一种仿生水蛭机械及控制方法

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1.本发明涉及一种仿生机械的制造技术领域，尤其涉及一种可广泛民用的仿生水蛭机械。


背景技术：

2.仿生机械是一个迅速发展的研究领域，其主要的研究方向是原型设计、开发和应用。
3.随着计算机技术不断的深化发展，机械设计的工具和方法都在不断更新和升级，许多新理论和新技术领域得到迁移和渗透。
4.其中仿生学机械设计为了实现时代的人与自然之间的和谐，注重学习复杂的有机体，充分发挥其精致、优良的特点，建立结构、功能、控制、能源和其他方面更具竞争力的仿生机械产品，改进和完善生产或生活中现有机械产品的技术性能，满足新的生产或生活的需要。
5.为了更好地将仿生机械运用于我们的日常生活中，开发一种结构简单、造价低的仿生机械具有实际运用价值。


技术实现要素：

6.本发明根据水蛭的运动特点，设计了一种仿生水蛭机械。该仿生水蛭机械具有工作原理简单、结构紧凑等优点，较好的模拟了水蛭的步态运动。
7.为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种仿生水蛭机械，包括吸附模块、丝杆传动模块、转向模块、控制模块，其特征在于：吸附模块位于仿生水蛭的头部和尾部，所述丝杆传动模块位于仿生水蛭的中部，所述转向模块包括蜗轮蜗杆机构、行星齿轮机构和底盘，由所述控制模块控制仿生机械的运动。
8.在一个实施例中，所述吸附模块包括前吸盘、后吸盘、真空泵、气体换向阀、气阀固定架、橡胶气管、密封垫片；其中，所述气体换向阀通过气阀固定架固定安装在前吸盘上，密封垫片分别安装在前吸盘和后吸盘底部，前吸盘与后吸盘分别通过橡胶气管与气体换向阀的2个出气口连接，气体换向阀的进气口通过橡胶气管与真空泵进气口连接。
9.在一个实施例中，所述行星齿轮机构包括行星齿轮、太阳轮、行星轮架、内齿圈；其中，太阳轮安装在蜗轮内部，并蜗轮同心，行星齿轮与内齿圈啮合，太阳轮与行星齿轮啮合，内齿圈固定安装在底盘上，行星齿轮与行星轮架转动连接，行星轮架底部通过底盘上的孔并插入后吸盘的方孔内。
10.在一个实施例中，所述蜗轮蜗杆机构包括蜗轮、蜗杆、转向电机；其中，所述转向电机的输出轴与蜗杆轴向连接，蜗杆与蜗轮啮合。
11.在一个实施例中，所述丝杆传动模块包括丝杆、螺母、连接轴、联轴器及减速电机；其中，所述减速电机的输出端通过联轴器与丝杆轴向连接，螺母与连接轴轴向连接。
12.在一个实施例中，所述控制模块包括气体换向阀与减速电机调节机构、控制板和
控制板电源，控制板和控制板电源安装在后底板上。
13.在一个实施例中，所述气体换向阀与减速电机调节机构包括碰撞传感器、推片、阀杆、棉线。
14.在一个实施例中，所述行星齿轮机构、蜗轮蜗杆机构、减速电机、控制模块均安装在底盘上。
15.在一个实施例中，所述气体换向阀有1个进气口，2个出气口，两出气口的开闭状态由阀杆控制，初始状态下进气口与左出气口导通，将阀杆推进时进气口与右出气口导通，进气口与真空泵连接。
16.在一个实施例中，所述底盘安装在后吸盘上。
17.在一个实施例中，所述连接轴与气阀固定架连接。
18.在一个实施例中，所述丝杆与气体换向阀的阀杆通过一根棉线连接。
19.实物控制方式:
20.s1.使用者可以通过蓝牙app操控，控制仿生水蛭的运动。
21.s2.使用者通过蓝牙app，通过蓝牙功能，向仿生水蛭发出前进的指令，单片机接收信号，向减速电机驱动芯片发出电机正转或反转信号，通过电机正反转控制丝杆的正反转动，实现前进运动；同时，通过单片机控制转向模块的电机，实现转向。在一个实施例中，首先连接并启动真空泵，真空泵工作产生负压，换向阀将后吸盘与真空泵导通，此时后吸盘吸附在工作平面上，而前吸盘无吸附，阀杆与碰撞传感器接触，传感器指示灯亮，当发出前进指令时，单片机接收信号，向减速电机驱动芯片发出正转信号，电机正转并带动丝杆正转，丝杆和螺母的螺旋传动使螺母带动前吸盘向前运动，运动一端距离后，气体换向阀的阀杆被与丝杆连接的线拉开，同时阀杆与碰撞传感器脱离，传感器指示灯灭，前吸盘与真空泵导通，此时前吸盘吸附在工作平面，而后吸盘松开，碰撞传感器将信号传给单片机，使减速电机反转，并带动丝杆反转，丝杆和螺母的螺旋传动使丝杆带动后吸盘向前运动，如此循环运动。
