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一種具有被動腰關節(jié)的四足擺動爬壁機器人的制作方法

文檔序號:8552363閱讀:249來源:國知局
一種具有被動腰關節(jié)的四足擺動爬壁機器人的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種爬壁器人,具體來說,是一種輕小型、模塊化、可仿生動步態(tài)爬壁的機器人。
【背景技術】
[0002]目前為止,爬壁機器人主要分為車輪式爬壁機器人,履帶式爬壁機器人和多足仿生爬壁機器人等。
[0003]在各種機構中,車輪式爬壁機器人移動速度快、控制靈活,但維持一定的吸附力較困難;履帶式爬壁機器人對壁面的適應性強,接觸面積大,吸附力強,但運動靈活性較差;多足仿生爬壁機器人,容易跨越障礙和實現壁面過渡,對于未知壁面和未知環(huán)境適應能力強。因此多足爬壁機器人的研宄成為了研宄熱點[I]。
[0004]目前已有的典型多足仿生爬壁機器模型包括LLS運動模型、F-G模型、四足動步態(tài)機器人SCARAB。LLS運動模型是兩足爬壁機器人的理想模型,兩足為彈簧,兩足交替換足支撐,通過支撐足彈簧伸縮帶動本體運動。F-G模型是將LLS模型中的彈簧和模型本體之間的夾角固定,F-G模型類似于長臂猿的攀爬運動[5]-[8]。這兩種模型均為兩足機器人,爬行時只有一條足支撐,本體會隨著運動而擺動,穩(wěn)定性不好。國外的Miller等人對F-G模型進行分析,由兩臂的動步態(tài)攀爬機器人DynaClimber延伸出一種四足爬壁機器人SCARAB[9],該機器人運動關節(jié)由固定機器人本體上的四個伸縮臂構成,上下對稱兩足支撐,由其中一條支撐足為主動,另一條被動伸縮。穩(wěn)定性較為改善,但是靈活性不好,運動難以保證延垂直線爬,控制較差。

