CN205238038U - 啄取采样机器人 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于机器人领域,具体地说是一种啄取采样机器人,回转关节安装在车身内,转台的一端与回转关节连接,另一端安装有俯仰关节,颈部的一端与俯仰关节相连,另一端转动安装有头部;车身的两侧分别设有前、后车轮架,两侧的所述前车轮架均与车身转动连接,两侧的后车轮架均固接在所述车身上,前、后车轮架上均转动安装有车轮;头部、颈部、俯仰关节及回转台均通过回转关节带动转动,头部及颈部通过俯仰关节带动往复俯仰摆动,头部的一端为敲击端,另一端为啄击端,由颈部的舵机A通过传动机构A驱动转换。本实用新型采用基于啄木鸟的仿生采样机构,能够对岩石和沙土进行采样,外观独特,结构简单新颖,控制灵活,工作可靠性高。
Description
技术领域
本实用新型属于机器人领域,具体地说是一种啄取采样机器人。
背景技术
在近几十年中,随着航天科技的发展,各国的航天活动日益频繁,深空探测已引起美国、欧洲和日本等国的极大关注,各国纷纷制定自己的发展规划。为了进一步了解地球发展,考察探索太阳系,人类需对深空进行探测。深空探测分为不同的阶段,从小到大主要有月球探测、行星探测、行星际探测和星际探测。通过深空探测,能帮助人类研究太阳系及宇宙的起源和发展,进一步了解地球环境的演变,认识地球自然***和空间现象之间的关联。然而,在深空探测的领域,我国与世界强国仍有很大差距,必须加快研究步伐。从现实和长远来看,对深空的探测和开发都具有十分重要的科学和经济意义。
为了进一步探测外太空,我国须借助采样技术从地外星体上取回样本,并在地面实验室对地外星体环境、地质构造、矿物成分等众多方面进行研究。采样研究是这些地外星体探测的重要一环,也是开展探测的主要目的之一。采样装置的研究设计是探测过程中不可缺少的重要环节,空间采样***要求采样机构空间尺寸紧凑、采样效率高,能够适应地外星体表面低重力、强辐射及昼夜温差大等特点;因此,研究新型的地外星体表层采样机构具有重要意义。
实用新型内容
为了满足研究新型地外星体表层取样的要求,本实用新型的目的在于提供一种啄取采样机器人。该啄取采样机器人采用基于啄木鸟的仿生采样机构,能够对岩石和沙土进行采样。
本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的:
本实用新型包括头部、颈部、俯仰关节、回转台、回转关节、前车轮架、车轮、后车轮架及车身,其中回转关节安装在车身内,所述回转台的一端与该回转关节连接,另一端安装有所述俯仰关节,所述颈部的一端与俯仰关节相连,另一端转动安装有所述头部;所述车身的两侧分别设有前车轮架及后车轮架,两侧的所述前车轮架均与车身转动连接,两侧的所述后车轮架均固接在所述车身上,所述前车轮架及后车轮架上均转动安装有车轮;所述头部、颈部、俯仰关节及回转台均通过回转关节带动转动,所述头部及颈部通过俯仰关节带动往复俯仰摆动,所述头部的一端为敲击端,另一端为啄击端,由所述颈部的舵机A通过传动机构A驱动转换。
其中:所述头部一端的敲击端为用于敲击的圆柱平头,另一端的啄击端为用于啄击的四棱锥形状,该四棱锥的任一侧面上开有用于取样的凹槽;所述颈部包括颈部安装箱、舵机A及传动机构A,该颈部安装箱的一端与所述俯仰关节相连,另一端与所述头部转动连接,所述舵机A安装在颈部安装箱内,通过所述传动机构A与头部相连,通过该舵机A驱动所述头部在敲击端与啄击端之间转换;
所述俯仰关节包括舵机B、关节内壳、关节外壳及传动机构B,该关节内壳安装在所述回转台上,所述关节外壳位于关节内壳的***,一端与该关节内壳转动连接,另一端与所述回转台转动连接,且所述关节外壳的另一端与所述颈部的一端相连;所述舵机B安装在关节内壳内,输出轴通过所述传动机构B与关节外壳相连接,通过所述关节外壳带动颈部及头部往复俯仰摆动;所述传动机构B包括内齿轮A及外齿圈A,该内齿轮A与所述舵机B的输出轴相连,所述外齿圈A安装在所述关节外壳另一端的内表面,并与所述内齿轮A啮合传动;所述回转台包括底板及分别安装在该底板两侧的侧板A、侧板B,该底板安装在所述回转关节上,所述关节内壳固接在侧板B上,所述关节外壳的另一端与所述侧板A转动连接;
