一种多功能野外勘探仿生机器人制造技术

本发明专利技术公开了一种多功能野外勘探仿生机器人，包括机身机构、变半径回转轮腿机构、变刚度连接机构、柔性尾部机构和前端执行机构；机身机构包括多个底板；变刚度连接机构包括多个变刚度连接组件，且相邻两个底板之间均通过变刚度连接组件进行连接；变半径回转轮腿机构包括多个变半径回转轮腿组件，变半径回转轮腿组件具有轮式移动模式和腿式移动模式两种；柔性尾部机构具有沿周向旋转的自由度和沿竖向弯曲的自由度；前端执行机构具有除障和/或采集功能。本方案既能在平缓的地形上具有较高的移动速度，同时又能在复杂地形上具有较高越障能力的需求，同时，机体的刚度能够自动调节，尾部结构的可控性和灵活性均较高。结构的可控性和灵活性均较高。结构的可控性和灵活性均较高。

【技术实现步骤摘要】
一种多功能野外勘探仿生机器人


[0001]本专利技术涉及仿生机器人
，具体涉及一种多功能野外勘探仿生机器人。

技术介绍

[0002]现阶段，工作人员在复杂且有安全隐患的环境下工作时，往往无法安全到达和顺利完成，例如野外探测、军事侦查等。同时，目前大部分机械只适合在运动空间较大，障碍较少的环境下工作，在动态非结构化的环境中就略显不足，因此研究一种高灵活性、多步态，适合复杂地形的机械具有重要意义。
[0003]现有的仿生机器人环境适应能力较强，但是依旧存在下述几种问题：1、腿部的移动方式单一，无法同时满足既能在平缓的地形上具有较高的移动速度，同时又能在复杂地形上具有较高越障能力的需求；2、机体的刚度情况无法自动调节，因此无法提高运动的稳定性和环境适应能力；3、尾部结构的可控性和灵活性较低。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的上述不足，本专利技术要解决的技术问题是：如何提供一种既能在平缓的地形上具有较高的移动速度，同时又能在复杂地形上具有较高越障能力的需求，同时，机体的刚度能够自动调节，尾部结构的可控性和灵活性均较高的多功能野外勘探仿生机器人。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：一种多功能野外勘探仿生机器人，包括机身机构、变半径回转轮腿机构、变刚度连接机构、柔性尾部机构和前端执行机构；所述机身机构包括多个沿轴向分布的底板；所述变刚度连接机构包括沿轴向分布的多个变刚度连接组件，且相邻两个所述底板之间均通过所述变刚度连接组件进行连接，且所述变刚度连接组件用于将相邻两个所述底板之间进行刚性连接或柔性连接；所述变半径回转轮腿机构包括多个变半径回转轮腿组件，且至少沿轴向方向设置的第一个所述底板和最后一个所述底板的纵向两侧均对称设有一个所述变半径回转轮腿组件，所述变半径回转轮腿组件具有轮式移动模式和腿式移动模式两种；所述柔性尾部机构设于沿轴向方向设置的最后一个所述底板上，且所述柔性尾部机构具有沿周向旋转的自由度和沿竖向弯曲的自由度；所述前端执行机构设于沿轴向方向设置的第一个所述底板上，且所述前端执行机构具有除障和/或采集功能。
[0006]本专利技术的工作原理是：本专利技术的仿生机器人在使用时，当在较为平缓的地况上移动时，可以通过变半径回转轮腿组件工作在轮式移动模式的方式来满足快速移动的需求，而当在复杂的地形上行走或需要具有较强的越障能力时，可以通过变半径回转轮腿组件工作在腿式移动模式的方式来满足越障能力的要求，因此本方案既能在平缓的地形上具有较
高的移动速度，同时又能在复杂地形上具有较高越障能力的需求。
[0007]而当在凹地形上行进时，为了使仿生机器人的底板更加贴合地面，此时变刚度连接组件通过将相邻两个底板之间进行柔性连接以更好的顺应凹凸地形；同时，在越障或上台阶时，底板之间的柔性连接方式能够减小越障时的受力，更好的实现越障功能和对仿生机器人进行有效保护；而在遇较深沟壑时，变刚度连接组件将相邻两个底板之间进行刚性连接，可使仿生机器人在跨越沟壑时整体保持刚性状态，从而轻松跨越沟壑，因此本方案通过对刚度的调节，可以有效提高运动的稳定性和环境适应能力。同时，变刚度连接机构变半径回转轮腿机构配合，可以进一步提高越障能力，同时更好的适应凹地形和沟壑地形的功能需求。
