.根据权利要求1所述的运行在核聚变舱中的多段蠕动式蛇形机器人的控制方法，其特征是: 所述前体节侧向定位模块(I)中承载子模块(IA)的结构设置为: 以第一矩形底板(101)为底面，以第一矩形顶板(107)为顶面，在所述第一矩形底板(101)和第一矩形顶板(107)之间以前侧板(106)为前端面、以后侧板(102)为后端面，以内斜板(104M)为左端面，以外斜板(104N)为右端面形成前体节矩形框架； 在所述前体节矩形框架的外部，位于所述内斜板(104M)上设置有内滚球支承装置(105M)，位于所述外斜板(104N)上设置有外滚球支承装置(105N)，以所述内滚球支承装置(105M)和外滚球支承装置(105N)作为所述前体节矩形框架在左端面和右端面上的支撑件；在所述前体节矩形框架的外部，位于所述第一矩形底板(101)上设置有万向脚轮(103)，以所述万向脚轮(103)作为所述前体节矩形框架在底面的支撑件；所述内滚球支承装置(105M)是以核聚变舱(12)中大双环形槽道的内环壁(12M)为支撑面；所述外滚球支承装置(105N)是以所述核聚变舱(12)中大双环形槽道的外环壁(12N)为支撑面； 所述前体节侧向定位模块(I)中电驱动子模块(IB)的结构设置为: 在所述前体节矩形框架的内部，位于所述第一矩形底板(101)上并处在同轴线的位置上依次设置对开支撑子模块固定支座(108)、第一电机支座(109)、第一轴承支座(110)和第二轴承支座(113);在所述第一电机支座(109)上固定安装第一真空伺服减速电机(122)，所述第一真空伺服减速电机(122)的输出轴通过第一联轴器(121)与第一中心滚珠丝杆(114)相联接；所述第一中心滚珠丝杆(114)为阶梯轴，所述阶梯轴的两端分别通过第一双列角接触球轴承(124)和第一深沟球轴承(115)支承于所述第一轴承支座(110)和第二轴承支座(113)之间，第一螺套(111)以滚动螺旋配合套装在所述第一中心滚珠丝杆(114)的螺纹轴段上；第一移动平板(112)固装于所述第一螺套(111)上；设置第一移动平板(112)导向结构，是在所述第一中心滚珠丝杆(114)的两侧平行设置第一导向杆(118)，所述第一导向杆(118)的一端固装于第一轴承支座(110)上，另一端通过第一套筒(117)固装于第二轴承支座(113)上，所述第一移动平板(112)利用第一直线轴承(119)支承在所述第一导向杆(118)上，使所述第一移动平板(112)在所述第一螺套(111)的带动下可以在第一导向杆(118)上轴向移动；在所述第一矩形底板(101)上、位于所述第一中心滚珠丝杆(114)的正下方设置有第一光电开关(126)，所述第一光电开关(126)位于第一轴承支座(110)和第二轴承支座(113)之间设定位置处； 所述前体节侧向定位模块(I)中外侧对开支撑子模块(ID)和内侧对开支撑子模块(IC)具有如下相同的结构形式: 在所述对开支撑子模块固定支座(108)和第一移动平板(112)的旁侧设置大平板(140)，在所述大平板(140)的内侧与对开支撑子模块固定支座(108)的相对位置处固定安装联接板(132)，在所述大平板(140)的内侧与第一移动平板(112)的相对位置处固定安装滑轨(141)，所述滑轨(141)与第一中心滚珠丝杆(114)的轴线平行，在所述滑轨(141)上滑动配合有滑块(142);平行设置的第一上连杆(144)和第一下连杆(146)在一端通过第一上铰支座(129)、第一下铰支座(127)以及第一销轴(128)与对开支撑子模块固定支座(108)相铰接；在另一端通过双铰支座(143)和第四销轴(145)与所述滑块(142)相铰接；平行设置的第二上连杆(139)和第二下连杆(150)在一端通过第三上铰支座(135)、第三下铰支座(130)以及第三销轴(131)与安装联接板(132)相铰接，在另一端通过第二上铰支座(147)、第二下铰支座(149)以及第二销轴(148)与第一移动平板(112)相铰接；在所述内侧对开支撑子模块(IC)中，在其大平板的外侧固定设置内楔形支架(133M)，在所述内楔形支架(133M)的外端面上设置有内万向撑爪(134M);在所述外侧对开支撑子模块(ID)中，在其大平板的外侧固定设置外楔形支架(133N)，在所述外楔形支架(133N)的外端面上设置外万向撑爪(134N);以所述内万向撑爪(134M)和外万向撑爪(134N)在核聚变舱(12)中的大双环形槽道的内环壁(12M)和外环壁(12N)上形成支撑为锁止状态，以所述内万向撑爪(134M)和外万向撑爪(134N)脱离在核聚变舱(12)中的大双环形槽道的内环壁(12M)和外环壁(12N)上的支撑为解锁状态。