所述回转关节包括舵机C、关节内套、关节外套及传动机构C,该关节内套安装在所述车身上,所述关节外套位于关节内套的***,并与该关节内套转动连接,所述回转台的一端安装在该关节外套上;所述舵机C安装在关节内套内,输出轴通过所述传动机构C与关节外套相连接,通过所述关节外套带动回转台、俯仰关节、颈部及头部转动;所述传动机构C包括内齿轮B及外齿圈B,该内齿轮B与所述舵机C的输出轴相连,所述外齿圈B安装在所述关节外套的内表面,并与所述内齿轮B啮合传动;
所述车轮包括舵机D、轮体、轴承盖及输出轴,该舵机D安装在前车轮架或后车轮架的内侧,所述轮体转动安装在所述前车轮架或后车轮架的外侧,所述输出轴的一端与舵机D的输出轴相连,另一端通过轴承盖与所述轮体连接,所述轮体通过舵机D的驱动转动;所述前车轮架呈倒置的“V”字形,该“V”字形开口两端均安装有所述车轮,所述后车轮架的一端固接在车身上,另一端安装有所述车轮;所述轮体的外圆周表面为凹槽式履刺结构,即该轮体的外圆周表面均布有多个履刺,相邻履刺之间形成凹槽。
本实用新型的优点与积极效果为:
1.本实用新型采用基于啄木鸟的仿生采样机构,产生的冲击力大,可靠性强,能实现对高硬度岩石的开采。
2.本实用新型结构简单、新颖,整个机器人共有三个关节(回转关节、俯仰关节、颈部的舵机带动头部),进行采样时仅需控制一个关节,采样精确度高。
3.本实用新型利用头部凹槽采样,方式简单,易于控制,采样效率高。
4.本实用新型的车轮表面采用凹槽式履刺,可限制沙土的侧向流动而使牵引效率提高,增加与接触面摩擦力,实现快速平稳移动。
5.本实用新型的前车轮架为随动***,可适应上坡、下坡、障碍物多种路况;后车轮架固定于车身上,使啄取时车体保持稳定。
6.本实用新型结构紧凑,外观小巧,重量轻,功耗小。
附图说明
图1为本实用新型的整体结构左视图;
图2为本实用新型车身内部的结构示意图;
图3为本实用新型的整体结构后视图;
图4为本实用新型的整体结构俯视图;
图5为本实用新型颈部的结构示意图;
图6为本实用新型俯仰关节及回转台的剖面图;
图7为本实用新型回转关节的剖面图;
图8为本实用新型车轮及后车轮架的剖面图;
其中:1为头部,2为颈部,3为俯仰关节,4为回转台,5为回转关节,6为前车轮架,7为车轮,8为后车架,9为车身,10为舵机,11带传动机构,12为舵机,13为轴承,14为关节外壳,15为关节内壳,16为外齿圈,17为内齿轮,18为轴承,19为侧板,20为底板,21为侧板,22为关节外套,23为外齿圈,24为轴承,25为关节内套,26为舵机,27为内齿轮,28为轮体,29为轴承盖,30为输出轴,31为轴承,32为舵机,33为卡簧,34为颈部安装箱,35为背板,36为车身侧板,37为后板。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步详述。
如图1~4所示,本实用新型包括头部1、颈部2、俯仰关节3、回转台4、回转关节5、前车轮架6、车轮7、后车轮架8及车身9,其中回转关节5安装在车身9内,回转台4的一端与该回转关节5连接,另一端安装有俯仰关节3,颈部2的一端与俯仰关节3相连,另一端转动安装有头部1。车身9的两侧分别设有前车轮架6及后车轮架8,两侧的前车轮架6均与车身9转动连接,两侧的后车轮架8均固接在车身9上,前车轮架6及后车轮架8上均转动安装有车轮7。前车轮架6为随动***(即可相对车身9转动),增加啄取采样机器人的爬坡和越障能力,后车轮架8固定在车身9上,使啄取采样机器人工作时更为稳定。本实用新型的车轮7共六个,车身9的两侧各有三个;前车轮架6呈倒置的“V”字形,该“V”字形开口两端均安装车轮7,后车轮架8的一端固接在车身9上,另一端安装车轮7。头部1、颈部2、俯仰关节3及回转台4均通过回转关节5带动转动,头部1及颈部2通过俯仰关节3带动往复俯仰摆动。头部1的一端为敲击端,该敲击端为圆柱平头,用来实现敲击功能,可在采样过程中对较坚硬岩石样本进行敲击;头部1的另一端为啄击端,该啄击端为四棱锥形状,并在四棱锥的任一侧面上开有凹槽,可利用锥尖对岩石表面进行啄击,也可***沙土进行挖掘采样。
