一種具有鉆地功能的蛇形機(jī)器人的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種具有鉆地功能的蛇形機(jī)器人，工作時(shí)首先第二殼體保持不動(dòng)狀態(tài)，第一電機(jī)旋轉(zhuǎn)，通過(guò)輸出軸帶動(dòng)第一殼體以及鉆頭旋轉(zhuǎn)，安裝在箱體之間的直線電機(jī)推動(dòng)桿伸長(zhǎng)，推動(dòng)第一殼體向前鉆進(jìn)，同時(shí)第二殼體表面的螺旋葉片不旋轉(zhuǎn)作為支撐片，提供支撐反力，第一殼體向前運(yùn)動(dòng)一段距離s后停止，此時(shí)電機(jī)第一殼體保持不動(dòng)狀態(tài)，第二電機(jī)開(kāi)始旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)第二殼體旋轉(zhuǎn)，直線電機(jī)輸出桿回收，拉動(dòng)第二殼體向前運(yùn)動(dòng)，第二殼體前進(jìn)相同距離s后停止運(yùn)動(dòng)。當(dāng)需要轉(zhuǎn)彎或者俯仰時(shí)，可根據(jù)所需轉(zhuǎn)彎和俯仰角度的大小來(lái)控制不同直線電機(jī)的輸出長(zhǎng)度，來(lái)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明安全可靠、簡(jiǎn)單易行,實(shí)現(xiàn)了蛇形機(jī)器人的鉆地功能。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種具有鉆地功能的蛇形機(jī)器人
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明公開(kāi)了一種具有鉆地功能的蛇形機(jī)器人，具體涉及一種可在地下土壤、沙地等環(huán)境鉆進(jìn)運(yùn)動(dòng)的蛇形機(jī)器人。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科技的不斷發(fā)展，蛇形機(jī)器人作為新型可移動(dòng)的柔性機(jī)器人。以其具有多步態(tài)運(yùn)動(dòng)能力且能夠適應(yīng)復(fù)雜多變的環(huán)境的特點(diǎn)，成為機(jī)器人領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)，特別是蛇形機(jī)器人的易于偽裝、隱蔽性高、結(jié)構(gòu)緊密和高集成化等特點(diǎn)，使其能夠滿(mǎn)足偵察、巡邏等軍事需求，并且可通過(guò)空中投放到敵方陣地，利用自身攜帶的圖像采集設(shè)備完成偵察任務(wù)，未來(lái)的蛇形機(jī)器人還可裝備一定的彈藥完成攻擊或自爆等任務(wù)。
[0003]目前已有的具有鉆地功能的機(jī)器人“穿地龍”特種作業(yè)機(jī)器人和用于海底沉船打撈的拱泥機(jī)器人，此類(lèi)機(jī)器人使用氣動(dòng)或液動(dòng)驅(qū)動(dòng)，結(jié)構(gòu)上都采用往復(fù)沖擊擠壓泥土前進(jìn)，能耗較高、可靠性較低，控制系統(tǒng)復(fù)雜，嚴(yán)重制約工程實(shí)踐應(yīng)用。目前研制的蛇形機(jī)器人，大多數(shù)針對(duì)地面運(yùn)動(dòng)和攀爬運(yùn)動(dòng)而設(shè)計(jì)，不具備鉆地功能，而未來(lái)面對(duì)軍事偵察、搶險(xiǎn)救災(zāi)等特種復(fù)雜任務(wù)，在地下土壤里運(yùn)動(dòng)是一項(xiàng)重要功能，因此設(shè)計(jì)一款簡(jiǎn)單、可靠的鉆地機(jī)器人有著現(xiàn)實(shí)工程需求。
