專利名稱：波動(dòng)足型行走機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及波動(dòng)足型行走機(jī)器人，具體說是一種采用仿生結(jié)構(gòu)，用于研究腹足綱軟體動(dòng)物運(yùn)動(dòng)機(jī)理的裝置。
背景技術(shù)：
機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)方式分為行走，飛行和游動(dòng)等運(yùn)動(dòng)方式。這些運(yùn)動(dòng)方式絕大多數(shù)都來源于生物的運(yùn)動(dòng)方式。國際國內(nèi)現(xiàn)在普遍的機(jī)器人行走設(shè)計(jì)方法均是源于爬行和脊椎動(dòng)物，由此產(chǎn)生的設(shè)計(jì)絕大多數(shù)都是輪動(dòng)或鉸鏈方式。但這些運(yùn)動(dòng)方式對(duì)運(yùn)動(dòng)表面要求較高，不能滿足在地形變化復(fù)雜的表面上運(yùn)動(dòng)的要求，而且上述常規(guī)設(shè)計(jì)方法不能滿足在諸如石油等粘性流體環(huán)境下的運(yùn)動(dòng)要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種模擬腹足綱軟體動(dòng)物運(yùn)動(dòng)的波動(dòng)足型行走機(jī)器人，以滿足在地形變化復(fù)雜的表面上運(yùn)動(dòng)的要求。
本發(fā)明的波動(dòng)足型行走機(jī)器人包括由平板和兩塊分別固定在平板兩端的支撐板和組成的支架，由多個(gè)并行排列的足部構(gòu)成的陣列機(jī)構(gòu)，每個(gè)足部由偏心輪、波足板和限位板組成，偏心輪周向開有一環(huán)行槽，偏心輪開有3個(gè)軸向孔，第一孔和第二孔在偏心輪的中心線上并分別位于偏心輪中心的兩側(cè)，第一孔中心至偏心輪中心的距離為e，e≤D/4，D為偏心輪環(huán)行槽的直徑，第三孔中心到第一孔中心的距離和第二孔中心到第一孔中心的距離相等，第三孔中心與第一孔中心的連線和第二孔中心與第一孔中心的連線的夾角為θ，θ取值為10～45°，限位板固定在波足板的上方，并與波足板形成一矩形框，偏心輪置于矩形框內(nèi)，限位板的下邊和波足板的上邊分到嵌入在偏心輪的環(huán)行槽里，多個(gè)足部依次按前一個(gè)偏心輪的第二孔和后一個(gè)偏心輪的第三孔連接在一起形成并行陣列機(jī)構(gòu)，所有足部偏心輪的第一孔套在一轉(zhuǎn)軸上，首個(gè)足部偏心輪的第三孔和固定在轉(zhuǎn)軸上的第一連接件相連，最后一個(gè)足部偏心輪的第二孔和固定在轉(zhuǎn)軸上的第二連接件相連，轉(zhuǎn)軸的兩端通過軸承分別固定在支架的兩支撐板上，在波足板上開有一垂直于其底邊的槽，定位板穿越所有波足板的槽，定位板的兩端分別與支架的兩支撐板固定，在平板上固定有電機(jī)，電機(jī)軸通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與轉(zhuǎn)軸相連，多個(gè)并行排列的足部由粘結(jié)在波足板底面的彈性防水柔性薄膜聯(lián)結(jié)成一個(gè)整體。
本發(fā)明的波動(dòng)足型行走機(jī)器人結(jié)構(gòu)緊湊，也容易小型化，適合于在流體環(huán)境中運(yùn)動(dòng)，并且能夠克服地表形狀對(duì)運(yùn)動(dòng)的影響，對(duì)復(fù)雜地形有較強(qiáng)的適應(yīng)能力。本波動(dòng)足型行走機(jī)器人可應(yīng)用于諸如石油等管道的檢測(cè)等作業(yè)，以及水底的探測(cè)，勘探作業(yè)，此波動(dòng)足型機(jī)器人通過在材料上的改進(jìn)和微型化后還可應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。


圖1是波動(dòng)足型行走機(jī)器人三維示意圖；圖2是單個(gè)足部的三維示意圖；圖3是偏心輪示意圖；圖4是波動(dòng)足型行走機(jī)器人的偏心輪實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明。