回转关节5安装在车身9的一端,车身9的另一端(即车身9背部)利用后板37、两侧的车身侧板36及倾斜的背板35形成了承装样品的斗。
如图5所示,颈部2为中空的箱型结构,包括颈部安装箱34、舵机A10及传动机构A,该颈部安装箱34的一端与俯仰关节3相连,另一端与头部1转动连接,舵机A10安装在颈部安装箱34内,通过传动机构A与头部1相连。本实施例的传动机构A为带传动机构11,舵机A10的输出轴上连接有带轮A,颈部安装箱34的另一端设有带轮B,带轮A与带轮B通过皮带相连;带轮B的轮轴转动安装在颈部安装箱34的另一端,头部1与带轮B的轮轴连动,进而通过舵机A10驱动头部1转动、在敲击端与啄击端之间转换。
如图6所示,回转台4包括底板20及分别固定在底板20两侧的侧板A19、侧板B21,底板20固接在回转关节5上。
俯仰关节3包括舵机B12、关节内壳15、关节外壳14及传动机构B,该关节内壳15固接在侧板B21上,关节外壳14位于关节内壳15的***,一端通过轴承A13与关节内壳15转动连接,另一端通过轴承B18与侧板A19转动连接,且关节外壳14的另一端与颈部安装箱34的一端固连。关节内壳15和关节外壳14之间由轴承A13支撑,轴承A13内圈与关节内壳15配合,外圈与关节外壳14配合;关节外壳14与侧板A19之间由轴承B18支撑,轴承B18内圈与关节外壳14配合,外圈与侧板A19配合。这样使颈部2和回转台4由俯仰关节3连接形成转动副。舵机B12安装在关节内壳15内,输出轴通过传动机构B与关节外壳14相连接,通过关节外壳14带动颈部2及头部1往复俯仰摆动。本实施例的传动机构B包括内齿轮A17及外齿圈A16,该内齿轮A17与舵机B12的输出轴相连,外齿圈A16安装在关节外壳14另一端的内表面,并与内齿轮A17啮合传动,利用内齿轮17和外齿圈16的啮合将舵机B12的动力传递给关节外壳14,进而传递给颈部2。
如图7所示,回转关节5包括舵机C26、关节内套25、关节外套22及传动机构C,该关节内套25固接在车身9上,关节外套22位于关节内套25的***,并通过轴承C24与关节内套25转动连接,回转台4的一端固定在该关节外套22上。关节内套25和关节外套22之间由轴承C24支撑,这样使回转台4和车身9之间由回转关节5连接形成转动副。舵机C26安装在关节内套25内,输出轴通过传动机构C与关节外套22相连接,通过关节外套22带动回转台4、俯仰关节3、颈部2及头部1转动。本实施例的传动机构C包括内齿轮B27及外齿圈B23,该内齿轮B27与舵机C26的输出轴相连,外齿圈B23安装在关节外套25的内表面,并与内齿轮B27啮合传动,利用内齿轮27B和外齿圈B23的啮合将舵机C26的动力传递给回转台4。
如图8所示,车轮7包括舵机D32、轮体28、轴承盖29、输出轴30、轴承D31及卡簧33,该舵机D32通过机架固定在前车轮架6或后车轮架8的内侧,轮体28通过轴承D31转动安装在前车轮架6或后车轮架8的外侧;输出轴30的一端与舵机D32的输出轴固接,另一端与轴承盖29固接。轮体28与前车轮架6或后车轮架8之间由轴承D31支撑,轴承D31的内圈与前车轮架6或后车轮架8配合,外圈与轮体28配合。轮体28与轴承盖29固连,舵机D32输出的动力通过输出轴30传递给轴承盖29,进而传递给轮体28,给啄取采样机器人提供行进动力。轮体28的外圆周表面为凹槽式履刺结构,即该轮体28的外圆周表面均布有多个履刺,相邻履刺之间形成凹槽;凹槽式履刺结构的设计增加了与接触面的摩擦力,实现快速平稳移动。
