CN114044062B - 一种基于两杆张拉机构的折纸爬行机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于两杆张拉机构的折纸爬行机器人，包括：第一连接板，两杆张拉机构，爬行足以及折纸驱动机构，与传统工业机器人、轮式机器人等相比较，本发明通过两杆张拉机构、折纸驱动机构的配合应用，改变了传统机器人体积大，质量沉，柔性差，控制***复杂等不足。本发明可变形性强，自适应性强，抗多向冲击力强，稳定性高，结构制造简单便捷，占地面积小且制造费用低。能够实现爬行的运动状态，可以在多种地形中完成搜寻和运输，有望大力发展，在爬行机器人领域或更多领域实现其实际应用价值。

Description

一种基于两杆张拉机构的折纸爬行机器人

技术领域

本发明涉及爬行机器人技术领域，更具体的说是涉及一种基于两杆张拉机构的折纸爬行机器人。

背景技术

目前，随着多种项目针对搜寻和运输等情况，需要机器人在地面上进行爬行运动，目前存在的部分机器人可以完成类似的运动。但对于一些特殊狭小、承重不够或大量使用的场合来说，对部分机器人来说是困难的，它们自身体积庞大，柔性较差且制造费用昂贵，而且具有较低的可变形性，很弱的自适应性和较低的抗多向冲击性。传统的爬行机器人受到对于结构和占地等的限制，不能保证其运动的灵活性和效率，且不能满足机器人轻量化的需求。

因此，如何提出一种兼具灵活性、稳定性及占据空间小、制造成本低的爬行机器人是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

为此，本发明的目的在于提出一种基于两杆张拉机构的折纸爬行机器人，解决传统机器人结构臃肿，使用灵活度低，效率低且占用空间大的问题。

本发明提供了一种基于两杆张拉机构的折纸爬行机器人，包括：

第一连接板，所述第一连接板中部具有贯通的槽口，所述槽口周围形成安装平面；

两杆张拉机构，所述两杆张拉机构包括第二连接板、第三连接板及弹簧，所述第二连接板和所述第三连接板为交叉布置的弯折构件，其两者第一端一一对应铰接于所述第一连接板的两端；第二端分别对应铰接有第四连接板和第二连接板；所述第一连接板、所述第二连接板和所述第三连接板两两之间通过弹簧连接；

爬行足，所述爬行足包括布置于所述第四连接板处的第一爬行足，和布置于所述第二连接板处的第二爬行足；所述第一爬行足通过设置于所述第四连接板上的第二舵机驱动；以及

折纸驱动机构，所述折纸驱动机构为两组，其顶部均位于所述安装平面上，底部经过所述槽口向下、且一一对应连接至所述第二连接板和所述第三连接板底部，改变所述第二连接板和所述第三连接板的交叉状态，以改变所述第一爬行足和所述第二爬行足与接触面的摩擦力。

经由上述的技术方案可知，与传统工业机器人、轮式机器人等相比较，本发明公开提供了一种基于两杆张拉机构的折纸爬行机器人，通过两杆张拉机构、折纸驱动机构的配合应用，改变了传统机器人体积大，质量沉，柔性差，控制***复杂等不足。本发明可变形性强，自适应性强，抗多向冲击力强，稳定性高，结构制造简单便捷，占地面积小且制造费用低。能够实现爬行的运动状态，可以在多种地形中完成搜寻和运输，有望大力发展，在爬行机器人领域或更多领域实现其实际应用价值。

进一步地，所述第二连接板和所述第三连接板结构相同，均包括底部相连的两个连接板，每一个所述连接板均包括：竖直连接段、第一弯折段、水平段及第二弯折段，所述竖直连接段铰接于所述第一连接板一端，其底部依次连接所述第一弯折段、所述水平段及所述第二弯折段，所述竖直连接段和所述第一弯折段内侧形成钝角，所述第一弯折段和所述第二弯折段平行布置、且所述第一弯折段长度小于所述第二弯折段长度值。

进一步地，所述弹簧包括第一组拉伸弹簧、第二组拉伸弹簧及第三组拉伸弹簧，所述第一组拉伸弹簧连接于所述第二连接板底部和所述第三连接板顶部之间；所述第二组拉伸弹簧连接于所述第二连接板顶部和所述第三连接板底部之间；所述第三组拉伸弹簧连接于所述第二连接板和所述第三连接板底部。