[0004]中國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)201510046831.7公開(kāi)的《蠕動(dòng)鉆地機(jī)器人》，包括依次連接的電動(dòng)推桿機(jī)構(gòu)、電機(jī)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、鉆頭機(jī)構(gòu)，所述電動(dòng)推桿機(jī)構(gòu)和鉆頭機(jī)構(gòu)的外壁上均分別設(shè)有一用于張開(kāi)和收縮的鱗片裝置，電動(dòng)推桿機(jī)構(gòu)周期伸縮，鱗片裝置在土體力的作用下張開(kāi)或收縮，用于提供鉆進(jìn)方向的支撐反力，電機(jī)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)鉆頭機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)向，該鉆地機(jī)器人有一個(gè)重要缺點(diǎn)就是鱗片打開(kāi)收縮時(shí)，需要克服較大的土壤阻力，受力面積大所需能耗極大，并且鱗片也比較容易損壞，并且在鉆地時(shí)沒(méi)有松土裝置，阻力較大。當(dāng)前尚未有其他高效、簡(jiǎn)單、合理的鉆地機(jī)器人。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明需要解決的技術(shù)問(wèn)題是:現(xiàn)有蛇形機(jī)器人主要是實(shí)現(xiàn)地面運(yùn)動(dòng)功能和攀爬功能，絕大多數(shù)沒(méi)有鉆地功能，現(xiàn)有的蠕動(dòng)鉆地機(jī)器人在實(shí)現(xiàn)地下運(yùn)動(dòng)時(shí)，克服阻力較大、能耗較高、鱗片容易損壞，實(shí)用性不強(qiáng)。針對(duì)現(xiàn)有鉆地機(jī)器人的不足，本發(fā)明提供的鉆地蛇形機(jī)器人，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、運(yùn)動(dòng)靈活等特點(diǎn)。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種具有鉆地功能的蛇形機(jī)器人，包括鉆頭1、第一殼體2、第二殼體9、螺旋葉片3、套筒4、第一電機(jī)6、第二電機(jī)10、第一箱體16、第二箱體11、關(guān)節(jié)軸承12和直線電機(jī)13;鉆頭I和第一殼體2連接，第一殼體2內(nèi)部設(shè)有套筒4，第一殼體2未連接鉆頭I的一端連接有第一箱體16，第一箱體16內(nèi)設(shè)有第一電機(jī)6，第一電機(jī)6的輸出軸和套筒通過(guò)鍵連接，將第一殼體2和第一箱體16連接;第二殼體9和第一殼體2相對(duì)的一端連接有第二箱體11，第二箱體11內(nèi)設(shè)有第二電機(jī)10，第二殼體9內(nèi)設(shè)有套筒4，第二電機(jī)10的輸出軸和套筒4通過(guò)鍵連接，將第二殼體9和第二箱體11連接；四個(gè)所述直線電機(jī)13位于第一箱體16和第二箱體11之間，且沿第一殼體2的軸線周向均布;第一殼體2和第二殼體9外壁上纏有螺旋葉片3;第一殼體2在第一電機(jī)6帶動(dòng)下進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，在直線電機(jī)13作用下帶動(dòng)鉆頭I軸向前進(jìn)；第一殼體2停止運(yùn)動(dòng)時(shí)，第二殼體9在第二電機(jī)10作用下旋轉(zhuǎn)，并由直線電機(jī)13帶動(dòng)向第一殼體2靠攏;通過(guò)控制四個(gè)所述直線電機(jī)13沿直線電機(jī)輸出桿的輸出長(zhǎng)度，完成本裝置的轉(zhuǎn)彎或俯仰運(yùn)動(dòng)。
[0007]本發(fā)明進(jìn)一步的技術(shù)方案是:所述兩個(gè)箱體之間連接有蒙皮14，用于抵擋外界土壤、沙粒。
[0008]本發(fā)明進(jìn)一步的技術(shù)方案是:所述兩個(gè)箱體內(nèi)均設(shè)有關(guān)節(jié)軸承，直線電機(jī)連接于關(guān)節(jié)軸承。
[0009]本發(fā)明進(jìn)一步的技術(shù)方案是:所述兩個(gè)箱體內(nèi)的電機(jī)通過(guò)螺釘固連在箱體中。
[0010]本發(fā)明進(jìn)一步的技術(shù)方案是:所述鉆頭I和第一殼體2為粘接。
[0011]本發(fā)明進(jìn)一步的技術(shù)方案是:第一殼體2和第一箱體16的連接是通過(guò)套筒4和第一電機(jī)6輸出軸的鍵連接而連接。
[0012]本發(fā)明進(jìn)一步的技術(shù)方案是:所述第二箱體11和第二殼體9的連接是通過(guò)套筒4和第二電機(jī)1輸出軸的鍵連接而連接。