车身9的内部布置有主电路板、电池及线路,电池通过线路与各个舵机电连接。
本实用新型的工作原理为:
由电池为车轮7上的舵机D32供电,并通过主电路板对舵机D32的转速加以控制,以实现啄取采样机器人的直行与转弯,到达采样地点后停止行走。由电池为回转关节4的舵机C26供电,使回转台4带动颈部2转动至待开采样本所在方向;为颈部2的舵机A10供电,使头部1四棱锥的尖端所指方向垂直于颈部2方向向前(或向后),然后为俯仰关节3的舵机B12供电,使颈部2带动头部1对样品进行啄击(或敲击)。对于采集沙土样本,可利用颈部2的舵机A10和俯仰关节3的舵机B12配合转动,进行挖掘采样。而后利用颈部2的舵机A10和俯仰关节3的舵机B12配合转动,将采集的样品卸入车身9背部的斗中。
本实用新型通过按照不同的方案来驱动俯仰关节、回转关节及运动副实现直行、转向、啄取样本及收集样本的采样工作。
Claims (10)
1.一种啄取采样机器人,其特征在于:包括头部(1)、颈部(2)、俯仰关节(3)、回转台(4)、回转关节(5)、前车轮架(6)、车轮(7)、后车轮架(8)及车身(9),其中回转关节(5)安装在车身(9)内,所述回转台(4)的一端与该回转关节(5)连接,另一端安装有所述俯仰关节(3),所述颈部(2)的一端与俯仰关节(3)相连,另一端转动安装有所述头部(1);所述车身(9)的两侧分别设有前车轮架(6)及后车轮架(8),两侧的所述前车轮架(6)均与车身(9)转动连接,两侧的所述后车轮架(8)均固接在所述车身(9)上,所述前车轮架(6)及后车轮架(8)上均转动安装有车轮(7);所述头部(1)、颈部(2)、俯仰关节(3)及回转台(4)均通过回转关节(5)带动转动,所述头部(1)及颈部(2)通过俯仰关节(3)带动往复俯仰摆动,所述头部(1)的一端为敲击端,另一端为啄击端,由所述颈部(2)的舵机A(10)通过传动机构A驱动转换。
2.按权利要求1所述的啄取采样机器人,其特征在于:所述头部(1)一端的敲击端为用于敲击的圆柱平头,另一端的啄击端为用于啄击的四棱锥形状,该四棱锥的任一侧面上开有用于取样的凹槽。
3.按权利要求1所述的啄取采样机器人,其特征在于:所述颈部(2)包括颈部安装箱(34)、舵机A(10)及传动机构A,该颈部安装箱(34)的一端与所述俯仰关节(3)相连,另一端与所述头部(1)转动连接,所述舵机A(10)安装在颈部安装箱(34)内,通过所述传动机构A与头部(1)相连,通过该舵机A(10)驱动所述头部(1)在敲击端与啄击端之间转换。
4.按权利要求1所述的啄取采样机器人,其特征在于:所述俯仰关节(3)包括舵机B(12)、关节内壳(15)、关节外壳(14)及传动机构B,该关节内壳(15)安装在所述回转台(4)上,所述关节外壳(14)位于关节内壳(15)的***,一端与该关节内壳(15)转动连接,另一端与所述回转台(4)转动连接,且所述关节外壳(14)的另一端与所述颈部(2)的一端相连;所述舵机B(12)安装在关节内壳(15)内,输出轴通过所述传动机构B与关节外壳(14)相连接,通过所述关节外壳(14)带动颈部(2)及头部(1)往复俯仰摆动。
5.按权利要求4所述的啄取采样机器人,其特征在于:所述传动机构B包括内齿轮A(17)及外齿圈A(16),该内齿轮A(17)与所述舵机B(12)的输出轴相连,所述外齿圈A(16)安装在所述关节外壳(14)另一端的内表面,并与所述内齿轮A(17)啮合传动。
6.按权利要求4所述的啄取采样机器人,其特征在于:所述回转台(4)包括底板(20)及分别安装在该底板(20)两侧的侧板A(19)、侧板B(21),该底板(20)安装在所述回转关节(5)上,所述关节内壳(15)固接在侧板B(21)上,所述关节外壳(14)的另一端与所述侧板A(19)转动连接。
