一種具有著陸緩沖功能的行走機(jī)器人的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及行走機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，具體指一種具有著陸緩沖功能的行走機(jī)器人。
【背景技術(shù)】
[0002]自“機(jī)器人”誕生以來，機(jī)器人技術(shù)得到了許多國家及科研機(jī)構(gòu)的重視和研究。行走機(jī)器人因其運(yùn)動(dòng)的靈活性和對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性而得到廣泛研究及應(yīng)用。近年來人們加快了使用行走機(jī)器人代替人類在危險(xiǎn)、惡劣環(huán)境中作業(yè)的步伐，行走機(jī)器人的工作場合也越來越多地面向室外非結(jié)構(gòu)化環(huán)境。野外、行星表面等室外非結(jié)構(gòu)化環(huán)境具有多樣性、隨機(jī)性與復(fù)雜性等特點(diǎn)。行走機(jī)器人要在這些人類難以涉足或無法到達(dá)的惡劣、危險(xiǎn)和有害的環(huán)境中，替代人類完成相應(yīng)的任務(wù)，這不僅要求行走機(jī)器人具有更高的機(jī)動(dòng)性能和更加靈活的運(yùn)動(dòng)方式以滿足復(fù)雜多變的任務(wù)需求，在特殊場合下還需要行走機(jī)器人可以通過空中投放的方式到達(dá)人類難以到達(dá)的復(fù)雜環(huán)境，如強(qiáng)震后的先期空投勘查，就要求行走機(jī)器人具有一定的著陸緩沖功能，以保證機(jī)器人著陸后完好無損。
[0003]目前，行走機(jī)器人的主要類型有車輪式、履帶式和腿足式行走機(jī)器人。其中，腿足式行走機(jī)器人的“腿”大多為串聯(lián)機(jī)構(gòu)，這類機(jī)構(gòu)承載能力相對(duì)較低，不具有著陸緩沖功能，比較典型的是美國國防高級(jí)研究局(The Defense Advanced Research Projects Agency,DARPA)與美國波士頓動(dòng)力公司(Boston Dynamics)為美軍士兵研發(fā)的一種類似“機(jī)器騾”(robotic mule)的四腿機(jī)器人，主要用于在越野環(huán)境下攜帶武器和其他物質(zhì)。車輪式和履帶式行走機(jī)器人具有機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定等特點(diǎn)，如美國的勇氣號(hào)和機(jī)遇號(hào)火星探測機(jī)器為一種典型的車輪式行走機(jī)器人，其火星探測取得了極大成功，但由于其不具有著陸緩沖功能，需要著陸氣囊將其投放至火星表面。我國的嫦娥三號(hào)“玉兔”號(hào)月球車同樣是一種車輪式行走機(jī)器人，需要軟著陸探測器將其投放至月面，而嫦娥三號(hào)軟著陸探測器則不具備行走功能。
[0004]從公開發(fā)表的相關(guān)資料來看，國內(nèi)外尚沒有提出一種具有著陸緩沖功能的行走機(jī)器人技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:提出一種具有著陸緩沖功能的行走機(jī)器人，著陸穩(wěn)定、步態(tài)靈活、行走平穩(wěn)、承載力強(qiáng)、安全可靠，可顯著增強(qiáng)復(fù)雜地形條件下的行走能力，能夠?qū)崿F(xiàn)空中投放。
[0006]本發(fā)明包括如下技術(shù)方案:
[0007]—種具有著陸緩沖功能的行走機(jī)器人，包括著陸平臺(tái)、環(huán)繞設(shè)置在著陸平臺(tái)四周的多套緩沖行走機(jī)構(gòu)、降落傘包和控制器，控制器安裝在著陸平臺(tái)上，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)緩沖行走機(jī)構(gòu)的控制，從而實(shí)現(xiàn)著陸緩沖和行走控制；降落傘包安裝在著陸平臺(tái)上，用于降低行走機(jī)器人的著陸速度；
[0008]每套緩沖行走機(jī)構(gòu)包括一套多功能支柱、兩套單功能支柱和一個(gè)足墊；在機(jī)器人著陸時(shí)，多功能支柱能夠?qū)崿F(xiàn)著陸緩沖功能，在機(jī)器人著陸后，多功能支柱與兩套單功能支柱共同實(shí)現(xiàn)行走功能；多功能支柱上端通過第一萬向節(jié)與著陸平臺(tái)連接，兩套單功能支柱上端分別通過第二萬向節(jié)和第三萬向節(jié)與著陸平臺(tái)連接，多功能支柱和兩套單功能支柱可分別實(shí)現(xiàn)相對(duì)著陸平臺(tái)的二自由度轉(zhuǎn)動(dòng)；兩套單功能支柱下端分別通過第一球鉸和第二球鉸與支柱支撐座的上端面連接，可分別實(shí)現(xiàn)相對(duì)支柱支撐座的三自由度轉(zhuǎn)動(dòng)；多功能支柱末端與支柱支撐座的上端面固連；支柱支撐座的下端面通過第三球鉸與足墊連接，可實(shí)現(xiàn)足墊相對(duì)支柱支撐座三自由度轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0009]所述的多功能支柱包括第一驅(qū)動(dòng)組件、第一外筒、第一內(nèi)筒、第一絲杠、第一絲杠螺母、第一螺母導(dǎo)桿、第一外筒端蓋、緩沖拉桿及拉桿切割器；第一驅(qū)動(dòng)組件安裝在第一外筒上端外側(cè)面；第一絲杠和第一絲杠螺母組成螺旋運(yùn)動(dòng)副安裝在第一外筒內(nèi)部，第一絲杠端部通過軸承支撐并軸向定位，第一內(nèi)筒安裝并固定在第一絲杠螺母下端；第一外筒上端面安裝第一萬向節(jié)、下端安裝第一外筒端蓋；第一螺母導(dǎo)桿穿過第一絲杠螺母上的導(dǎo)向孔，兩端分別固定在第一萬向節(jié)和第一外筒端蓋上；緩沖拉桿一端固定在第一絲杠螺母的下端上、另一端固定在第一外筒端蓋上；拉桿切割器安裝在第一外筒上，緩沖拉桿穿過拉桿切割器端部的小孔并靠近孔內(nèi)的切刀；第一絲桿螺母為開合式螺母；在機(jī)器人著陸前，在控制器的控制下第一絲杠螺母與第一絲桿分離；在機(jī)器人著陸時(shí)，第一內(nèi)筒受到著陸沖擊載荷的作用下向第一外筒收縮，緩沖拉桿被拉伸并吸收著陸沖擊能量，從而起到降低著陸沖擊的作用；在機(jī)器人著陸后，在控制器的控制下第一絲杠螺母與第一絲杠結(jié)合，在控制器的控制下拉桿切割器將緩沖拉桿切斷；在機(jī)器人行走時(shí)，在控制器的控制下第一驅(qū)動(dòng)組件驅(qū)動(dòng)第一絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，第一絲杠驅(qū)動(dòng)第一絲杠螺母沿第一絲杠軸向直線運(yùn)動(dòng)并帶動(dòng)第一內(nèi)筒在第一外筒內(nèi)伸縮。
[0010]所述緩沖拉桿為一種常溫超塑性材料，其延伸率可達(dá)％以上，且其塑性對(duì)溫度變化不敏感。
