CN110524515B

CN110524515B - 一种螺旋收缩式移动机器人

Info

Publication number: CN110524515B
Application number: CN201910830630.4A
Authority: CN
Inventors: 龙樟; 王根; 王荣; 谌贵辉; 冯文荣; 梁春平
Original assignee: Southwest Petroleum University
Current assignee: Southwest Petroleum University
Priority date: 2019-09-04
Filing date: 2019-09-04
Publication date: 2021-01-26
Anticipated expiration: 2039-09-04
Also published as: CN110524515A

Abstract

本发明的一种螺旋收缩式移动机器人，包括：壳体，其包括上端盖、下端盖和连接于两所述上端盖和下端盖之间的柔性套；多个以可自转的方式设置于所述壳体内的螺旋杆，所述螺旋杆绕壳体轴线均匀分布于壳体内，且各螺旋杆的中轴线与壳体轴线相互平行；驱动机构，其至少用于驱动各所述螺旋杆绕中轴线同步自转。本发明通过电机带动转盘转动，使转盘上的多个行星齿轮以及与行星齿轮相互固定螺旋杆旋转，使包围螺旋杆的柔性套产生起伏式波浪般运动,即在螺旋杆同一位置处同时呈现收缩或舒张状态,利用柔性套与地面的摩擦,使本机器人获得前进的动力。

Description

一种螺旋收缩式移动机器人

技术领域

本发明涉及机器人领域，具体为一种螺旋收缩式移动机器人。

背景技术

近年来,越来越多的专家学者注意到生物的柔性与灵活性,提出了仿生柔性机器人概念,使其成为机器人领域的一个研究热点,柔性机器人技术发展较快,但还主要以实验样机为主,在驱动方式方面,目前研究机构主要有两个方向:第一个方法是模仿人或者动物的肌肉的运动原理,第二种就是利用环境的变化来获取动力,比如温度、空气以及光照等方式。

基于此，研究人员给出了如波动、爬行、匍匐和游动等形式的仿生机器人，如基于形状记忆合金SMA的驱动方案。由于SMA蠕动机器人采用微型直流电机、伺服电机，气动功率微型泵，或特定情况下的外磁场驱动方案，在机器人机动性和控制性能上有很多局限性。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单紧凑且可靠性高的螺旋收缩式移动机器人。

本发明的一种螺旋收缩式移动机器人，包括：

壳体，其包括上端盖、下端盖和连接于两所述上端盖和下端盖之间的柔性套；上、下端盖和柔性套共同形成一圆筒形封闭的安装空间，以安装螺旋杆；

多个以可自转的方式设置于所述壳体内的螺旋杆，所述螺旋杆绕壳体轴线均匀分布于壳体内，且各螺旋杆的中轴线与壳体轴线相互平行；螺旋杆的位置应尽量远离壳体的轴线，确保螺旋杆能够撑开柔性套，并使柔性套的表面形成波浪形起伏结构；

驱动机构，其至少用于驱动各所述螺旋杆绕中轴线同步自转，当各个螺旋杆在驱动机构的驱动下绕自身轴线同步自转时，柔性套外表面形成起伏式波浪般运动,即在螺旋杆同一位置处同时呈现收缩或舒张状态,利用柔性套与地面的摩擦,使本机器人获得前进的动力。

驱动机构应包括动力装置和现有一切形式能够将动力装置的动力分配至各个螺旋杆的传动机构，如行星齿轮机构等。

所述驱动机构为两组分别设置于所述上端盖和下端盖的行星齿轮系；所述行星齿轮系包括可转动连接于所述上端盖或下端盖的转盘，沿环形分布于所述转盘并与转盘转动连接的多个行星齿轮以及固定于所述上端盖或下端盖并与所述行星齿轮啮合的内齿圈；所述转盘通过动力源装置驱动其相对于壳体转动；所述螺旋杆连接于所述两组行星齿轮系中的对应的两行星齿轮之间；转盘转动时，各行星齿轮也将随之绕壳体的轴线进行公转；同时，由于各个行星齿轮与外齿圈相互啮合，因此，各行星齿轮在公转的同时，也将绕着自身轴线进行自转。由于螺旋杆的两端分别固定在上部和下部的两个相对的行星齿轮的转轴之间，且上部转盘主动驱动转动下部转盘被动转动促使上部转盘与下部转盘形成相位差，因此，各个螺旋杆也将随行星齿轮一边自转一边公转并产生螺旋变形。弹性套裹紧各个螺旋杆，因此，弹性套的外表面呈高低起伏的波浪形态，使本机器人获得前进的动力。

