CN106364584A - 蜘蛛探测仿生机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种蜘蛛探测仿生机器人,蜘蛛腹状机身两侧装有三对仿昆虫机械爪,这三对仿昆虫机械仿生爪中有两对仿昆虫的机械跗节和一对能够清除障碍物的机械手;其中一对仿昆虫的机械跗节上装有机械爪;蜘蛛腹状机身内部装有***头、传感器、电源、无线控制装置。该机器人中间的一对机械足设计成机械手结构,能够很好的清除周围的障碍物。另外,前后两对跗足上都有车轮结构,可以实现在平坦的大路上高速行驶。腹部结构主要用来装载控制装置,芯片以及供电电源,内部还有摄像头,能够勘察前方的路况,传送图像信息。这种机器人可以应用于地震后灾区、地势复杂的山区等复杂地段进行勘探,减少人员的伤亡。
Description
技术领域
本发明涉及一种仿生机器人,具体涉及一种根据昆虫的仿生跗节行走和抓地原理设计出机械仿生跗节,实现该机器人在复杂地段的安全快速行驶。
背景技术
在事故现场中,许多条件限制人类到达;在科研中,工作人员难以进入狭小的空间给某些方面的信息采集和研究带来了不便;在军事上,侦察兵进入敌区探测敌情存在很大的生命危险;在恐怖事件中,随时***的炸弹给排爆人员造成了极大的心理压力。针对上述难题,蜘蛛探测仿生机器人的研究制作,是模拟昆虫的运动形态开发设计的一种仿生机器人, 可以代替人类在恶劣复杂的环境中进行所需的勘探等操作。
目前国内国外所研制的用于灾区等紧急情况的地质现场的救援和勘探机器人都存在对复杂地形严重的移动阻碍问题,传统的这类机器人大都采用履带或者轮子进行行走,当遇到障碍物时,需要花费更多的时间去越障,错过最佳救援时间。
在短短半个世纪的时间里,机器人的研究就已经历了4个发展阶段:工业机器人、遥控机器人、智能机器人和仿生机器人。从机器人的角度来看,仿生机器人是机器人发展的最高阶段;从仿生学的角度来看,仿生机器人是仿生学理论的完美综合与全面应用。仿生机器人指的是利用各种无机元器件和有机功能体所组建起来的在运动机理和行为方式、感知模式和信息处理、控制协调和计算推理、能量代谢和材料结构等多方面具有生命形态特征,从而可以在未知的非结构化环境中灵活、可靠、高效地完成各种复杂任务的机器人***。近年来,随着昆虫仿生学理论与计算机技术的飞速发展,使得多足仿生机器人成为大家关注的焦点。国内外多所大学和研究机构,相继成功研制出了性能卓越的多足仿生机器人。
蜘蛛探测仿生机器人针对多环境科研数据采集,灾难现场救援探测,战场侦察,公共场所安检等领域而设计研制。通过多种信息采集模块组合搭配,以完成不同的任务需求。该机器人所采集到的数据信息通过无线传送发回控制终端,为各种任务的决策者提供实时现场信息,从而辅助决策。仿生多功能野外勘探机器人上装有红外避障传感器,可准确判断并精确躲避障碍物,自带机械手也可清理周围杂物,为勘探创造更加有利的条件。仿生多功能野外勘探机器人主要用于矿灾、震灾后极端环境下的探测搜救。它可通过狭小空间,通过人机交互控制实现复杂地矿地貌环境下的信息获取,探测生命迹象,争取救援时间,提高援救效率。
发明内容
本发明是要提供一种蜘蛛探测仿生机器人,该机器人采用仿生学技术进行设计,模仿蜘蛛等昆虫的跗节结构,设计出机械跗节,这种跗节的抓地能力强,接触面积大,能够像昆虫一样在复杂的废墟地段实现快速行走和探测;另外机械跗节上设计有车轮,与机械跗节之间实现自由切换,能够在平坦的大路上快速行驶。
为了实现上述目的,本发明的技术方案是:一种蜘蛛探测仿生机器人,具有一个蜘蛛腹状机身,仿昆虫机械爪,所述蜘蛛腹状机身两侧装有三对仿昆虫机械爪,所述三对仿昆虫机械仿生爪中具有两对仿昆虫的机械跗节和一对能够清除障碍物的机械手;其中一对仿昆虫的机械跗节上装有机械爪 ;所述蜘蛛腹状机身内部装有***头、传感器、电源和无线控制装置,通过无线控制装置对该机器人进行远程操控,用于控制仿生机器人的行走,跨障。