进一步地，所述第四连接板和所述第二连接板中部均开设有安装槽，所述第一爬行足滚动安装于所述第四连接板对应的安装槽内，所述第二爬行足滚动安装于所述第二连接板对应的安装槽内。

进一步地，所述第一爬行足和所述第二爬行足均为圆柱状。

进一步地，每一组所述折纸驱动机构均包括第一舵机，及连接杆，所述第一舵机固定于所述安装平面上，其输出端连接所述连接杆头部，所述连接杆为弯折构件，其底部向外弯折经过所述槽口向下延伸，并铰接至所述第二连接板或所述第三连接板底部，两组折纸驱动机构中的对应的两个连接杆，呈交叉布置。

进一步地，所述第一舵机输出端连接有固定板，所述固定板上依次等距开设有多个连接孔一，所述接杆头部设置有连接孔二，所述连接孔一和所述连接孔二通过螺柱铰接。

进一步地，所述第一连接板、所述第二连接板、所述第三连接板、所述第四连接板和所述第二连接板对应的铰接处均采用微型合页或铰链连接。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明提供的一种基于两杆张拉机构的折纸爬行机器人结构示意图；

图2和图3附图示出了本发明提供的一种基于两杆张拉机构的折纸爬行机器人一个运动状态的结构示意图；

图4附图示出了本发明提供的一种基于两杆张拉机构的折纸爬行机器人另一个运动状态的结构示意图；

图中：1-第一连接板、2-第二连接板、201-竖直连接段，202-第一弯折段，203-水平段，204-第二弯折段，3-第三连接板、4-第四连接板、5-第五连接板、6-微型合页或铰链、7-第一组拉伸弹簧、8-第二组拉伸弹簧、9-第三组拉伸弹簧、10(11)-连接杆、12-连接孔、13-连接塞、14(15)-第一舵机、16-第二舵机，17-第一爬行足，18-第二爬行足。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

现有爬行机器人存在的技术问题是：具有较低的可变形性，很弱的自适应性和较低的抗多向冲击性，且自身体积庞大、柔性较差、制造费用昂贵。受到对于结构和占地等的限制，不能保证其运动的灵活性和效率，且不能满足机器人轻量化的需求。

鉴于此，本发明实施例公开了一种基于两杆张拉机构的折纸爬行机器人，参见附图1-4，具体包括：第一连接板1、两杆张拉机构，爬行足以及折纸驱动机构。所述第一连接板1中部具有贯通的槽口，槽口可以是方形口，长方形口，圆形口等等，所述槽口周围形成安装平面；所述两杆张拉机构包括第二连接板2、第三连接板3及弹簧，所述第二连接板2和所述第三连接板3为交叉布置的弯折构件，其两者第一端一一对应铰接于所述第一连接板1的两端；第二端分别对应铰接有第四连接板4和第二连接板5；所述第一连接板1、所述第二连接板2和所述第三连接板3两两之间通过弹簧连接；所述爬行足包括布置于所述第四连接板4处的第一爬行足17，和布置于所述第二连接板5处的第二爬行足18；所述第一爬行足17通过设置于所述第四连接板4上的第二舵机16驱动；所述折纸驱动机构为两组，其顶部均位于所述安装平面上，底部经过所述槽口向下、且一一对应连接至所述第二连接板2和所述第三连接板3底部，改变所述第二连接板2和所述第三连接板3的交叉状态，以改变所述第一爬行足17和所述第二爬行足18与接触面的摩擦力。

在本发明的一个优选实施例中，所述第二连接板2和所述第三连接板3结构相同，均包括底部相连的两个连接板，每一个所述连接板均包括：竖直连接段201、第一弯折段202、水平段203及第二弯折段204，所述竖直连接段201铰接于所述第一连接板1一端，其底部依次连接所述第一弯折段202、所述水平段203及所述第二弯折段204，所述竖直连接段201和所述第一弯折段202内侧形成钝角，所述第一弯折段202和所述第二弯折段204平行布置、且所述第一弯折段202长度小于所述第二弯折段204长度值。