[0013]本發(fā)明進(jìn)一步的技術(shù)方案是:當(dāng)殼體運(yùn)動(dòng)時(shí)，螺旋葉片的作用為松動(dòng)土壤、螺旋鉆進(jìn);當(dāng)殼體靜止不動(dòng)時(shí)，螺旋葉片起到支撐作用。
[0014]發(fā)明效果
[0015]本發(fā)明的技術(shù)效果在于:本發(fā)明采用螺旋鉆進(jìn)原理，利用螺旋葉片在不同狀態(tài)分別實(shí)現(xiàn)鉆進(jìn)和支撐功能，依靠直線電機(jī)的推動(dòng)力，在兩者共同作用下實(shí)現(xiàn)鉆地功能，其中還可通過(guò)直線電機(jī)的輸出長(zhǎng)度不同，來(lái)實(shí)現(xiàn)蛇形機(jī)器人的轉(zhuǎn)彎和俯仰，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能耗較低，適合在土壤、沙地等地下結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，未來(lái)具有較大的工程實(shí)踐應(yīng)用前景。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是本發(fā)明所述的可鉆地蛇形機(jī)器人。
[0017]其中:I一鉆頭、2—第一殼體、3—螺旋葉片、4一套筒、5—第一電機(jī)輸出軸、6—第一電機(jī)、7—螺釘、8—電機(jī)安裝支架、9一第二殼體、10—第二電機(jī)、11一第二箱體、12—關(guān)節(jié)軸承、13—直線電機(jī)、14一蒙皮、15—直線電機(jī)輸出桿、16—第一箱體。
【具體實(shí)施方式】
[0018]—種具有鉆地功能的蛇形機(jī)器人，主要由鉆頭1、第一殼體2、螺旋葉片3、套筒4、第一電機(jī)輸出軸5、第一電機(jī)6、螺釘7、電機(jī)安裝支架8、第二殼體9、第二電機(jī)10、第二箱體11、關(guān)節(jié)軸承12、直線電機(jī)13、蒙皮14、直線電機(jī)輸出桿15、第一箱體16組成。在工作時(shí)，首先第二殼體9保持不動(dòng)狀態(tài)，第一電機(jī)6旋轉(zhuǎn)，通過(guò)第一電機(jī)輸出軸5帶動(dòng)第一殼體2以及鉆頭I旋轉(zhuǎn)，鉆頭和第一殼體粘接固定，安裝在兩個(gè)箱體之間的直線電機(jī)13開(kāi)始工作，直線電機(jī)輸出桿15伸出，推動(dòng)第一箱體前進(jìn)，第一殼體上固定有套筒4，第一箱體和第一殼體通過(guò)電機(jī)輸出軸和套筒的鍵連接而連接在一起，因此第一箱體前進(jìn)推動(dòng)第一殼體向前鉆進(jìn)，第一殼體的螺旋葉片旋轉(zhuǎn)松土并向后排土，同時(shí)第二殼體9表面的螺旋葉片作為支撐片，提供支撐作用，讓直線電機(jī)推動(dòng)第一殼體前進(jìn)，第一殼體2向前運(yùn)動(dòng)一段距離s后停止(由外部控制器無(wú)線控制)，此時(shí)第一電機(jī)6停止工作，第一殼體2保持不動(dòng)狀態(tài)，第二電機(jī)10開(kāi)始旋轉(zhuǎn)并通過(guò)輸出軸帶動(dòng)第二殼體9旋轉(zhuǎn)，直線電機(jī)的輸出桿收縮帶動(dòng)第二箱體11向前運(yùn)動(dòng)，第二箱體帶動(dòng)第二殼體向前運(yùn)動(dòng)，此時(shí)第一殼體2的螺旋葉片提供支撐反力，第二殼體9前進(jìn)相同距離s后停止運(yùn)動(dòng)。至此一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)結(jié)束，隨后重復(fù)這個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程可一直進(jìn)行鉆進(jìn)。直線電機(jī)推動(dòng)裝置由關(guān)節(jié)軸承12、直線電機(jī)13、直線電機(jī)輸出桿15組成，箱體上安裝關(guān)節(jié)軸承，直線電機(jī)和箱體之間通過(guò)關(guān)節(jié)軸承連接。