[0008]另外，本专利技术的柔性尾部机构具有沿周向旋转自由度和沿竖向弯曲的自由度，使得柔性尾部机构的可控性和灵活性更高，而前端执行机构通过模块化设计，可以根据实际需要随时进行功能更换，以满足除障和/或采集功能，使得仿生机器人在行进时能够除去前方障碍物(例如：藤蔓、杂草、树枝等)，钻取以及采集各类外形的样本等，从而满足不同使用情况下的工作要求。
[0009]综上，本方案的仿生机器人既能在平缓的地形上具有较高的移动速度，同时又能在复杂地形上具有较高越障能力的需求，同时，机体的刚度能够自动调节，尾部结构的可控性和灵活性均较高。
[0010]优选的，所述变刚度连接组件包括第一连接组件、第二连接组件和变刚度动力组件，所述第一连接组件固定连接在其中一个所述底板上，所述第二连接组件固定连接在相邻的所述底板上，所述变刚度动力组件与所述第一连接组件连接，所述第一连接组件在所述变刚度动力组件的作用下具有相对于所述第二连接组件的轴向移动自由度和周向旋转自由度，所述第一连接组件在所述变刚度动力组件的作用下周向旋转并能够与所述第二连接组件保持抵接以使得相邻两个所述底板之间处于刚性连接状态，且所述第一连接组件与所述第二连接组件分离时使得相邻两个所述底板之间处于柔性连接状态。
[0011]优选的，所述第一连接组件包括第一卡件和第一纵向连接轴，所述第二连接组件包括连接箱体和第二卡件，所述第一纵向连接轴轴向滑动连接于所述连接箱体，且所述第一卡件转动活动套设在所述第一纵向连接轴上，所述变刚度动力组件与所述第一卡件连接，以使得所述第一卡件在所述变刚度动力组件的作用下具有相对于所述连接箱体的轴向移动自由度和周向旋转自由度，所述第二卡件设于所述连接箱体内，所述第二卡件朝向所述第一卡件的一端在所述第一卡件周向旋转过程中能够与所述第一卡件抵接，且所述第二卡件远离所述第一卡件的一端设有第一弹性件，所述第一弹性件在所述第一卡件和所述第二卡件分离时处于自由伸长状态。
[0012]优选的，所述变刚度动力组件包括变刚度电机、拉绳和绕线轮，所述绕线轮与所述变刚度电机的转轴连接，以使得所述变刚度电机能够带动所述绕线轮转动，所述拉绳的一端缠绕在所述绕线轮上，所述拉绳的另一端穿过所述第二连接组件后与所述第一连接组件连接，以使得所述变刚度电机转动时，所述拉绳能够缠绕在所述绕线轮上并带动所述第一连接组件周向旋转或轴向移动。
[0013]优选的，所述第一连接组件还包括第二纵向连接轴，所述第一卡件套设在所述第二纵向连接轴上，所述拉绳远离其连接所述绕线轮的一端连接在所述第二纵向连接轴上；
在所述第一卡件上沿纵向方向开设有连接通孔，在所述第一卡件上还纵向方向还设有多个连接凹槽，所述连接凹槽均与所述连接通孔相通，所述第二纵向连接轴穿过所述连接通孔，且在所述第二纵向连接轴上与所述连接凹槽对应的位置还套设有滑动轴承，所述第一卡件和所述第二卡件抵接时，所述滑动轴承也将与所述第二卡件抵接，以通过所述滑动轴承减小第一卡件和所述第二卡件抵接过程中的摩擦力。
[0014]优选的，所述第二连接组件还包括挡板，所述挡板设于所述连接箱体内，且所述挡板设于所述第二卡件背离所述第一卡件的一侧，所述第一弹性件远离其连接所述第二卡件的一端与所述挡板抵接；在所述第二卡件用于连接所述第一弹性件的一侧还设有卡件凸起部，在所述卡件凸起部上开设有卡件凸起槽，所述第一弹性件用于与所述第二卡件抵接的一端位于所述卡件凸起槽内，在所述挡板用于连接所述第一弹性件的一侧设有凸起限位部，在所述凸起限位部上开设有凸起限位槽，所述第一弹性件用于与所述挡板抵接的一端位于所述凸起限位槽内，以通过所述卡件凸起槽和凸起限位槽对所述第一弹性件的运动进行限位。