所述蜘蛛腹部机身采用透明有机玻璃制成,其蜘蛛腹部结构用于减少在运动过程中的空气阻力。
所述机械跗节中部设有车轮,并通过液压驱动,实现抓合,舒展以及180度旋转,使机械跗节和车轮之间实现自由切换,用于在平坦大路上高速行驶。
所述机械手具有仿照螃蟹的钳子,钳子通过液压驱动来清除周围的障碍物。
本发明的有益效果是:
本发明的蜘蛛侦探仿生机器人,通过仿照昆虫结构的仿生设计,能够克服传统侦探机器人的越障能力不足的缺陷。该款仿生机器人,通过无线远程控制,实现该机器人的跨障和越障功能。该机器人机身的仿蜘蛛腹部形状设计很好的减少了空气阻力,该机身采用透明超强度有机玻璃设计,内部装有红外摄像头,能够很清晰的将图像传给后方,及时了解复杂的地形情况。该仿生机器人的六足也采用了仿生学原理,仿照昆虫的跗节进行设计,与大地接触面积大,压强大,作用力也大,因此抓地能力极强,越障也相对很容易;另外该仿生机器人机械跗节中部装有四个车轮,能够很好的实现在平坦的大路上快速机动行驶,节省了大量的时间;另外还有一对机械手,该机械手仿照动物的前足设计,夹持力度大,自由度高,能够很方便的清除周围的障碍物,保持机器人的正常行走。
该仿生侦探机器人结构相比传统机器人简单,并且功能更加的强大,能够在多种复杂的环境和地形进行探测,内部装有远程控制***和红外感应摄像头,能够很清晰的将前方的情况传给后方。该机器人独一无二的仿生六足,就有独特的功能,能够像昆虫一样在复杂的地段进行快速行走,争取了作业时间。该机器人***稳定性强,遇到突发情况能够很快恢复自控。
附图说明
图1为本发明的蜘蛛探测仿生机器人的结构立体示意图;
图2为本发明的蜘蛛探测仿生机器人的结构主视图;
图3为图2的左视图;
图4为图2的俯视图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
如图1至图4所示,一种蜘蛛探测仿生机器人,主要包括:蜘蛛腹状机身1,三对仿昆虫机械爪2。蜘蛛腹状机身1两侧装有三对仿昆虫机械爪2,三对仿昆虫机械爪2中具有两对仿昆虫的机械跗节3和一对能够清除障碍物的机械手5;其中一对仿昆虫的机械跗节3上装有机械爪 4;机械跗节3中部设有车轮6,并通过液压驱动,实现抓合与舒展以及180度旋转,使机械跗节3和车轮6之间实现自由切换,用于在平坦大路上高速行驶。机械手5具有仿照螃蟹的钳子,钳子通过液压驱动来清除周围的障碍物。蜘蛛腹状机身1内部装有微型红外摄像头,传感器,无线控制接收器,电源,以及一些无线控制装置,通过无线控制装置对该机器人进行远程操控,用于控制仿生机器人的行走,跨障。
机械跗节3其结构仿照昆虫的跗节设计,这种结构,抓地能力非常的强,与地面的接触面积比较小,压力大,不会出现打滑现象,能够和昆虫一样,实现整个机器人在复杂环境中快速移动。带有车轮的两个机械爪 4,能够实现在平坦大路的快速行驶。另外两个机械手5,自由度多,灵活自如,夹持力大,能够很方便的清除该机器人周围的障碍物,实现该机器人的快速移动。蜘蛛腹状机身有有机高强度玻璃制成,内部的微型红外摄像头,能够很清楚的探测到周围的障碍物和有生命的物体;内部的远程控制器主要用来接收后方传来的控制信号;内部的电源采用超强度锂电池,续航能力强,能够长时间完成勘察任务。
该机器人的控制***根据应用范围和需要,可实现三种运动步态的变换,分别采用32路舵机控制器和步进电机驱动器控制。包括传感器的检测,整个控制***运用遥控无线传输方式,控制范围和精度来达到所需要求。该仿生机器人在运动过程中的六足运动过程为:
第一步:第一脚,第三脚,第五脚抬起。
第二步:第一脚,第三脚,第五脚前移。
