一种仿生可重构救援机器人的制作方法

本发明涉及仿生可重构机器人领域，尤其涉及到一种仿生可重构救援机器人。

背景技术：

仿生学在机器人领域的应用引起了各国研究人员的关注，并取得了大量成果。目前已研究并生产出多种仿生机器人，仿飞行生物机器人例如仿蝙蝠机器人、苍蝇机器人、机器雨燕、蜻蜓机器人，仿陆地生物机器人例如仿尺蠖机器人、仿蟑螂六腿机器人、机器蜘蛛、仿壁虎机器人、仿蚯蚓机器人，仿水下生物机器人例如章鱼触手机器人、北航机器鱼robotfish、德国机器水母，仿水陆两栖机器人例如机器龙虾、机器螃蟹等。仿生学的应用使得机器人学的研究对象、内容和措施发生了较大的转变，拓展和发散了科学家们的眼帘和思想。

可重构机器人是一种能按照工作需求对其构型进行重新组合的机器人。模块可重构系统有多种形式，按模块的组织方式可分为点阵式和非点阵式，点阵式机器人通常由同种模块形成，它需要为运动而构型，非点阵式机器人可以边运动边重新构型，或把可重构和运动阶段分离开来。按可重构的对接形式又可分为手动可重构和自动可重构。

生活中，时常会听到一些灾难或者危险情况的发生，如煤矿爆炸或者是地震，或者是煤气泄漏等危险，将仿生学和可重构机器人结合在一起，设计出一种仿生救援机器人，在不同的复杂环境中，机器人能够实现相应的结构变化，以此来适应复杂的地形变化，提高机器人的行走能力，从而完成救援任务。

技术实现要素：

针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种仿生可重构救援机器人。

为实现上述目的，本发明是根据以下技术方案实现的：

一种仿生可重构救援机器人，其特征在于，包括：四条仿生机械腿结构，一个机械手结构，一个剪叉升降机构以及双层连接基板结构；其中，所述双层连接基板结构包括上层连接基板(18)和下层连接基板(19)，双层连接基板结构中的上层连接基板(18)设有12个直径为3mm的通孔，下层连接基板(19)设有8个直径为3mm的通孔，上层连接基板(18)通过螺钉与仿生机械腿结构中的第三双轴舵机(21)连接，下层连接基板(19)通过螺钉与仿生机械腿结构中的第三双轴舵机(21)连接，四个第三双轴舵机(21)通过螺钉固定在上层连接基板和下层连接基板的中间组成机器人的主体结构；所述剪叉升降机构中的铝制滑槽(17)设有通孔，通过螺栓与上层连接基板(18)固定，剪叉升降机构中的电机支架(16)设有通孔，通过螺栓与上层连接基板(18)固定；机械手结构上的第九u型架(35)通过螺栓与剪叉升降机构中的亚克力板(10)固定连接。

上述技术方案中，所述仿生机械腿结构还包括一个轮胎(1)、第一双轴舵机(4)、第二双轴舵机(7)、六个第一舵盘(22)、一个足支架(3)、第一u型架(5)、第二u型架(6)、第三u型架(20)、第四u型架(23)、一个第一直流减速电机(2)；其中所述轮胎(1)与所述第一直流减速电机(2)通过电机轴连接，并通过螺栓和足支架(3)相连使机器人具有轮式移动能力，所述第一舵盘(22)通过螺栓固定在第一u型架(5)、第三u型架(20)和第四u型架(23)的内部两侧，所述第二u型架(6)通过螺栓与第一u型架(5)连接,第一双轴舵机(4)、第二双轴舵机(7)以及第三双轴舵机(21)均与第一舵盘(22)相连，第一舵盘(22)内孔有齿，第一双轴舵机(4)、第二双轴舵机(7)以及第三双轴舵机(21)上的齿与第一舵盘(22)齿啮合带动第一u型架(5)、第三u型架(20)和第四u型架(23)转动，通过机器人每条腿上的第一双轴舵机(4)、第二双轴舵机(7)以及第三双轴舵机(21)的转动，从而使机器人行走。

