六足仿生湿吸爬壁机器人的制作方法

专利名称：六足仿生湿吸爬壁机器人的制作方法
技术领域：
本发明属于仿生学技术领域，具体涉及一种爬壁机器人的机构，尤其涉及一种六
足仿生湿吸爬壁机器人。
背景技术：
仿生学是生命科学与机械、材料和信息等工程技术学科相结合的交叉学科，具有 鲜明的创新性和应用性。通过对湿吸类昆虫的研究，基于湿吸原理，设计一种新的吸附机 制——湿吸吸附，研制出新型的爬壁机器人，具有广泛的应用前景。根据湿吸计算模型、力 学计算结果和实验数据，发现吸附力的大小除了与分泌液的成分、接触表面的粗糙度及有 效的接触面积相关外，还与机器人的步态有关。因此，通过步态规划方法，进一步保证爬壁 机器人稳定、可靠运行是最为基础和关键的技术之一。当前的爬壁机器人主要以轮式、履带 式和足式为主。轮式、履带式爬壁机器人虽然设计简单，所要求的驱动电机少，易于控制，但 运动方式单一，无法实现对机器人姿态的控制；足式机器人克服了轮式、履带式爬壁机器人 的上述缺点，机器人的肢节具有相对较多的自由度，易于对机器人的姿态进行控制及步态 规划。六足昆虫比四足昆虫能够更好的吸附，因此，一般足式爬壁机器人采用六足的机构设 计。基于昆虫的运动规律，通过对六足机器人进行步态规划，使六足按一定规律协调运动， 增加足垫的吸附力，保证机器人稳定、可靠运行。 鉴于以上背景技术及足式机器人的优点，基于湿吸原理，提供了一种新型的六足 仿生湿吸机器人结构。

发明内容
本发明的目的在于提供一种六足仿生湿吸爬壁机器人。 本发明基于仿生学的原理，通过对六足湿吸类昆虫的研究，设计爬壁机器人的整
体架构。机器人紧贴壁面，重心位于整体架构的中后端，同时在机器人的腿部关节处加入柔
性机构，足端的安装足垫处加入预压环节，增加足垫的吸附力，同时结构精简，各部分模块
化，加工、组装方便，质量轻，易于步态规划，容易实现机器人的稳定、可靠运行。 本发明提出的六足仿生湿吸爬壁机器人，包括躯干骨架、仿生肢节、电机、驱动电
路、预压结构、凸轮结构和拉绳结构；仿生肢节、电机、驱动电路、预压结构、凸轮结构和拉绳
结构均安装于躯干骨架上； 其中所述躯干骨架17上上自上而下平行安装有2个仿生肢节安装横梁、2个电 机固定横梁、2个仿生肢节安装横梁、2个电路板固定横梁和2个仿生肢节安装横梁；2个仿 生肢节安装横梁为一组，即6个仿生肢节安装横梁分别位于躯干骨架17的前部、中部和后 部； 所述仿生肢节共有6个，根据六足湿吸类昆虫，6个仿生肢节分成前足、中足和后 足3组，前足、中足向前，后足向后，分别对称地安装于躯干骨架的6个仿生肢节安装横梁 上；每个仿生肢节包括底座29、股节3Q、胫节31、弹簧钢片32和柔性结构33，股节30和柔
4性结构33的一端均安装在底座29上，股节30另一端连接胫节31，柔性结构33的另一端连 接胫节31，胫节31另一端安装弹簧钢片32，底座29上设有电机齿轮箱凹槽35，电机齿轮箱 凹槽35内设有电机轴孔36 ; 所述电机共有8个，6个安装于仿生肢节的电机齿轮箱凹槽35中，电机上的电机轴 穿过电机轴孔36连接股节30 ;2个电机横卧安装于躯干骨架17两端的电机固定横梁上；
所述驱动电路包括电机驱动电路、系统控制电路，电机驱动电路连接电机，系统控 制电路连接电机驱动电路，通过系统控制电路发出控制信号，控制电机驱动电路；