[0019]兩個(gè)箱體間連接有蒙皮14，在地下鉆進(jìn)過(guò)程中，將外界環(huán)境和內(nèi)部環(huán)境隔開(kāi)，防止土壤進(jìn)入機(jī)器人體內(nèi)，影響機(jī)器人正常工作。第一電機(jī)和第二電機(jī)安裝支架8安裝在箱體內(nèi)，第一和第二電機(jī)相同的，直線電機(jī)是推動(dòng)殼體前進(jìn)的，連接于兩個(gè)箱體之間，共4個(gè)且型號(hào)一樣，90°均布放置，第一電機(jī)第二電機(jī)安裝在箱體壁上，帶動(dòng)殼體旋轉(zhuǎn)并使用螺釘7固定在箱體壁上。
[0020]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)的描述:
[0021]參閱圖1，本發(fā)明所述的可鉆地蛇形機(jī)器人，主要由鉆頭1、第一殼體2、螺旋葉片3、套筒4、第一電機(jī)輸出軸5、第一電機(jī)6、螺釘7、電機(jī)安裝支架8、第二殼體9、第二電機(jī)10、第二箱體11、關(guān)節(jié)軸承12、直線電機(jī)13、蒙皮14、直線電機(jī)輸出桿15、第一箱體16組成。
[0022]工作過(guò)程如下所述，在進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，首先第二電機(jī)10不工作使第二殼體9保持不動(dòng)狀態(tài)，第一電機(jī)6旋轉(zhuǎn)，通過(guò)第一電機(jī)輸出軸5帶動(dòng)第一殼體2以及鉆頭I旋轉(zhuǎn)，鉆頭和第一殼體粘接固定，安裝在兩個(gè)箱體之間的直線電機(jī)開(kāi)始工作，直線電機(jī)輸出桿15伸長(zhǎng)，推動(dòng)第一箱體16前進(jìn)，第一殼體上固定有套筒4，第一箱體和第一殼體通過(guò)電機(jī)輸出軸和套筒的鍵連接而連接在一起，因此第一箱體前進(jìn)推動(dòng)第一殼體向前鉆進(jìn)，同時(shí)第二殼體9表面的螺旋葉片作為支撐片，提供支撐作用，第一殼體2上的螺旋葉片旋轉(zhuǎn)松土并向后排土，直線電機(jī)推動(dòng)第一殼體2向前運(yùn)動(dòng)一段距離s后停止，此時(shí)第一電機(jī)6停止工作，并且第一殼體2保持不動(dòng)狀態(tài)，第二電機(jī)10開(kāi)始旋轉(zhuǎn)并通過(guò)第二電機(jī)的輸出軸帶動(dòng)第二殼體旋轉(zhuǎn)，直線電機(jī)縮回輸出桿，拉動(dòng)第二箱體11向前運(yùn)動(dòng)，第二箱體帶動(dòng)第二殼體前進(jìn)，此時(shí)第一殼體的螺旋葉片提供支撐作用，第二殼體的螺旋葉片旋轉(zhuǎn)松土并向后排土，第二殼體前進(jìn)相同距離8后停止運(yùn)動(dòng)。至此一個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程結(jié)束，隨后重復(fù)這個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程可一直進(jìn)行鉆進(jìn)。當(dāng)需要轉(zhuǎn)彎或者俯仰時(shí)，可根據(jù)所需轉(zhuǎn)彎和俯仰角度來(lái)控制4個(gè)直線電機(jī)的輸出長(zhǎng)度，來(lái)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)。需要左轉(zhuǎn)時(shí)，可讓右側(cè)的直線電機(jī)輸出桿伸出長(zhǎng)度大于左側(cè)直線電機(jī)輸出桿伸出長(zhǎng)度，根據(jù)兩側(cè)伸出長(zhǎng)度差的不同，可以實(shí)現(xiàn)不同轉(zhuǎn)彎角度，同理右轉(zhuǎn)時(shí)，左側(cè)直線電機(jī)輸出桿伸出長(zhǎng)度大于右側(cè)直線電機(jī)輸出桿伸出長(zhǎng)度。需要仰起運(yùn)動(dòng)時(shí)，可讓下側(cè)的直線電機(jī)輸出桿伸出長(zhǎng)度大于上側(cè)直線電機(jī)輸出桿伸出長(zhǎng)度，根據(jù)兩側(cè)直線電機(jī)輸出桿伸出長(zhǎng)度差的不同，可以實(shí)現(xiàn)不同仰起角度，同理俯下運(yùn)動(dòng)時(shí)，上側(cè)直線電機(jī)輸出桿伸出長(zhǎng)度大于下側(cè)直線電機(jī)輸出桿伸出長(zhǎng)度。