參照附圖1、2、3，本發(fā)明的波動(dòng)足型行走機(jī)器人包括由平板5和兩塊分別固定在平板兩端的支撐板11和15組成的支架，由多個(gè)并行排列的足部構(gòu)成的陣列機(jī)構(gòu)7，每個(gè)足部由偏心輪14、波足板13和限位板6組成，偏心輪周向開有一環(huán)行槽17，偏心輪開有3個(gè)軸向孔，第一孔C和第二孔B在偏心輪14的中心線上并分別位于偏心輪14中心的兩側(cè)，第一孔C中心至偏心輪14中心的距離為e，e≤D/4，D為偏心輪環(huán)行槽17的直徑，第三孔A中心到第一孔C中心的距離和第二孔B中心到第一孔C中心的距離相等，第三孔A中心與第一孔C中心的連線和第二孔B中心與第一孔C中心的連線的夾角為θ，θ取值為10～45°，限位板6固定在波足板13的上方，并與波足板13形成一矩形框，偏心輪14置于矩形框內(nèi)，限位板6的下邊和波足板13的上邊分到嵌入在偏心輪14的環(huán)行槽17里，可以防止波足板上下運(yùn)動(dòng)時(shí)不會(huì)在運(yùn)動(dòng)方向(圖中x所示方向)來回?cái)[動(dòng)，多個(gè)足部依次按前一個(gè)偏心輪的第二孔B和后一個(gè)偏心輪的第三孔A連接在一起形成并行陣列機(jī)構(gòu)，為便于裝配連接，且使相鄰兩偏心輪的連接螺栓不會(huì)和偏心輪端面相擦，可采用第二孔B為具有埋沒螺栓頭部的階梯孔，第三孔A為螺紋孔。所有足部偏心輪的第一孔C套在一轉(zhuǎn)軸10上，首個(gè)足部偏心輪的第三孔A和固定在轉(zhuǎn)軸10上的第一連接件4相連，最后一個(gè)足部偏心輪的第二孔B和固定在轉(zhuǎn)軸10上的第二連接件9相連，轉(zhuǎn)軸10的兩端通過軸承分別固定在支架的兩支撐板11和15上，在波足板13上開有一垂直于其底邊的槽18，定位板12穿越所有波足板13的槽18，用于防止波足板在上下運(yùn)動(dòng)時(shí)不會(huì)側(cè)向來回?cái)[動(dòng)，定位板12的兩端分別與支架的兩支撐板11和15固定，在平板5上固定有電機(jī)3，電機(jī)軸通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與轉(zhuǎn)軸10相連。所說的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)可以是齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)或鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。在圖示具體實(shí)例中，采用的是齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，電機(jī)3軸與主動(dòng)齒輪1軸相連，與主動(dòng)齒輪1嚙合的從動(dòng)齒輪16與轉(zhuǎn)軸10相連。上述多個(gè)并行排列的足部由粘結(jié)在波足板13底面的彈性防水柔性薄膜聯(lián)結(jié)成一個(gè)整體，以形成一個(gè)波形面，即機(jī)器人的波動(dòng)足。彈性防水柔性薄膜可以是橡膠薄膜或聚氨酯薄膜。
工作原理參見圖4，當(dāng)轉(zhuǎn)軸10以轉(zhuǎn)速ω旋轉(zhuǎn)時(shí)，偏心輪14在限位板和波足板構(gòu)成的矩形框內(nèi)運(yùn)動(dòng)，每個(gè)足部在運(yùn)動(dòng)時(shí)都有一個(gè)共同的正弦波特性，唯一不同的是初始相位不同。任意一個(gè)波足板底部的位移Fi可寫成Fi(t)＝R+e sin(θi)Fi(t)＝R+e sin(ωt+iθ)式中R為偏心輪環(huán)行槽的半徑，θi為偏心輪的相位角，iθ為偏心輪的初始相位角，i＝1，2…n，n為足部的總數(shù)量。
以波動(dòng)足型行走機(jī)器人為參考系，設(shè)波足板在運(yùn)動(dòng)方向的位置用x表示，L是足部并行陣列機(jī)構(gòu)的總長(zhǎng)度，k是角度扭轉(zhuǎn)系數(shù)，即并行陣列機(jī)構(gòu)形成的波的個(gè)數(shù)，則整個(gè)足部的運(yùn)動(dòng)方程為F(x，t)＝R+esin(ωt+kπx/L)這樣波動(dòng)足型行走機(jī)器人在行走時(shí)，電機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)足部陣列運(yùn)動(dòng)，由上述整個(gè)足部的運(yùn)動(dòng)方程式可知在機(jī)器人足部產(chǎn)生一個(gè)正弦行波。流體對(duì)此行波產(chǎn)生一個(gè)反作用力，從而產(chǎn)生機(jī)器人前進(jìn)的動(dòng)力。
權(quán)利要求