22.s3.使用者通过蓝牙app，通过蓝牙功能，向仿生水蛭发出转向指令，单片机接收信号，向转向电机发出转向信号，转向电机带动蜗杆，蜗杆与蜗轮啮合，驱动行星齿轮机构，带动底盘转动，实现水平转向。
23.本发明涉及到研究相对较少的民用仿生机器人领域。该仿生水蛭机械主要采取丝杆传动机构进行动力传输，具有工作原理简单、结构紧凑、控制容易、制作方便等优点，较好的模拟了水蛭的步态运动。
附图说明：
24.图1揭示了本发明一实施例中的总体结构示意图；
25.图2揭示了本发明一实例中，控制模块总体布置图；
26.图3揭示了本发明一实施例中，气体换向阀与减速电机调节机构示意图；
27.图4揭示了本发明一实施例中，丝杆传动模块连接爆炸图；
28.图5揭示了本发明一实施例中，转向模块中的蜗轮蜗杆机构和行星齿轮机构连接爆炸图；
29.图6揭示了本发明一实施例中，一种仿生水蛭机械的控制方法的设计原理图；
30.1.前吸盘，2.气体换向阀，
31.3.气体换向阀与减速电机调节机构，
32.4.丝杆传动模块，
33.5.行星齿轮机构，
34.6.蜗轮蜗杆机构，7.底盘，8.固定架，9.螺钉，10.后吸盘，11.橡胶气管，12.气阀固定架，13.气管接头，14.密封垫片，15.控制板，16.控制板电源，
35.31.碰撞传感器，32.推片，33.气体换向阀阀杆，34.棉线，
36.41.连接轴，42.螺母，43.丝杆，44.联轴器，45.减速电机，
37.51.行星齿轮，52.太阳轮，53.行星架，54.内齿圈，
38.61.蜗轮，62.转向电机，63.电机固定架，64.蜗杆。
具体实施方式：
39.以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。虽然本发明的描述将结合较佳实施例一起介绍，但这并不代表此发明的特征仅限于该实施方式。恰恰相反，结合实施方式作发明介绍的目的是为了覆盖基于本发明的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。为了提供对本发明的深度了解，以下描述中将包含许多具体的细节。本发明也可以不使用这些细节实施。此外，为了避免混乱或模糊本发明的重点，有些具体细节将在描述中被省略。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
40.在本实施例的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“底”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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。
41.术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
42.在本实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实施例中的具体含义。
43.在图1的实施例中，一种仿生水蛭机械，包括吸附模块、转向模块、丝杆传动模块、控制模块，其特征在于：吸附模块位于仿生水蛭的头部和尾部，所述丝杆传动模块位于仿生水蛭的中部，所述转向模块包括安装在吸附模块后吸盘上的蜗轮蜗杆机构、行星齿轮机构和底盘，由所述控制模块控制仿生机械的运动。
44.作为一个优选，所述吸附模块包括前吸盘1、后吸盘10、真空泵、气体换向阀2、气阀固定架12、橡胶气管11、密封垫片14，所述气体换向阀2通过气阀固定架12固定安装在前吸盘1上，所述密封垫片14分别安装在前吸盘1和后吸盘10，前吸盘1与后吸盘10分别通过橡胶气管11与气体换向阀2的2个出气口连接。