第三步:第一脚,第三脚,第五脚放下。
第四步:第二脚,第四脚,第六脚抬起。
第五步:第二脚,第四脚,第六脚前移。同时第一脚,第三脚,第五脚归位(2路,10路,17路舵机调到1500)。
第六步:第二脚,第四脚,第六脚放下。
第七步:第一脚,第三脚,第五脚抬起。
第八步:第一脚,第三脚,第五脚前移。第二脚,第四脚,第六脚归位(6路,13路,21路舵机调到1500)。
本发明所涉及的这种蜘蛛仿生探测机器人主要用于,煤矿采空区内瓦斯浓度的采样和分析;矿灾、火灾、核辐射等事故后极端环境下的搜救及信息探测;军事侦察、地下管道等非结构环境下作业。机器人还可利用其良好的环境适应能力在未来的星球探测中扮演重要角色。
本发明的作用与效果:
本发明涉及的蜘蛛仿生侦探机器人。通过远程无线控制,实现在复杂的环境中进行探测。该仿生探测机器人在运动过程中根据程序的编写,实现不同步态的转化,从而灵活的实现在复杂的地理环境中的快速移动。该仿生探测机器人前足仿生昆虫附节设计,提高了机器人运动和越障的灵活性。 作品可模拟昆虫运动,实现了机器人运动模式的多样性,使其对环境的自适应能力增强;作品所具有的模块化和可重组特点,多足爬行和四轮变换的特点使其运动更灵活,运动平稳性高;机器人通过人机互动实现了狭小物理空间环境的内部多维时空信息探测,并能有效传输。机器人独特的攀爬和翻越障碍的特性,使其在实际野外勘探的任务中能表现得更灵活。 本发明成本不高,操作简单,具有一定的智能性;工作环境要求低,可替代人类在复杂的环境下工作;有很广泛的市场需求和较高的性价比,经济效益较高;零件更换简单,框架结构可以降解等特点。具有很高的实用性和可操作性。
经过制作样机,和不断的进行样机的性能测试,该探测机器人能够很好的实现所设计的功能。前期的样机实验测试表明,该款机器人的仿生跗节和昆虫的跗节具有相似的功能,仿生跗节的设计目前国内还是处于空白阶段。该仿生跗节具备抓地的能力非常强,很容易在复杂地形上行走。当遇到道路崎岖不平、坡度较大、路面湿滑、障碍物复杂等情况且难以通过,普通轮子靠滚动摩擦抓地不牢的情况下,可以将仿生昆虫胸足的一个前足放下,通过调试前附节的抓放程度,使之抓紧地面或其他着力点。再将另一前足调试向前,调试要确保其同样抓紧并且能够提供前进动力,将后面抓合的附节松开,如此往复前行,就如同攀缘昆虫在树干上攀缘前进。该机器人的两对带有车轮的机械爪,能够实现在平坦道路上的快速移动。另外一对仿螃蟹机械钳能够清除机车周围的障碍物,保证机器人的移动不受周围障碍物的限制,最终高效的完成任务。
Claims (4)
1.一种蜘蛛探测仿生机器人,具有一个蜘蛛腹状机身(1),仿昆虫机械爪(2),其特征在于:所述蜘蛛腹状机身(1)两侧装有三对仿昆虫机械爪(2),所述三对仿昆虫机械仿生爪(2)中具有两对仿昆虫的机械跗节(3)和一对能够清除障碍物的机械手(5);其中一对仿昆虫的机械跗节(3)上装有机械爪 (4),所述蜘蛛腹状机身(1)内部装有***头、传感器、电源和无线控制装置,通过无线控制装置对该机器人进行远程操控,用于控制仿生机器人的行走,跨障。
2.根据权利要求1所述的蜘蛛探测仿生机器人,其特征在于:所述蜘蛛腹部机身(1)采用透明有机玻璃制成,其蜘蛛腹部结构用于减少在运动过程中的空气阻力。
3.根据权利要求1所述的蜘蛛探测仿生机器人,其特征在于:所述机械跗节(3)中部设有车轮(6),并通过液压驱动,实现抓合与舒展以及180度旋转,使机械跗节(3)和车轮(6)之间实现自由切换,能够在平坦的大路上高速行驶。
4.根据权利要求1所述的蜘蛛探测仿生机器人,其特征在于:所述机械手(5)具有仿照螃蟹的钳子,钳子通过液压驱动来清除周围的障碍物。
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