[0015]优选的，在所述第二卡件远离所述第一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多功能野外勘探仿生机器人，其特征在于，包括机身机构、变半径回转轮腿机构、变刚度连接机构、柔性尾部机构和前端执行机构；所述机身机构包括多个沿轴向分布的底板；所述变刚度连接机构包括沿轴向分布的多个变刚度连接组件，且相邻两个所述底板之间均通过所述变刚度连接组件进行连接，且所述变刚度连接组件用于将相邻两个所述底板之间进行刚性连接或柔性连接；所述变半径回转轮腿机构包括多个变半径回转轮腿组件，且至少沿轴向方向设置的第一个所述底板和最后一个所述底板的纵向两侧均对称设有一个所述变半径回转轮腿组件，所述变半径回转轮腿组件具有轮式移动模式和腿式移动模式两种；所述柔性尾部机构设于沿轴向方向设置的最后一个所述底板上，且所述柔性尾部机构具有沿周向旋转的自由度和沿竖向弯曲的自由度；所述前端执行机构设于沿轴向方向设置的第一个所述底板上，且所述前端执行机构具有除障和/或采集功能。2.根据权利要求1所述的多功能野外勘探仿生机器人，其特征在于，所述变刚度连接组件包括第一连接组件、第二连接组件和变刚度动力组件，所述第一连接组件固定连接在其中一个所述底板上，所述第二连接组件固定连接在相邻的所述底板上，所述变刚度动力组件与所述第一连接组件连接，所述第一连接组件在所述变刚度动力组件的作用下具有相对于所述第二连接组件的轴向移动自由度和周向旋转自由度，所述第一连接组件在所述变刚度动力组件的作用下周向旋转并能够与所述第二连接组件保持抵接以使得相邻两个所述底板之间处于刚性连接状态，且所述第一连接组件与所述第二连接组件分离时使得相邻两个所述底板之间处于柔性连接状态。3.根据权利要求2所述的多功能野外勘探仿生机器人，其特征在于，所述第一连接组件包括第一卡件和第一纵向连接轴，所述第二连接组件包括连接箱体和第二卡件，所述第一纵向连接轴轴向滑动连接于所述连接箱体，且所述第一卡件转动活动套设在所述第一纵向连接轴上，所述变刚度动力组件与所述第一卡件连接，以使得所述第一卡件在所述变刚度动力组件的作用下具有相对于所述连接箱体的轴向移动自由度和周向旋转自由度，所述第二卡件设于所述连接箱体内，所述第二卡件朝向所述第一卡件的一端在所述第一卡件周向旋转过程中能够与所述第一卡件抵接，且所述第二卡件远离所述第一卡件的一端设有第一弹性件，所述第一弹性件在所述第一卡件和所述第二卡件分离时处于自由伸长状态。4.根据权利要求1所述的多功能野外勘探仿生机器人，其特征在于，所述变半径回转轮腿组件包括动力部件、离合部件、主动部件、翻转部件和转动轮部件，所述动力部件和所述离合部件均安装在所述底板的底部，所述动力部件与所述主动部件连接，用于带动所述主动部件转动，所述主动部件与所述转动轮部件通过皮带部件连接，以通过所述皮带部件带动所述转动轮部件绕自身轴线滚动以实现轮式移动模式，所述翻转部件同时与所述主动部件和所述转动轮部件连接，所述离合部件在通电时能够与所述翻转部件啮合，以通过所述离合部件带动所述翻转部件绕所述主动部件的转动中心周向转动，所述翻转部件带动所述转动轮部件绕所述主动部件的转动中心周向转动以实现腿式移动模式，且所述离合部件在断电时与所述翻转部件分离。5.根据权利要求4所述的多功能野外勘探仿生机器人，其特征在于，所述主动部件包括
主动轴和主动齿轮，所述主动轴与所述动力部件的动力输出端连接，所述主动齿轮套设在所述主动轴上并跟随所述主动轴同步转动...

【专利技术属性】
技术研发人员：梅效铭，田震，李亚琛，龙城，李南兰，王御鹏，范垚心，张灏译，党明秀，陶一铭，徐子奥，黄金玮，王越，景雪浩，
申请(专利权)人：重庆市南开两江中学校，
类型：发明
国别省市：