[0011]所述的單功能支柱包括第二驅(qū)動(dòng)組件、第二外筒、第二內(nèi)筒、第二絲杠、第二絲杠螺母、第二螺母導(dǎo)桿及第二外筒端蓋；第二驅(qū)動(dòng)組件安裝在第二外筒上端外側(cè)面；第二絲杠和第二絲杠螺母組成螺旋運(yùn)動(dòng)副安裝在第二外筒內(nèi)部，第二絲杠端部通過軸承支撐并軸向定位，第二內(nèi)筒的上端安裝在第二絲杠螺母的下端；第二內(nèi)筒的下端固定安裝第一球鉸或第二球鉸；第二外筒上端安裝第二萬向節(jié)或第三萬向節(jié)、下端安裝第二外筒端蓋；第二螺母導(dǎo)桿穿過第二絲杠螺母導(dǎo)向孔，兩端分別固定在第二外筒兩端的萬向節(jié)和第二外筒端蓋上；第二絲桿螺母為開合式螺母，在機(jī)器人著陸前，在控制器的控制下第二絲杠螺母與第二絲桿分離；在機(jī)器人著陸時(shí)，第二內(nèi)筒受到著陸沖擊載荷的作用下向第二外筒收縮；在機(jī)器人著陸后，在控制器的控制下第一絲杠螺母與第一絲杠結(jié)合；在機(jī)器人行走時(shí)，在控制器的控制下第二驅(qū)動(dòng)組件驅(qū)動(dòng)第二絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，第二絲杠驅(qū)動(dòng)第二絲杠螺母沿第二絲杠軸向直線運(yùn)動(dòng)并帶動(dòng)第二內(nèi)筒在第二外筒內(nèi)伸縮。
[0012]所述的足墊內(nèi)部安裝有定位鉆頭，所述定位鉆頭能夠在控制器的控制下鉆入地下。
[0013]在所述足墊的底面安裝有觸地傳感器，用于輸出觸地或著陸信號(hào)。
[0014]在著陸平臺(tái)上設(shè)置傘繩切割器，傘繩與傘繩切割器相連；所述的降落傘包與傘繩相連，降落傘包在行走機(jī)器人著陸前打開以降低其著陸時(shí)的速度；在機(jī)器人著陸后，傘繩切割器將傘繩切斷。
[0015]著陸平臺(tái)上設(shè)置可展開和收起的太陽電池板。
[0016]所述多套緩沖行走機(jī)構(gòu)為四套。
[0017]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0018]1.本發(fā)明具有著陸緩沖功能的行走機(jī)器人采用多套緩沖行走機(jī)構(gòu)，每套緩沖行走機(jī)構(gòu)(2)包括一套多功能支柱(21)、兩套單功能支柱(22)和一個(gè)足墊(30);在機(jī)器人著陸時(shí)，多功能支柱(21)能夠?qū)崿F(xiàn)著陸緩沖功能，在機(jī)器人著陸后，多功能支柱(21)與兩套單功能支柱(22)共同實(shí)現(xiàn)行走功能；每套緩沖行走機(jī)構(gòu)(2)采用并聯(lián)機(jī)構(gòu)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了著陸緩沖技術(shù)和行走技術(shù)的有效結(jié)合，具有著陸穩(wěn)定、步態(tài)靈活、行走平穩(wěn)、承載力強(qiáng)、安全可靠，可顯著增強(qiáng)復(fù)雜地形條件下的行走能力的優(yōu)點(diǎn)，可以用于地面強(qiáng)震、核爆炸等重大災(zāi)害的先期勘查、資源勘探、野外作戰(zhàn)以及深空著陸巡視探測任務(wù)。
[0019]2.本發(fā)明行走功能對(duì)地形地貌的適應(yīng)性顯著超過了傳統(tǒng)“輪式”行走機(jī)器人，并且由于行走機(jī)構(gòu)采用了并聯(lián)機(jī)構(gòu)，機(jī)器人負(fù)重能力顯著超過了一般串聯(lián)式行走機(jī)器人。
[0020]3.本發(fā)明可以通過空投的方式將機(jī)器人直接投放至地面人們難以到達(dá)或危險(xiǎn)的區(qū)域，代替人員進(jìn)行勘查，進(jìn)而保護(hù)人員的安全。
[0021]4.本發(fā)明通過緩沖行走機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)著陸平臺(tái)的自主姿態(tài)調(diào)整與定位。
【附圖說明】
[0022]圖1是本發(fā)明系統(tǒng)組成主視圖；