模块检测信号并将信号反馈至控制器，控制器判别是在管道内直线爬行、遇到单通道拐角或是遇到多通道路口，并在遇到单通道拐角时通过舵机一摆动一个角度顺利通过单通道拐角，遇到多通道路口时将信号发送至上位机，由操作者选择前进方向，通过舵机一摆动一个角度进入所选择的通道；动力机构通过模仿蚯蚓的体节结构，可完成径向与轴向上的伸缩配合联动，并依靠与管道内壁的静摩擦力完成前进；而连接装置给转向时提供了便利。因此，本专利技术能够实现在管道内的自动直线爬行、管道内的转弯以及多通道的前进方向选择，可完成管道巡线检测或铺设管线等功能，具有广阔的应用前景。
附图说明
[0020]图1为本专利技术的整体结构立体图；
[0021]图2为本专利技术中转向机构的结构立体图；
[0022]图3为本专利技术中连接装置的结构立体图；
[0023]图4为本专利技术中动力机构的一个结构立体图；
[0024]图5为本专利技术中动力机构的另一个结构立体图；
[0025]图6为本专利技术中舵机盘与施力爪的装配关系示意图。
具体实施方式
[0026]下面结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明。
[0027]如图1所示，仿生蚯蚓机器人，包括转向机构1、动力机构3和连接装置2；如图2所示，转向机构1包括转向头本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.仿生蚯蚓机器人，包括转向机构、动力机构和连接装置，其特征在于：所述的转向机构包括转向头前壳体、转向头后壳体、舵机一和探测模块；所述舵机一的输出轴与舵机长支架通过连接盘固定连接；舵机一的座体固定在舵机短支架上；舵机短支架固定在C型连接板上；所述的舵机长支架与转向头后壳体固定，转向头后壳体与转向头前壳体可拆卸连接；所述的探测模块固定在转向头前壳体前部；所述的动力机构包括动力连接板、套筒、导向轴、弹簧一、施力爪、中间连接片二、中间连接片一、舵机二和舵机盘；所述的中间连接片一和中间连接片二间距布置，且通过n根连接轴固定连接，n≥3；舵机盘和沿以舵机盘中心为圆心的圆周周向均布的n个施力爪均位于中间连接片一和中间连接片二之间；舵机盘的中心轴线、中间连接片一的中心轴线以及中间连接片二的中心轴线重合；舵机盘与舵机二的输出轴固定；舵机二的座体固定在中间连接片一上；每个施力爪的一端与一根连接轴构成旋转副；n个施力爪的中部与舵机盘的n个凸指分别构成凸轮副；中间连接片一和中间连接片二未与连接轴连接的侧面均固定有m根导向轴，m≥2；所述的动力连接板设有两个，动力连接板上固定有m根套筒；其中一块动力连接板上的m根套筒与中间连接片一上的m根导向轴分别构成移动副，另一块动力连接板上的m根套筒与中间连接片二上的m根导向轴分别构成移动副；每一组套筒和导向轴上套有一根弹簧一；每个施力爪的另一端与两块动力连接板均通过钢丝线连接；动力连接板的中心轴线与舵机盘的中心轴线重合；所述的动力机构设有k个，k≥2；最靠近转向机构的动力机构中，正对转向机构的那块动力连接板与转向机构的C型连接板固定；每相邻两个动力机构正对的两块动力连接板通过一个连接装置连接；所述的连接装置由弹簧固定件和弹簧二组成，弹簧二两端与两个弹簧固定件分别固定，两个弹簧固定件与两个动力机构的两块动力连接板分别固定，且弹簧固定件的中心轴线与动力连接板的中心轴线重合。2.根据权利要求1所述的仿生蚯蚓机器人，其特征在于：所述的探测模块采用超声波模块或工业相机。3.根据权利要求1所述的仿生蚯蚓机器人，其特征在于：所述的中间连接片一和中间连接片二均采用亚克力材料，间距为8mm。4.根据权利要求1所述的仿生蚯蚓机器人，其特征在于：所述舵机二的座体在中间连接片一上的固定方式为；舵机二置于四个舵机支架一之间；每个舵机支架一的一端与中间连接片一固定，另一端的螺纹段穿过舵机支架二对应的一个通孔，并与螺母连接；所述的舵机支架二压紧舵机二的座体；舵机支架二的两端均固定有舵机支架三，舵机支架三对舵机...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶宇翔，张巨勇，吴贤宸，金益群，金城宇，张睿哲，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：