7.按权利要求1所述的啄取采样机器人,其特征在于:所述回转关节(5)包括舵机C(26)、关节内套(25)、关节外套(22)及传动机构C,该关节内套(25)安装在所述车身(9)上,所述关节外套(22)位于关节内套(25)的***,并与该关节内套(25)转动连接,所述回转台(4)的一端安装在该关节外套(22)上;所述舵机C(26)安装在关节内套(25)内,输出轴通过所述传动机构C与关节外套(22)相连接,通过所述关节外套(22)带动回转台(4)、俯仰关节(3)、颈部(2)及头部(1)转动。
8.按权利要求7所述的啄取采样机器人,其特征在于:所述传动机构C包括内齿轮B(27)及外齿圈B(23),该内齿轮B(27)与所述舵机C(26)的输出轴相连,所述外齿圈B(23)安装在所述关节外套(25)的内表面,并与所述内齿轮B(27)啮合传动。
9.按权利要求1所述的啄取采样机器人,其特征在于:所述车轮(7)包括舵机D(32)、轮体(28)、轴承盖(29)及输出轴(30),该舵机D(32)安装在前车轮架(6)或后车轮架(8)的内侧,所述轮体(28)转动安装在所述前车轮架(6)或后车轮架(8)的外侧,所述输出轴(30)的一端与舵机D(32)的输出轴相连,另一端通过轴承盖(29)与所述轮体(28)连接,所述轮体(28)通过舵机D(32)的驱动转动。
10.按权利要求9所述的啄取采样机器人,其特征在于:所述前车轮架(6)呈倒置的“V”字形,该“V”字形开口两端均安装有所述车轮(7),所述后车轮架(8)的一端固接在车身(9)上,另一端安装有所述车轮(7);所述轮体(28)的外圆周表面为凹槽式履刺结构,即该轮体(28)的外圆周表面均布有多个履刺,相邻履刺之间形成凹槽。
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CN201521111377.0U CN205238038U (zh) | 2015-12-28 | 2015-12-28 | 啄取采样机器人 |
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CN201521111377.0U Active CN205238038U (zh) | 2015-12-28 | 2015-12-28 | 啄取采样机器人 |
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CN (1) | CN205238038U (zh) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106914882A (zh) * | 2015-12-28 | 2017-07-04 | 中国科学院沈阳自动化研究所 | 一种啄取采样机器人 |
CN108609066A (zh) * | 2018-05-09 | 2018-10-02 | 北京理工大学 | 水陆两栖仿生机器水禽 |
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2015
- 2015-12-28 CN CN201521111377.0U patent/CN205238038U/zh active Active
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN106914882A (zh) * | 2015-12-28 | 2017-07-04 | 中国科学院沈阳自动化研究所 | 一种啄取采样机器人 |
CN106914882B (zh) * | 2015-12-28 | 2023-08-18 | 中国科学院沈阳自动化研究所 | 一种啄取采样机器人 |
CN108609066A (zh) * | 2018-05-09 | 2018-10-02 | 北京理工大学 | 水陆两栖仿生机器水禽 |
CN108609066B (zh) * | 2018-05-09 | 2023-11-14 | 北京理工大学 | 水陆两栖仿生机器水禽 |
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