在本发明另一个优选实施例中，所述弹簧包括第一组拉伸弹簧7、第二组拉伸弹簧8及第三组拉伸弹簧9，所述第一组拉伸弹簧7连接于所述第二连接板2底部和所述第三连接板3顶部之间；所述第二组拉伸弹簧8连接于所述第二连接板2顶部和所述第三连接板3底部之间；所述第三组拉伸弹簧9连接于所述第二连接板2和所述第三连接板3底部。其中所述第二连接板2和所述第三连接板3对应第一组拉伸弹簧7、第二组拉伸弹簧8、第三组拉伸弹簧9挂接处均设置有通孔，方便挂接弹簧。每组拉伸弹簧均包括两根平行布置的弹簧。

在本发明的另一些优选的实施例中，所述第四连接板4和所述第二连接板5中部均开设有安装槽，所述第一爬行足17滚动安装于所述第四连接板4对应的安装槽内，所述第二爬行足18滚动安装于所述第二连接板5对应的安装槽内。

有利的是，所述第一爬行足17和所述第二爬行足18均为圆柱状。

在本发明的实施例中，每一组所述折纸驱动机构均包括第一舵机14，15及连接杆11，10，所述第一舵机14，15固定于所述安装平面上，其输出端连接所述连接杆11，10头部，所述连接杆11，10为弯折构件，其底部向外弯折经过所述槽口向下延伸，并铰接至所述第二连接板2或所述第三连接板3底部，两组折纸驱动机构中的对应的两个连接杆11，10呈交叉布置。

具体而言，连接杆10下端通孔与第二连接板2下端连接孔12处用连接塞13相连，连接塞13与第二连接板2为固定连接，连接杆10与第二连接板2下端连接孔12相对转动；连接杆11下端通孔与第三连接板3下端连接孔12处用连接塞13相连，连接塞13与第三连接板3为固定连接，连接杆11与第三连接板3下端连接孔12相对转动。连接杆10和连接杆11用于带动第二连接板2和第三连接板3相对运动。

本发明实施例中，所述第一舵机14，15输出端连接有固定板141，151，所述固定板141，151上依次等距开设有多个连接孔一，所述接杆11，10头部设置有连接孔二，所述连接孔一和所述连接孔二通过螺柱铰接。由此能够根据使用更改连接杆10，11的位置。

本发明上述实施例中，所述第一连接板1、所述第二连接板2、所述第三连接板3、所述第四连接板4和所述第二连接板5对应的铰接处均采用微型合页或铰链6连接。

运动状态时，参见附图2和3，第一阶段运动状态，第一连接板1上端第一舵机14，15同时转动且逆时针旋转，带动连接杆10，11，连接杆10和连接杆11带动第二连接板2和第三连接板3，与此同时第四连接板4上端第二舵机16顺时针旋转、同时带动第一爬行足17转动，完成第一阶段运动；参见附图4，第二阶段运动状态，第一连接板1上端第一舵机14，15同时转动且顺时针旋转，带动连接杆10，11，连接杆10和连接杆11带动第二连接板2和第三连接板3，与此同时第四连接板4上端第二舵机16逆时针旋转同时带动第一爬行足17转动完成第二阶段运动，然后恢复平衡状态；往复循环上述运动状态，机器人依靠张拉机构、折纸机构和不同摩擦力的改变完成爬行运动。

本发明通过上述结构设计改变了传统机器人体积大，质量沉，柔性差，控制***复杂等不足。与传统工业机器人、轮式机器人等相比较，可变形性强，自适应性强，抗多向冲击力强，稳定性高，结构制造简单便捷，占地面积小且制造费用低。运用两杆张拉整体机构和折纸驱动机构，能够实现爬行的运动状态，可以在多种地形中完成搜寻和运输，有望大力发展，在爬行机器人领域或更多领域实现其实际应用价值。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (7)

1.一种基于两杆张拉机构的折纸爬行机器人，其特征在于，包括：

第一连接板(1)，所述第一连接板(1)中部具有贯通的槽口，所述槽口周围形成安装平面；

两杆张拉机构，所述两杆张拉机构包括第二连接板(2)、第三连接板(3)及弹簧，所述第二连接板(2)和所述第三连接板(3)为交叉布置的弯折构件，其两者第一端一一对应铰接于所述第一连接板(1)的两端；第二端分别对应铰接有第四连接板(4)和第二连接板(5)；所述第一连接板(1)、所述第二连接板(2)和所述第三连接板(3)两两之间通过弹簧连接；