上述技术方案中，所述机械手结构包括：第一齿形手爪(29)、第二齿形手爪(27)、第一从动手爪(26)、第二从动手爪(24)、尼龙柱(28)、铝制支撑(25)、单轴舵机(31)、第四双轴舵机(37)、第五双轴舵机(38)、四个第二舵盘(36)、第五u型架(30)、第六u型架(32)、第七u型架(33)、第八u型架(34)、第九u型架(35)；所述第一从动手爪(26)通过螺栓与第五u型架(30)连接，第二从动手爪(24)通过螺栓与第五u型架(30)连接；所述第四双轴舵机(37)通过螺钉与第五u型架(30)固定连接；所述第一齿形手爪(29)通过螺栓连接第二舵盘(36)，第二舵盘(36)的齿与第五双轴舵机(38)的齿相啮合；所述第二齿形手爪(27)通过螺栓与第五u型架(30)连接，并与第一齿形手爪(29)通过其上的齿啮合；尼龙柱(28)带有螺纹,通过其上的螺纹互相连接固定在铝制支撑(25)的两侧；第一齿形手爪(29)和第一从动手爪(26)之间以及第二齿形手爪(27)和第二从动手爪(24)之间均连接有尼龙柱(28)和铝制支撑(25)，作为机械手结构的手部立体结构；在进行作业时，尼龙柱(28)增加机械手结构的手部与阀门的摩擦；第五u型架(30)的另一侧通过螺栓连接第二舵盘(36)，第二舵盘(36)的齿与单轴舵机(31)啮合，并通过螺栓与单轴舵机(31)连接；所述单轴舵机(31)通过螺栓连接第六u型架(32)，第七u型架(33)两侧通过螺栓连接有第二舵盘(36)再与第四双轴舵机(37)连接，并与第六u型架(32)通过螺栓连接；第七u型架(33)一端通过螺钉与第四双轴舵机(37)连接另一端通过螺栓连接第六u型架(32),第八u型架(34)一端通过螺钉与第四双轴舵机(37)连接,另一端通过螺栓连接第九u型架(35)。

上述技术方案中，所述剪叉升降机构还包括：铝制滑槽(17)、第一滑块(8)、第二滑块(11)、轴承(9)、丝杠、丝杠螺母(12)、联轴器(14)、第二直流减速电机(15)、亚克力板(10)；所述铝制滑槽(17)通过螺栓固定在上层连接基板上，第一滑块(8)固定在铝制滑槽(17)的一端，所述轴承(9)安装在第一滑块(8)上，第二滑块(11)与所述丝杠螺母(12)通过螺栓相连接，所述丝杠通过联轴器(14)与第二直流减速电机(15)相连，第二直流减速电机(15)通过电机支架(16)固定在上层连接基板上，第一滑块(8)和第二滑块(11)的两侧连接有亚克力板(10)，亚克力板(10)的最顶端通过第九u型架(35)与机械手结构连接，使亚克力板(10)随着第二滑块(11)的移动而实现升降，从而完成机械手结构的升降的任务。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

结构设计是仿生可重构救援机器人的重要部分，机器人的运动能力和重构能力决定于机器人的机械结构。该仿生可重构救援机器人可以分为三部分来设计建立，分别是仿生设计、可重构设计、救援系统设计。机器人的设计方案为，在平坦的路面采用四轮驱动，使机器人的移动速率高，而当遇到比较崎岖的路面，机器人则可以改变自身的结构，利用仿生腿步行跨过障碍。将救援任为拧煤气阀门，阀门的高度离地约800mm。