进一步，所述转盘包括中心圆盘、同轴外套于所述中心圆盘的外环和连接于所述中心圆盘和外环之间的多个辐条，所述行星齿轮一一对应连接于所述辐条。

进一步，所述内齿圈通过多个沿周向均布的连接套筒同轴固定于所述上端盖或下端盖。连接套筒设有螺纹孔，可利用螺钉将内齿圈与上端盖或下端盖相互固定连接。

进一步，所述柔性套为橡胶套或硅胶套；所述柔性套套箍紧所述螺旋杆。

进一步，所述行星齿轮固定有中转轴，所述转盘的辐条上安装有与所述中转轴配合的轴承。

进一步，所述驱动装置为固定于所述上端盖的电机，所述电机的输出轴传动连接于所述上端盖侧的转盘，所述下端盖侧的转盘在螺旋杆的带动下被动转动。

进一步，所述螺旋杆为柔性杆，在两组所述行星轮系转盘相位差下实现螺旋变形运动以驱动机器人移动。

本发明的有益效果：本发明通过电机带动转盘转动，使转盘上的多个行星齿轮以及与行星齿轮相互固定螺旋杆一边绕壳体轴线公转，一边绕其自身轴线自转,使包围杆的橡胶套产生起伏式波浪般运动,即在螺旋杆同一位置处同时呈现收缩或舒张状态,利用柔性套与地面的摩擦,使本机器人获得前进的动力，本发明在资源勘测、救灾救援、管道检测、军事侦察等领域具有良好的应用前景。

附图说明

图1为本发明的机器人的内部结构示意图；

图2为本发明的机器人的剖视图；

图3为本发明的机器人的俯视图；

图4为本发明的机器人的整体示意图。

附图标记：1.上端盖 2.螺旋杆 3.套筒 4.内齿圈 5.行星齿轮 6、柔性套 7.转盘8.下端盖 9.辐条。

具体实施方式

以下将结合实施例对本发明涉及的螺旋收缩式机器人进一步详细说明。

如图1所示，本实施例的一种螺旋收缩式移动机器人，包括：

壳体，其包括上端盖1、下端盖8和连接于两所述上端盖1和下端盖8之间的柔性套；上端盖1和下端盖8均采用圆盘结构，柔性套6可现有橡胶、硅胶等弹性材料制作，同时具有较好的耐磨性。

两组分别设置于所述上端盖1和下端盖8的行星齿轮系；所述行星齿轮5系包括可转动连接于所述上端盖1或下端盖8的转盘7，沿环形分布于所述转盘7并与转盘7转动连接的多个行星齿轮5以及固定于所述上端盖1或下端盖8并与所述行星齿轮5啮合的内齿圈4；转盘7可通过轴承等零件安装在上端盖1或下端盖8上，并确保转盘7与端盖保持同轴，行星齿轮5的数量根据整个机器人的大小而定，其沿环形均匀分布在转盘7上，并通过轴承等零件与转盘7连接，确保每一个行星齿轮5均能进行自转；

螺旋杆2，其连接于所述两组行星齿轮5系中的对应的两行星齿轮5之间，螺旋杆2的上下两端分别于上部和下部的两个相互对应的行星齿轮5相互固定；

驱动装置，其用于驱动所述转盘7相对于壳体转动，驱动装置可采用现有一切能够输出旋转动力的装置，其安装在壳体上，并可直接或通过传动机构将动力传递至转盘7处，以驱动转盘7转动；

转盘7转动时，各行星齿轮5也将随之绕壳体的轴线进行公转；同时，由于各个行星齿轮5与外齿圈相互啮合，因此，各行星齿轮5在公转的同时，也将绕着自身轴线进行自转。由于螺旋杆2的两端分别固定在上部和下部的两个相对的行星齿轮5的转轴之间，且上部转盘7主动驱动转动下部转盘7被动转动促使上部转盘7与下部转盘7形成相位差，因此，各个螺旋杆2也将随行星齿轮5一边自转一边公转并产生螺旋变形。柔性套6裹紧各个螺旋杆2，因此，弹性套的外表面呈高低起伏的波浪形态，各螺旋杆2转动时，弹性套将发生起伏式波浪般运动,即在螺旋杆2同一位置处同时呈现收缩或舒张状态,利用橡胶套与地面的摩擦,使本机器人获得前进的动力；