所述预压结构为3组，每组包括肢节支架、股节延伸T型支架和压縮弹簧，肢节支 架固定于躯干骨架17上，3个肢节支架分别位于三组仿生肢节安装横梁之间；股节延伸T 型支架固定于仿生股节底座29的外侧；拉绳26经肢节支架第一斜孔43与股节延伸T型支 架相连；位于肢节支架上的第四螺纹孔44用于固定压縮弹簧；股节延伸T型支架上的第六 螺纹孔46用于固定拉绳26 ;螺钉通过股节延伸T型支架第五螺纹孔45将股节延伸T型支 架固定在股节底座29上； 所述凸轮结构为2个，每个凸轮结构包括凸轮23和凸轮固定支架25，凸轮23的一 端固定在电机轴上，另一端与凸轮固定支架25相连；凸轮固定支架25安装于位于躯干骨架 中部的仿生肢节安装横梁上； 所述拉绳结构包括拉绳支架24、拉绳26和闸线，拉绳支架24安装于躯干骨架17 上；拉绳26的一端穿过拉绳支架24上的斜孔连接仿生支节，另一端，另一端连接凸轮23，， 闸线套于拉绳26外。 本发明中，所述凸轮23包括电机连接轴47和凸轮轴49，电机连接轴47套在电机 轴上，凸轮轴49与凸轮固定支架25相连。本发明中，所述拉绳支架24包括第一斜孔43、第四螺纹孔44。第一斜孔43用于 通过拉绳26，固定闸线；第四螺纹孔44用于将拉绳支架24固定在躯干骨架上。
本发明中，所述位于拉绳支架24上的斜孔共有6个，其倾角为45° 。
本发明中，所述电机齿轮箱凹槽35内放置有电机齿轮箱。 本发明中，柔性结构33包括底座连接杆39、弹簧40、细轴41和胫节连接杆42，弹
簧40 —端固定于底座连接杆39的凹槽中，另一端穿过细轴41，通过细轴41与胫节连接杆
42相连，胫节连接杆42嵌入底座连接杆39的凹槽中，二者是间隙配合。 本发明中，6个仿生肢节安装横梁的两侧均设有限位块，仿生肢节通过该限位块安
装于仿生肢节安装横梁上。 本发明中，电机驱动电路连接控制器，控制器安装于电路板固定横梁上，本发明中，系统控制电路包括飞思卡尔控制器MC9S12DG128B、8块驱动电路板。
MC9S12DG128B的通用10 口与驱动电路板芯片MC3386的控制输入口相连，实现对整个系统
的控制。 本发明具有以下特点六足仿生湿吸机器人整体结构细长，重心位于整体结构的 中后端且紧贴壁面，降低了对安装在机器人足端的足垫吸附力的要求；在仿生肢节中加入 了柔性结构，提高了机器人对环境的适应性，符合仿生的概念；采用机械结构进行限位控 制，减少了传感器的安装，降低成本及电气控制复杂度；预压结构增加了足垫与壁面的有 效接触面积，增大吸附力；凸轮的设计放大了电机输出的转矩，提高了电机的效率；拉绳结构使足垫剥离容易控制。该发明结构精简，各部分模块化、标准化，加工、组装方便，采用镂 空结构，整体质量轻，多电机驱动，易于步态规划，容易实现六足爬壁机器人的稳定、可靠运 行。


图1为六足仿生湿吸爬壁机器人整体结构图。
图2为仿生肢节安装横梁结构图。
图3为装有横梁的躯干骨架结构图。 图4为仿生肢节结构图。其中(a)为仿生肢节的俯视图，(b)为仿生肢节的仰视 图。 图5为股节底座结构图。 图6为胫节柔性连接结构图。 图7为肢节支架结构图。 图8为股节延伸T型支架结构图。 图9为凸轮结构图。 图10为凸轮固定支架结构图。 图11为拉绳支架结构图。 图中标号1为右前足，2为右中足，3为右后足，4为左后足，5为左中足，6为左前 足，7、8、11、12、15、16分别为仿生肢节的第一安装横梁、第二安装横梁、第三安装横梁、第四 安装横梁、第五安装横梁和第六安装横梁，9、10分别为第一电机固定横梁、第二电机固定横 梁，13、14分别为第一电路板固定横梁、第二电路板固定横梁，17为躯干骨架，18、19、20为 第一肢节支架、第二肢节支架和第三肢节支架，21为变速齿轮箱固定支架，22为电机固定 支架，23为凸轮，24为拉绳支架，25为凸轮固定支架，26为拉绳，27为限位块，28为第一通 孔，29为仿生肢节底座，30为股节，31为胫节，32为弹簧钢片，33为柔性结构，34为第一螺 纹孔，35为电机齿轮箱凹槽，36为电机轴孔，37、38分别为第二螺纹孔、第三螺纹孔，39底座 连接杆，40为弹簧，41为细轴，42为胫节连接杆，43第一斜孔，44、45、46分别为第四螺纹孔、 第五螺纹孔、第六螺纹孔，47为电机连接轴，48为第二通孔，49为凸轮轴，50为限位螺纹孔， 51为第三通孔，52为第二斜孔。
具体实施例方式