6.根据权利要求5所述的运行在核聚变舱中的多段蠕动式蛇形机器人的控制方法，其特征是:所述外滚球支承装置(105N)和内滚球支承装置(105M)具有如下相同的结构形式:导向筒(105MB)通过安装板(105MA)固定在内斜板(104M)上，弹簧压块(105MF)嵌装于导向筒(105MB)内且与导向筒(105MB)为滑动配合，在安装板(105MA)与弹簧压块(105MF)之间套装有波形弹簧(105MC)，球铰座(105MD)与弹簧压块(105MF)螺纹联接，并有滚球(105ME)与所述球铰座(105MD)球铰配合。
7.根据权利要求5所述的运行在核聚变舱中的多段蠕动式蛇形机器人的控制方法，其特征是:所述外万向撑爪(134N)和内万向撑爪(134M)具有如下相同的结构形式:撑爪头部(134ME)通过一万向结与铰支座(134MA)相联，所述万向结由长销轴(134MF)、两只结构相同的半销轴(134MC)以及十字块(134MB)组成，所述十字块(134MB)通过长销轴(134MF)铰接于铰支座(134MA)上，并通过两只半销轴(134MC)沿十字块(134MB)的中心截面对称铰接于撑爪头部(134ME)，两只半销轴(134MC)与长销轴(134MF)的中心线垂直交汇于十字块(134MB)的中心；所述铰支座(134MA)与所述内侧对开支撑子模块(IC)中的内楔形支架(133M)固联；在所述撑爪头部(134ME)的圆弧外端面上粘贴氟橡胶层并且呈阵列式分布有压力传感器件(134MD)。
8.根据权利要求1所述的运行在核聚变舱中的多段蠕动式蛇形机器人的控制方法，其特征是:所述中体节轴向运动模块(2)中的壳体子模块(2A)的结构设置为: 以第二矩形底板(201)为底面，以第二矩形顶板(204)为顶面，并在所述第二矩形底板(201)和第二矩形顶板(204)之间以矩形左侧板(202)和矩形右侧板(205)分别为两侧面，以矩形前侧板(203)和工字型后侧板(206)分别为两端面形成一中体节矩形框架； 所述前节段子模块(2B)和后节段子模块(2C)具有如下相同的结构形式: 在所述中节体矩形框架的内部，位于第二矩形底板(201)上并处在同轴线B的位置上分别设置第三轴承支座(210)与第四轴承支座(225)，位于第二矩形顶板(204)上呈悬置固定设置第二电机支座(217)，在所述第二电机支座(217)上固定安装第二真空伺服减速电机(218);第一齿轮(216)设置在所述第二真空伺服减速电机(218)的输出轴上并且与第二齿轮(212)啮合，所述第二齿轮(212)设置在第二中心滚珠丝杆(208)的端部且由小圆螺母(213)进行轴向紧固；所述第二中心滚珠丝杆(208)为阶梯轴，所述阶梯轴的两端分别通过第二双列角接触球轴承(215)和第二深沟球轴承(224)支承于所述第三轴承支座(210)和第四轴承支座(225)之间，第二螺套(207)以滚动螺旋配合套装在所述第二中心滚珠丝杆(208)的螺纹轴段上；第二移动平板(219)固装于所述第二螺套(207)上； 在所述第二移动平板(219)的左右两侧对称位置上分别固装有第二直线轴承(229);在所述第二中心滚珠丝杆(208)的左右两侧对称位置上分别设置第二导向杆(228)，所述第二导向杆(228)的一端固装于第三轴承支座(210)上，另一端通过第二套筒(226)固装于第四轴承支座(225)上；所述第二导向杆(228)与第二直线轴承(229)为滑动配合； 在所述第二移动平板(219)的左右两侧对称位置上分别设置有推杆(220)，所述推杆(220)的一端固装于第二移动平板(219)，另一端分别穿过所述工字型后侧板(206)的左右对称豁口空间与处在中节体矩形框架外部的推板(222)固联； 在所述第二矩形底板(201)上，位于所述第二中心滚珠丝杆(208)的正下方分别设置第二光电开关(209)和第三光电开关(227)，所述第二光电开关(209)和第三光电开关(227)分处在第三轴承支座(210)和第四轴承支座(225)之间的不同轴向位置上。