该仿生可重构机器人是由主体部分和4个仿生机械腿结构组合构成，主体部分是一个双层板材组合，内部中空，用来放置机器人的电路元件以及布置机器人的线路，每条仿生机械腿通过双轴舵机与主体相连。机器人的步行腿有髋关节、膝关节和踝关节三个关节。机器人的足上安装有直流减速电机和车轮的组合体，故机器人可有两种运动方式，腿式模式和轮式模式。

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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其它附图。

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的机械手结构示意图；

图3为本发明腿式行走结构示意图；

图中标号为：1-轮胎，2-第一直流减速电机，3-足支架，4-第一双轴舵机，5-第一u型架，6-第二u型架，7-第二双轴舵机，8-第一滑块，9-轴承，10-亚克力板，11-第二滑块，12-丝杠螺母，13-滚珠丝杠，14-联轴器，15-第二直流减速电机，16-电机支架，17-铝制滑槽，18-上层基板，19-下层基板，20-第三u型架，21-第三双轴舵机，22-第一舵盘，23-第四u型架，24-第二从动手爪，25-铝制支撑，26-第一从动手爪，27-第二齿形手爪，28-尼龙柱，29-第一齿形手爪，30-第五u型架，31-单轴舵机，32-第六u型架，33-第七u型架，34-第八u型架，35-第九u型架，36-第二舵盘，37-第四双轴舵机，38-第五双轴舵机。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“径向”、“轴向”、“上”、“下”、“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。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。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。

结合附图1，一种仿生可重构救援机器人,包括四条仿生机械腿结构，一个机械手结构，一个剪叉升降机构以及双层连接基板结构；双层连接基板结构包括上层连接基板(18)和下层连接基板(19)，双层连接基板结构中的上层连接基板(18)设有12个直径为3mm的通孔，下层连接基板(19)设有8个直径为3mm的通孔，上层连接基板(18)通过螺钉与仿生机械腿结构中的第三双轴舵机(21)连接，下层连接基板(19)通过螺钉与仿生机械腿结构中的第三双轴舵机(21)连接，四个第三双轴舵机(21)通过螺钉固定在上层连接基板和下层连接基板的中间组成机器人的主体结构；剪叉升降机构中的铝制滑槽(17)设有通孔，通过螺栓与上层连接基板(18)固定，剪叉升降机构中的电机支架(16)设有通孔，通过螺栓与上层连接基板(18)固定；机械手结构上的第九u型架(35)通过螺栓与剪叉升降机构中的亚克力板(10)固定连接。

所述的仿生机械腿结构中，轮胎(1)和第一直流减速电机(2)通过电机转轴连接并通过螺栓和足支架(3)固定连接，使机器人具有腿式行走和轮式行走两种运动方式；足支架通过螺钉与第一双轴舵机(4)连接，第一双轴舵机(4)的两轴上安装与轴齿啮合的带齿的第一舵盘(22)，两个第一舵盘通过螺栓与第一u型架(5)连接，构成了仿生机械腿的踝关节；同理，第二u型架(6)、第二双轴舵机(7)、第四u型架(23)、两个第一舵盘(22)，构成仿生机械腿的膝关节；同理，第三u型架(20)、第三双轴舵机(21)、两个第一舵盘(22)构成仿生机械腿结构的髋关节，第一舵盘(22)内孔有齿，第一双轴舵机(4)、第二双轴舵机(7)以及第三双轴舵机(21)上的齿与第一舵盘(22)齿啮合带动第一u型架(5)、第三u型架(20)和第四u型架(23)转动，通过机器人每条腿上的第一双轴舵机(4)、第二双轴舵机(7)以及第三双轴舵机(21)的转动，以上组成仿生机械腿结构。仿生机械腿结构通过其上的髋关节的第三双轴舵机(21)与上层连接基板(18)、下层连接基板相连(19)，组成机器人的主体结构。机器人具有轮式和腿式两种运动方式，针对不同的地形，机器人可以进行重构，变换运动方式。