45.可以理解的是，所述气体换向阀2有1个进气口，2个出气口，两出气口的开闭状态由阀杆控制，初始状态下进气口与左出气口导通，将阀杆推进时进气口与右出气口导通。
46.可以理解的是，所述气体换向阀2的进气口与真空泵进气口通过橡胶气管连接，真空泵为外接装置固定在某一位置，不跟随仿生水蛭机械运动，橡胶气管可根据实际情况选择合适长度。
47.在图2的实施例中，所述控制模块包括控制板15、控制板电源16、气体换向阀与减速电机调节机构3；其中，控制板15和控制板电源16安装在底盘7上。
48.在图3的实施例中，所述气体换向阀与减速电机调节机构包括碰撞传感器31、推片32、气体换向阀阀杆33、棉线34，所述阀杆33通过棉线34与丝杆连接，所述推片32安装在气体换向阀阀杆33上，所述碰撞传感器31安装固定在气体换向阀2上，且阀杆33向前推进时推片32可碰到碰撞传感器31。
49.在图4的实施例中，所述丝杆传动模块包括连接轴41、螺母42、丝杆43、联轴器44、减速电机45；其中，所述减速电机45的输出端通过联轴器44与丝杆43轴向连接，螺母42与连接轴41轴向连接。
50.作为一个优选，所述连接轴41与气阀固定架12连接。
51.在图5的实施例中，所述转向模块包括行星齿轮机构5、蜗轮蜗杆机构6和底盘7；其中，所述蜗轮蜗杆机构包括蜗轮52、蜗杆57、转向电机54，所述行星齿轮机构包括4个行星齿轮51、太阳轮56、行星轮架53、内齿圈58。
52.作为一个优选，所述电机54的输出轴与蜗杆57轴向连接，蜗杆57与蜗轮52啮合，太阳轮56安装在蜗轮52内部，并蜗轮52同心。
53.作为一个优选，所述行星齿轮51与内齿圈58啮合，所述太阳轮56与行星齿轮53啮合。
54.作为一个优选，所述内齿圈58固定安装在底盘7上。
55.作为一个优选，所述行星齿轮51与行星轮架53转动连接。
56.作为一个优选，所述后吸盘10上部开有方孔，底盘7中心开有圆孔，行星轮架53底部通过底盘7上的孔并插入后吸盘10的方孔内。
57.作为一个优选，所述减速电机45安装在底盘7前端电机安装槽处，转向电机62通过电机固定架63固定安装在底盘上。
58.控制模块起到电能供给和控制作用。
59.吸附模块用于在运动过程中前吸盘或后吸盘吸附在平面上，通过气体换向阀来控制前后吸盘的吸附状态。
60.丝杆传动模块用于实现仿生水蛭机械的前进运动，具体通过丝杆与螺母的螺旋传动配合前后吸盘的吸附实现。
61.实物控制方式:
62.s1.使用者可以通过蓝牙app操控，控制仿生水蛭的运动。
63.s2.使用者通过蓝牙app，通过蓝牙功能，向仿生水蛭发出前进的指令，单片机接收信号，向减速电机驱动芯片发出电机正转或反转信号，通过电机正反转控制丝杆的正反转动，实现前进运动；同时，通过单片机控制转向模块的电机，实现转向。在一个实施例中，首先连接并启动真空泵，真空泵工作产生负压，换向阀将后吸盘与真空泵导通，此时后吸盘吸附在工作平面上，而前吸盘无吸附，阀杆与碰撞传感器接触，传感器指示灯亮，当发出前进指令时，单片机接收信号，向减速电机驱动芯片发出正转信号，电机正转并带动丝杆正转，
丝杆和螺母的螺旋传动使螺母带动前吸盘向前运动，运动一端距离后，气体换向阀的阀杆被与丝杆连接的线拉开，同时阀杆与碰撞传感器脱离，传感器指示灯灭，前吸盘与真空泵导通，此时前吸盘吸附在工作平面，而后吸盘松开，碰撞传感器将信号传给单片机，使减速电机反转，并带动丝杆反转，丝杆和螺母的螺旋传动使丝杆带动后吸盘向前运动，如此循环运动。
64.s3.使用者通过蓝牙app，通过蓝牙功能，向仿生水蛭发出转向指令，单片机接收信号，向转向电机发出转向信号，转向电机带动蜗杆，蜗杆与蜗轮啮合，驱动行星齿轮机构，带动底盘转动，实现水平转向。
65.对于本领域技术人员而言，民用市场潜力巨大，想进军本领域的人员就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。