9.根据权利要求1所述的运行在核聚变舱中的多段蠕动式蛇形机器人的控制方法，其特征是:所述前体节配重系统(7)和后体节配重系统(8)设置为如下相同结构形式:将配重盒(701)固装于所述前体节侧向定位模块(I)中的第一矩形顶板(107)上表面外侧，配重砝码组(702)中的各砝码按阵列的形式置于配重盒(701)中； 所述前体节热控装置(9)和后体节热控装置(11)设置为如下相同的结构形式:设置第一密封腔壳体(901)，第一复合隔热材料层(902)和第一相变材料层(906)依次由外向内封装于所述第一密封腔壳体(901)中；在所述第一相变材料层(906)的内部空间中分别引出第一氮气冷却管道(908)、第一温控模块电源线和信号线(907)、视觉观测装置电源线和信号线(905)、第一电机控制器电源线和信号线(903)以及第一传感部件电源线和信号线(904)； 所述中体节热控装置(10)的结构设置为:设置第二密封腔壳体(1001)，第二复合隔热材料层(1007)和第二相变材料层(1004)依次由外向内封装于第二密封腔壳体(1001)中，在所述第二相变材料层(1004)内部空间中分别引出第二氮气冷却管道(1006)、第二温控模块电源线和信号线(1005)、第二电机控制器电源线和信号线(1002)以及第二传感部件电源线和信号线(1003)。
10.根据权利要求1所述的运行在核聚变舱中的多段蠕动式蛇形机器人的控制方法，其特征是:所述前双万向节(4)的结构设置为:具有结构相同的第一前节段(401)、第一中前节段(407A)、第一中后节段(407B)和第一后节段(405)，以及结构相同的两只第一前俯仰限位片(402)和两只第一后俯仰限位片(404);所述第一中前节段(407A)与第一中后节段(407B)以背靠背的形式固定联接；第一前节段(401)的一端通过第一前十字结(403)与第一中前节段(407A)构成上下俯仰及左右偏转二维转动连接，另一端与所述前体节侧向定位模块(I)中的后侧板(102)固联；第一后节段(405)的一端通过第一后十字结(406)与第一中后节段(407B)构成上下俯仰及左右偏转二维转动连接，另一端与所述中体节轴向运动模块(2)中的矩形前侧板(203)固联；所述两只第一前俯仰限位片(402)分别上下对称固装于第一前节段(401)的上部及下部，所述两只第一后俯仰限位片(404)分别上下对称固装于第一后节段(405)的上部及下部； 所述后双万向节(5)的结构设置为:具有结构相同的第二前节段(501)、第二中前节段(507A)、第二中后节段(507B)和第二后节段(505)，以及结构相同的两只第二前俯仰限位片(502)和两只第二后俯仰限位片(504);所述第二中前节段(507A)与第二中后节段(507B)以背靠背的形式固定联接；第二前节段(501)的一端通过第二前十字结(503)与第二中前节段(507A)构成上下俯仰及左右偏转二维转动连接，另一端与所述中体节轴向运动模块(2)中的推板(222)固联；第二后节段(505)的一端通过第二后十字结(506)与第二中后节段(507B)构成上下俯仰及左右偏转二维转动连接，另一端与所述后体节侧向定位模块(3)中的后侧板(102)固联；所述两只第二前俯仰限位片(502)分别上下对称固装于第二前节段(501)的上部及下部，所述两只第二后俯仰限位片(504)分别上下对称固装于第二后节段(505)的上部及下部。
【专利摘要】本发明公开了一种运行在核聚变舱中的多段蠕动式蛇形机器人的控制方法，其特征是：由前体节侧向定位模块与后体节侧向定位模块在中体节轴向运动模块的两端对称设置构成行走机构，以行走机构作为蠕动单元，由至少两个蠕动单元串联构成多段蠕动式蛇形机器人，相邻的蠕动单元之间由伸缩式弹性双万向节相连接。利用本发明控制方法可以实现类似多节蠕虫行走的运动步态，其运行稳定性好且控制简单，运动轨迹可遍及整个核聚变舱底部的大双环形槽道，通过搭载视觉观测云台实现对核聚变舱内部空间全方位视觉信息采集。
【IPC分类】B62D57-036
【公开号】CN104627266
【申请号】CN201510100656
【发明人】张强, 刘宜, 吴宝元, 汪增福, 刘卫, 曹会彬, 高理富, 刘明
【申请人】中国科学院合肥物质科学研究院
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2015年3月6日