所述的剪叉升降机构中，第二直流减速电机(15)通过螺栓与电机支架(16)相连接，电机支架(16)通过螺栓固定在上层连接基板(18)上；联轴器(14)一端通过紧定螺钉与第二直流减速电机(15)的电机轴固定，另一端与丝杠(13)连接；铝制滑槽(17)通过螺栓固定在上层连接基板(18)上，铝制滑槽(17)的一端用螺栓固定第一滑块(8)，第一滑块(8)的中心安装有轴承(9)，为过盈装配，并且轴承(9)的中心与丝杠(13)的中心重合，轴承(9)和丝杠(13)同样为过盈装配，铝制滑槽(17)的另一端装有第二滑块(11)，丝杠螺母(12)通过螺栓与第二滑块(11)连接，亚克力板(10)通过螺栓固定在第一滑块(8)和第二滑块(11)的两侧，并相互之间通过螺栓连接；丝杠通过联轴器(14)与第二直流减速电机(15)相连，第二直流减速电机(15)通过联轴器(14)带动丝杠(13)转动，第二直流减速电机(15)通过电机支架(16)固定在上层连接基板(18)上，丝杠(13)通过与丝杠螺母(12)的螺旋副带动丝杠螺母(12)做直线移动，从而使丝杠螺母(12)推动第二滑块(11)在铝制滑槽(17)中做直线运动，从而使与第一滑块(8)和第二滑块(11)连接的亚克力板(10)能够竖直方向直线移动，亚克力板(10)的最顶端通过第九u型架(35)与机械手结构连接，使亚克力板(10)随着第二滑块(11)的移动而实现升降，从而完成机械手结构的升降的任务，以上构成了机器人的剪叉升降机构，在机器人的功能实现中，用以把机械手机构升降到合适的作业空间。

所述的机械手结构中，第一从动手爪(26)通过螺栓与第五u型架(30)连接，第二从动手爪(24)通过螺栓与第五u型架(30)连接；第一齿形手爪(29)通过螺栓与第二舵盘(36)相连，第二齿形手爪(27)通过螺栓与第五u型架(30)连接,并与第一齿形手爪(29)通过其上的齿啮合，第二舵盘(36)与第五双轴舵机(38)上的齿轮轴啮合带动第一齿形手爪(29)转动，同时带动与第一齿形手爪(29)相连接的铝制支撑(25)、尼龙柱(28)以及第一从动手爪(26)转动，尼龙柱(28)带有螺纹,通过其上的螺纹互相连接固定在铝制支撑(25)的两侧，第一齿形手爪(29)和第一从动手爪(26)之间以及第二齿形手爪(27)和第二从动手爪(24)之间均连接有尼龙柱(28)和铝制支撑(25)作为机械手结构的手部立体结构；在进行作业时，尼龙柱(28)增加机械手结构的手部与阀门的摩擦；第一齿形手爪(29)利用其上的齿通过啮合关系带动第二齿形手爪(27)并与其连接的铝制支撑(25)、尼龙柱(28)以及第二从动手爪(24)转动,从而实现机械手结构的手部的张开与合拢；第五u型架(30)通过螺栓与第二舵盘(36)相连接，第二舵盘(36)与单轴舵机(31)的齿相啮合，并通过螺栓与单轴舵机(31)固连，通过单轴舵机(31)的转动使机械手结构的手部实现360度旋转；单轴舵机(31)的另一端连接第六u型架(32)，第六u型架(32)通过螺栓连接第七u型架(33)，第七u型架(33)内侧通过螺栓连接两个第二舵盘(36)和第四双轴舵机(37)，通过第四双轴舵机(37)的转动来调整机械手结构的作业角度，以此来实现旋转竖直方向或者水平方向的阀门，机械手机构通过第九u型架(35)以及螺栓与剪叉升降机构相连，由剪叉升降机构将机械手机构升降到合适的工作位置。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。