爬行足，所述爬行足包括布置于所述第四连接板(4)处的第一爬行足(17)，和布置于所述第二连接板(5)处的第二爬行足(18)；所述第一爬行足(17)通过设置于所述第四连接板(4)上的第二舵机(16)驱动；以及

折纸驱动机构，所述折纸驱动机构为两组，其顶部均位于所述安装平面上，底部经过所述槽口向下、且一一对应连接至所述第二连接板(2)和所述第三连接板(3)底部，改变所述第二连接板(2)和所述第三连接板(3)的交叉状态，以改变所述第一爬行足(17)和所述第二爬行足(18)与接触面的摩擦力；

其中，每一组所述折纸驱动机构均包括第一舵机及连接杆，所述第一舵机固定于所述安装平面上，其输出端连接所述连接杆的头部，所述连接杆为弯折构件，其底部向外弯折经过所述槽口向下延伸，并铰接至所述第二连接板(2)或所述第三连接板(3)底部；两组折纸驱动机构中对应的两个连接杆呈交叉布置；

第一阶段运动状态，每组所述折纸驱动机构中的两个所述第一舵机同时转动且逆时针旋转，同时所述第二舵机(16)顺时针旋转；第二阶段运动状态，每组所述折纸驱动机构中的两个所述第一舵机同时转动且顺时针旋转，同时所述第二舵机(16)逆时针旋转。

2.根据权利要求1所述的一种基于两杆张拉机构的折纸爬行机器人，其特征在于，所述第二连接板(2)和所述第三连接板(3)结构相同，均包括底部相连的两个连接板，每一个所述连接板均包括：竖直连接段(201)、第一弯折段(202)、水平段(203)及第二弯折段(204)，所述竖直连接段(201)铰接于所述第一连接板(1)一端，其底部依次连接所述第一弯折段(202)、所述水平段(203)及所述第二弯折段(204)，所述竖直连接段(201)和所述第一弯折段(202)内侧形成钝角，所述第一弯折段(202)和所述第二弯折段(204)平行布置、且所述第一弯折段(202)长度小于所述第二弯折段(204)长度值。

3.根据权利要求1所述的一种基于两杆张拉机构的折纸爬行机器人，其特征在于，所述弹簧包括第一组拉伸弹簧(7)、第二组拉伸弹簧(8)及第三组拉伸弹簧(9)，所述第一组拉伸弹簧(7)连接于所述第二连接板(2)底部和所述第三连接板(3)顶部之间；所述第二组拉伸弹簧(8)连接于所述第二连接板(2)顶部和所述第三连接板(3)底部之间；所述第三组拉伸弹簧(9)连接于所述第二连接板(2)和所述第三连接板(3)底部。

4.根据权利要求1所述的一种基于两杆张拉机构的折纸爬行机器人，其特征在于，所述第四连接板(4)和所述第二连接板(5)中部均开设有安装槽，所述第一爬行足(17)滚动安装于所述第四连接板(4)对应的安装槽内，所述第二爬行足(18)滚动安装于所述第二连接板(5)对应的安装槽内。

5.根据权利要求1所述的一种基于两杆张拉机构的折纸爬行机器人，其特征在于，所述第一爬行足(17)和所述第二爬行足(18)均为圆柱状。

6.根据权利要求1所述的一种基于两杆张拉机构的折纸爬行机器人，其特征在于，所述第一舵机(14，15)输出端连接有固定板(141，151)，所述固定板(141，151)上依次等距开设有多个连接孔一，所述接杆(11，10)头部设置有连接孔二，所述连接孔一和所述连接孔二通过螺柱铰接。

7.根据权利要求1-5任一项所述的一种基于两杆张拉机构的折纸爬行机器人，其特征在于，所述第一连接板(1)、所述第二连接板(2)、所述第三连接板(3)、所述第四连接板(4)和所述第二连接板(5)对应的铰接处均采用微型合页或铰链(6)连接。

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