1.波動(dòng)足型行走機(jī)器人，其特征在于它包括由平板(5)和兩塊分別固定在平板兩端的支撐板(11)和(15)組成的支架，由多個(gè)并行排列的足部構(gòu)成的陣列機(jī)構(gòu)(7)，每個(gè)足部由偏心輪(14)、波足板(13)和限位板(6)組成，偏心輪周向開有一環(huán)行槽(17)，偏心輪開有3個(gè)軸向孔，第一孔(C)和第二孔(B)在偏心輪(14)的中心線上并分別位于偏心輪(14)中心的兩側(cè)，第一孔(C)中心至偏心輪(14)中心的距離為e，e≤D/4，D為偏心輪環(huán)行槽(17)的直徑，第三孔(A)中心到第一孔(C)中心的距離和第二孔(B)中心到第一孔(C)中心的距離相等，第三孔(A)中心與第一孔(C)中心的連線和第二孔(B)中心與第一孔(C)中心的連線的夾角為θ，θ取值為10～45°，限位板(6)固定在波足板(13)的上方，并與波足板(13)形成一矩形框，偏心輪(14)置于矩形框內(nèi)，限位板(6)的下邊和波足板(13)的上邊分到嵌入在偏心輪(14)的環(huán)行槽(17)里，多個(gè)足部依次按前一個(gè)偏心輪的第二孔(B)和后一個(gè)偏心輪的第三孔(A)連接在一起形成并行陣列機(jī)構(gòu)，所有足部偏心輪的第一孔(C)套在一轉(zhuǎn)軸(10)上，首個(gè)足部偏心輪的第三孔(A)和固定在轉(zhuǎn)軸(10)上的第一連接件(4)相連，最后一個(gè)足部偏心輪的第二孔(B)和固定在轉(zhuǎn)軸(10)上的第二連接件(9)相連，轉(zhuǎn)軸(10)的兩端通過軸承分別固定在支架的兩支撐板(11)和(15)上，在波足板(13)上開有一垂直于其底邊的槽(18)，定位板(12)穿越所有波足板(13)的槽(18)，定位板(12)的兩端分別與支架的兩支撐板(11)和(15)固定，在平板(5)上固定有電機(jī)(3)，電機(jī)軸通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與轉(zhuǎn)軸(10)相連，多個(gè)并行排列的足部由粘結(jié)在波足板(13)底面的彈性防水柔性薄膜聯(lián)結(jié)成一個(gè)整體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的波動(dòng)足型行走機(jī)器人，其特征在于所說的第二孔(B)為階梯孔，第三孔(A)為螺紋孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的波動(dòng)足型行走機(jī)器人，其特征在于所說的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)為齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)或鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的波動(dòng)足型行走機(jī)器人，其特征是所說的彈性防水柔性薄膜為橡膠薄膜或聚氨酯薄膜。
全文摘要
本發(fā)明的波動(dòng)足型行走機(jī)器人包括支撐支架，驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，由多個(gè)并行排列的足部相連構(gòu)成的陣列機(jī)構(gòu)，相鄰足部的偏心輪相對(duì)轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)角相差一固定角度，這樣，機(jī)器人的足部形成一個(gè)正弦曲線，多個(gè)足部由一柔性薄膜聯(lián)成一個(gè)整體，當(dāng)驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)足部陣列運(yùn)動(dòng)，在機(jī)器人足部產(chǎn)生一個(gè)正弦行波。流體對(duì)此行波產(chǎn)生一個(gè)反作用力，從而產(chǎn)生機(jī)器人前進(jìn)的動(dòng)力。本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊，易于小型化，適合于在流體環(huán)境中運(yùn)動(dòng)，并且能夠克服地表形狀對(duì)運(yùn)動(dòng)的影響，對(duì)復(fù)雜地形有較強(qiáng)的適應(yīng)能力?？蓱?yīng)用于諸如石油等管道的檢測(cè)等作業(yè)，以及水底的探測(cè)，勘探作業(yè)。
文檔編號(hào)B25J11/00GK1899776SQ20061005266
公開日2007年1月24日 申請(qǐng)日期2006年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月27日
發(fā)明者楊燦軍, 鄭精輝, 馬子康, 陳鷹 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)