[0023]直線電機(jī)通過(guò)關(guān)節(jié)軸承和前后兩個(gè)箱體連接，直線電機(jī)可推動(dòng)殼體前進(jìn)，也可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎俯仰運(yùn)動(dòng)，直線電機(jī)提供較大推力，推動(dòng)殼體克服阻力前進(jìn)。
[0024]在兩個(gè)箱體之間連接包裹有蒙皮14，通過(guò)蒙皮隔離外界土壤和機(jī)器人內(nèi)部環(huán)境，防止土壤等雜物影響電機(jī)工作，并且蒙皮具有可伸縮性，類(lèi)似于皮筋，當(dāng)蛇形機(jī)器人運(yùn)動(dòng)時(shí)，隨著兩個(gè)殼體距離變化而蒙皮伸縮。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種具有鉆地功能的蛇形機(jī)器人，其特征在于，包括鉆頭(I)、第一殼體(2)、第二殼體(9)、螺旋葉片(3)、套筒(4)、第一電機(jī)(6)、第二電機(jī)(10)、第一箱體(16)、第二箱體(11)、關(guān)節(jié)軸承(12)和直線電機(jī)(13);鉆頭(I)和第一殼體(2)連接，第一殼體(2)內(nèi)部設(shè)有套筒(4)，第一殼體(2)未連接鉆頭(I)的一端連接有第一箱體(16)，第一箱體(16)內(nèi)設(shè)有第一電機(jī)(6)，第一電機(jī)(6)的輸出軸和套筒通過(guò)鍵連接，將第一殼體(2)和第一箱體(16)連接;第二殼體(9)和第一殼體(2)相對(duì)的一端連接有第二箱體(11)，第二箱體(11)內(nèi)設(shè)有第二電機(jī)(10)，第二殼體(9)內(nèi)設(shè)有套筒(4)，第二電機(jī)(10)的輸出軸和套筒(4)通過(guò)鍵連接，將第二殼體(9)和第二箱體(11)連接；四個(gè)所述直線電機(jī)(13)位于第一箱體(16)和第二箱體(11)之間，且沿第一殼體(2)的軸線周向均布;第一殼體(2)和第二殼體(9)外壁上纏有螺旋葉片(3);第一殼體(2)在第一電機(jī)(6)帶動(dòng)下進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，在直線電機(jī)(13)作用下帶動(dòng)鉆頭(I)軸向前進(jìn);第一殼體(2)停止運(yùn)動(dòng)時(shí)，第二殼體(9)在第二電機(jī)(10)作用下旋轉(zhuǎn)，并由直線電機(jī)(13)帶動(dòng)向第一殼體(2)靠攏;通過(guò)控制四個(gè)所述直線電機(jī)(13)沿直線電機(jī)輸出桿的輸出長(zhǎng)度，完成本裝置的轉(zhuǎn)彎或俯仰運(yùn)動(dòng)。2.如權(quán)利要求1所述的一種具有鉆地功能的蛇形機(jī)器人，其特征在于，所述兩個(gè)箱體之間連接有蒙皮(14)，用于抵擋外界土壤、沙粒。3.如權(quán)利要求1所述的一種具有鉆地功能的蛇形機(jī)器人，其特征在于，所述兩個(gè)箱體內(nèi)均設(shè)有關(guān)節(jié)軸承，直線電機(jī)連接于關(guān)節(jié)軸承。4.如權(quán)利要求1所述的一種具有鉆地功能的蛇形機(jī)器人，其特征在于，所述兩個(gè)箱體內(nèi)的電機(jī)通過(guò)螺釘固連在箱體中。5.如權(quán)利要求1所述的一種具有鉆地功能的蛇形機(jī)器人，其特征在于，所述鉆頭(I)和第一殼體(2)為粘接。6.如權(quán)利要求1所述的一種具有鉆地功能的蛇形機(jī)器人，其特征在于，第一殼體(2)和第一箱體(16)的連接是通過(guò)套筒(4)和第一電機(jī)(6)輸出軸的鍵連接而連接。7.如權(quán)利要求1所述的一種具有鉆地功能的蛇形機(jī)器人，其特征在于，所述第二箱體(11)和第二殼體(9)的連接是通過(guò)套筒(4)和第二電機(jī)(1)輸出軸的鍵連接而連接。8.如權(quán)利要求1所述的一種具有鉆地功能的蛇形機(jī)器人，其特征在于，當(dāng)殼體運(yùn)動(dòng)時(shí)，螺旋葉片的作用為松動(dòng)土壤、螺旋鉆進(jìn);當(dāng)殼體靜止不動(dòng)時(shí)，螺旋葉片起到支撐作用。
【文檔編號(hào)】B25J9/06GK106078716SQ201610436568
【公開(kāi)日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年6月17日
【發(fā)明人】劉更, 張鵬濤, 佟瑞庭, 馬尚君
【申請(qǐng)人】西北工業(yè)大學(xué)