优选实施方案中，所述转盘7包括中心圆盘、同轴外套于所述中心圆盘的外环和连接于所述中心圆盘和外环之间的多个辐条9，所述行星齿轮5一一对应连接于所述辐条9，圆盘采用这种结构，可进一步削减机器人整体的自重。

优选实施方案中，所述内齿圈4通过多个沿周向均布的连接套筒3同轴轴固定于所述上端盖1或下端盖8，内齿圈4、上端盖1或下端盖8的端面上沿环形均匀分布多个安装孔；可利用螺钉等紧固件将端盖、连接套筒3和内齿圈4相互固定。

优选实施方案中，所述柔性套6为橡胶套或硅胶套；所述柔性套6箍紧所述螺旋杆2，使橡胶条的外表面呈现出波浪起伏形态。

优选实施方案中，所述行星齿轮5固定有中转轴，所述转盘7的辐条9上安装有与所述中转轴配合的轴承，螺旋杆2的两端分别与位于上部和下部的两个对应的行星齿轮5的中转轴相互固定。

优选实施方案中，所述驱动装置为固定于所述上端盖1的电机，电机的机体固定在上端盖1的顶部，其传动轴向下伸入到壳体内，并传动连接于上端盖侧的转盘，所述下端盖侧的转盘在螺旋杆的带动下被动转动。

优选实施方案中，所述螺旋杆为柔性杆，在两组所述行星轮系转盘相位差下实现螺旋变形运动以驱动机器人移动。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims

1.一种螺旋收缩式移动机器人，其特征在于，包括：

壳体，其包括上端盖、下端盖和连接于两所述上端盖和下端盖之间的柔性套；

多个以可自转的方式设置于所述壳体内的螺旋杆，所述螺旋杆绕壳体轴线均匀分布于壳体内，且各螺旋杆的中轴线与壳体轴线相互平行；

驱动机构，其至少用于驱动各所述螺旋杆绕中轴线同步自转；

所述驱动机构包括两组分别设置于所述上端盖和下端盖的行星齿轮系；所述行星齿轮系包括可转动连接于所述上端盖或下端盖的转盘，沿环形分布于所述转盘并与转盘转动连接的多个行星齿轮以及固定于所述上端盖或下端盖并与所述行星齿轮啮合的内齿圈；所述转盘通过动力源装置驱动其相对于壳体转动；所述螺旋杆连接于所述两组行星齿轮系中的对应的两行星齿轮之间。

2.根据权利要求1所述的一种螺旋收缩式移动机器人，其特征在于：所述转盘包括中心圆盘、同轴外套于所述中心圆盘的外环和连接于所述中心圆盘和外环之间的多个辐条，所述行星齿轮一一对应连接于所述辐条。

3.根据权利要求2所述的一种螺旋收缩式移动机器人，其特征在于：所述内齿圈通过多个沿周向均布的连接套筒同轴固定于所述上端盖或下端盖。

4.根据权利要求3所述的一种螺旋收缩式移动机器人，其特征在于：所述柔性套为橡胶套或硅胶套；所述柔性套箍紧所述螺旋杆。

5.根据权利要求4所述的一种螺旋收缩式移动机器人，其特征在于：所述行星齿轮固定有中转轴，所述转盘的辐条上安装有与所述中转轴配合的轴承。

6.根据权利要求5所述的一种螺旋收缩式移动机器人，其特征在于：所述驱动装置为固定于所述上端盖的电机，所述电机的输出轴传动连接于所述上端盖侧的转盘，所述下端盖侧的转盘在螺旋杆的带动下被动转动。

7.根据权利要求6所述的一种螺旋收缩式移动机器人，其特征在于：所述螺旋杆为柔性杆，其在两组所述行星轮系的转盘相位差下实现螺旋变形运动以驱动机器人移动。