【發(fā)明內容】

[0005]針對上述問題,本發(fā)明提出一種具有被動腰關節(jié)的四足擺動爬壁機器人,整體結構緊湊,輕巧,且機器人為扁平式結構具有一定的緩沖性能。
[0006]一種具有被動腰關節(jié)的四足擺動爬壁機器人,包括身部模塊與足部模塊。所述身部模塊包括上身部、下身部與腰關節(jié);上身部與下身部間通過腰關節(jié)形成轉動副,實現上身部與下身部間相對左右轉動。
[0007]所述足部模塊采用伸縮足結構,包括左前肢伸縮足模塊、右前肢伸縮足模塊、左后肢伸縮足模塊與右后肢伸縮足模塊,結構相同,均包括腿部連接件、驅動舵機、傳動機構與曲柄滑桿機構。
[0008]其中,腿部連接塊上安裝有驅動舵機;驅動舵機輸出軸連接有由兩個斜齒輪構成的傳動機構;驅動舵機通過傳動機構將動力輸出至曲柄滑桿機構中的曲柄一端;曲柄滑桿機構還具有連桿、伸縮桿件與滑塊;伸縮桿件又包括伸縮臂與微刺;曲柄另一端與連桿一端相連,形成轉動副;連桿另一端與伸縮臂一端相連,形成轉動副;伸縮臂另一端部安裝有微刺;伸縮臂上安裝有滑塊,兩者間形成移動副;滑塊與腿部連接件固定。
[0009]上述結構左前肢伸縮足模塊與右前肢伸縮足模塊左右對稱,通過腿部連接件固定于上身部左右兩側;左后肢伸縮足模塊與右后肢伸縮足模塊左右對稱,通過腿部連接件固定于下身部兩側。
[0010]在本發(fā)明具有被動腰關節(jié)的四足擺動爬壁機器人通過左前肢伸縮足模塊、右前肢伸縮足模塊、左后肢伸縮足模塊與右后肢伸縮足模塊中的勾抓附著于攀爬壁面上。運動時,左前肢伸縮足模塊、右前肢伸縮足模塊、左后肢伸縮足模塊與右后肢伸縮足模塊中的足部驅動舵機驅動伸縮臂伸縮運動,實現爬壁機器人在攀爬壁面上的爬行,以及爬壁機器人在攀爬壁面上的脫附與附著。
[0011]本發(fā)明的優(yōu)點在于:
[0012](I)本發(fā)明四足擺動爬壁機器人,具有被動腰關節(jié)的四足擺動爬壁機器人,采用模塊化設計,使機器人結構更加清晰;使機器人不但安裝方便,而且結構緊湊;
[0013](2)本發(fā)明四足擺動爬壁機器人,設計有彈簧緩沖結構,通過前后壓簧的伸縮量起到緩沖效果,使得整個機器人能夠有效吸收減緩沖擊能量;
[0014](3)本發(fā)明具有被動腰關節(jié)的四足擺動爬壁機器人,上下身模塊采用一體化成型制備,內部開有多個型腔,有效保護了嵌入其中的易損部件;
[0015](4)本發(fā)明具有被動腰關節(jié)的四足擺動爬壁機器人,設計活動腰關節(jié)結構作為上下身的連接,使上身模塊與下身模塊具有相對運動,利用主動足帶動腰關節(jié)被動運動,是一種更新型運動形式。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明具有被動腰關節(jié)的四足擺動爬壁機器人整體結構示意圖;
[0017]圖2為本發(fā)明具有被動腰關節(jié)的四足擺動爬壁機器人中伸縮足模塊結構示意圖;
[0018]圖3為伸縮足模塊中伸縮桿件結構示意圖。
[0019]圖中:
[0020]1-身部模塊2-伸縮足模塊101-上身部
[0021]102-下身部103-腰關節(jié)103a-上耳片
[0022]103b-下耳片103c-銷軸201-腿部連接件
[0023]202-足部驅動舵機203-傳動機構204-曲柄滑桿機構
[0024]205-調節(jié)件201a-左部連接塊 201b_中部安裝臺面
[0025]201c-右部連接塊203a-斜齒輪A203b_斜齒輪B
[0026]203c-斜齒輪軸 204a-曲柄204b_連桿
[0027]204c-伸縮桿件 204d-滑塊204cl_足端緩沖筒
[0028]204c2-彈簧軸心 204c3_ 壓簧 A204c4_ 壓簧 B
[0029]204c5-足端螺套 204c6_微刺204c7_伸縮臂
【具體實施方式】
[0030]下面將結合附圖對本發(fā)明做進一步的詳細說明。
[0031]本發(fā)明具有被動腰關節(jié)的四足擺動爬壁機器人,包括身部模塊I與伸縮足模塊2,如圖1所示;其中,所述身部模塊I包括上身部101、下身部102與腰關節(jié)103 ;上身部101與下身部102結構相同,均為矩形結構,采用鋁合金材料制成,具有中空型腔,表面開有減重孔;型腔內用來安裝電池與控制板。上身部101與下身部102上下對稱設置,之間通過腰關節(jié)103連接。所述腰關節(jié)103由上耳片103a、下耳片103b以及銷軸103c組成;其中,上耳片103a與下耳片103b分別固定安裝于上身部101下端與下身部102上端相對設置;上耳片103a與下耳片103b疊放,通過銷軸103c將上耳片103a與下耳片103b連接,構成旋轉副,使上耳片103a與下耳片103b間可相對左右轉動。
[0032]所述伸縮足模塊2包括左前肢伸縮足模塊、右前肢伸縮足模塊、左后肢伸縮足模塊與右后肢伸縮足模塊四個部分,結構相同,均包括腿部連接件201、足部驅動舵機202、傳動機構203、曲柄滑桿機構204,如圖2所示。
[0033]其中,腿部連接塊201為由左部連接塊201a、中部安裝臺面201b以及右部連接塊201c構成的一體結構;中部安裝臺面201b用來設置足部驅動舵機202。
[0034]傳動機構203包括斜齒輪A203a、斜齒輪B203b與斜齒輪軸203c。斜齒輪A203a與斜齒輪B203b為一組正交斜齒輪;斜齒輪A203a固定于足部驅動舵機202上;斜齒輪B203b固定在斜齒輪軸203c上;斜齒輪軸203c與腿部連接件201中的中部安裝臺面201b垂直設置,且通過軸承與中部安裝臺面201b連接,并使斜齒輪A203a與斜齒輪B20b嚙合。本發(fā)明中在足部驅動舵機202左右兩側分別固定安裝有調節(jié)件205,調節(jié)件205上沿左右方向開有調節(jié)槽;位于左部的調節(jié)件205通過調節(jié)螺釘A穿過調節(jié)槽與左部連接塊201a相連;位于右部的調節(jié)件205通過調節(jié)螺釘B穿過調節(jié)槽與右部連接塊201c相連,使足部驅動
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