以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。 如图1所示，本发明六足仿生湿吸爬壁机器人包括躯干骨架17、仿生肢节、电机、 驱动电路、预压结构、凸轮结构、拉绳结构。躯干骨架为机器人的支撑结构，仿生肢节、电机、 驱动电路、预压结构、凸轮结构和拉绳结构都安装在躯干骨架上；仿生肢节作为机器人的六 肢，由电机控制，驱动机器人前进；预压结构用于增加机器人足端的足垫与壁面的接触面 积，增大吸附力；凸轮结构、拉绳结构用于控制足垫的剥离过程，易于剥离。
如图2、图3所示，横梁共有10个，每个装横梁长70mm，宽10mm，厚3mm，分为用于安 装仿生肢节的第一仿生肢节安装横梁7、第二仿生肢节安装横梁8、第三仿生肢节安装横梁 11、第四仿生肢节安装横梁12、第五仿生肢节安装横梁15和第六仿生肢节安装横梁16 ;用于安装电机的第一电机固定横梁9、第二电机固定横梁10 ;用于固定电路板的第一电路板
固定横梁13、第二电路板固定横梁14，上述这些横梁自上而下平行安装于躯干骨架17上， 依次为第一仿生肢节安装横梁7、第二仿生肢节安装横梁8、第一电机固定横梁9、第二电机 固定横梁10、第三仿生肢节安装横梁11、第四仿生肢节安装横梁12、第一电路板固定横梁 13、第二电路板固定横梁14、第五仿生肢节安装横梁15和第六仿生肢节安装横梁16 ;如图 3所示。第一仿生肢节安装横梁7、第二仿生肢节安装横梁8、第三仿生肢节安装横梁11、第 四仿生肢节安装横梁12、第五仿生肢节安装横梁15和第六仿生肢节横梁16上均包括限位 块27，用于安装仿生肢节；限位块27高5mm，共2个，左右对称分布，能够对仿生肢节的吸 附、剥离动作进行限位，将其前后运动范围限定在30。内；第一仿生肢节安装横梁7、第二 仿生肢节安装横梁8、第三仿生肢节安装横梁11、第四仿生肢节安装横梁12、第五仿生肢节 安装横梁15和第六仿生肢节横梁16通过螺钉安装到躯干骨架17的凹槽中。用于安装电 机的第一电机固定横梁9、第二电机固定横梁10上共有6个螺纹孔，分别用于固定电机及与 躯干骨架17相连；用于固定电路板的第一电路板固定横梁13、第二电路板固定横梁14，共 有4个螺纹孔，分别用于固定电路板及与躯干骨架相连。躯干骨架17、横梁上的所有的螺纹 孔的直径均为2mm。 六足的比四足的能够更好地吸附，本发明的仿生肢节共6个，分成三组右前足1、 左前足6，右中足2、左中足5，右后足3、左后足4，分别安装在第一仿生肢节安装横梁7、第 二仿生肢节安装横梁8、第三仿生肢节安装横梁11、第四仿生肢节安装横梁12、第五仿生肢 节安装横梁15、第六仿生肢节安装横梁16上，其中右前足1、左前足6，右中足2、左中足5 的弹簧钢片32向前；右后足3、左后足4的弹簧钢片32向后，如图1所示。
6个仿生肢节的结构完全相同，如图4 图6所示，每个仿生肢节包括底座29、股 节30、胫节31、弹簧钢片32、柔性结构33，第一螺纹孔34、电机齿轮箱凹槽35、电机轴孔36、 第二螺纹孔37和第三螺纹孔38，底座连接杆39、弹簧40、细轴41、胫节连接杆42。底座29 通过第二螺纹孔37与用于安装仿生肢节的第一仿生肢节安装横梁7、第二仿生肢节安装横 梁8相连，安装到机器人的躯干骨架17上；柔性结构33的底座连接杆39通过螺纹孔与仿 生肢节底座29相连；电机的电机轴嵌入电机轴孔36中，并与股节30连接，电机竖直安装在 仿生肢节上，电机的减速齿轮箱安装在电机齿轮箱凹槽35中，电机工作时，即可驱动仿生 肢节运动；股节30通过螺纹孔与胫节31相连；胫节31通过螺纹孔与胫节连接杆42相连； 胫节31通过螺纹孔与弹簧钢片32相连；弹簧钢片32下表面安装仿生湿吸机器人的足垫， 由于内部应力的作用，弹簧钢片32具有一定的下压弧度，保证足垫在自然状态下受到一定 的预压力，增加足垫与壁面的接触面积，加大足垫的吸附力，同时弹簧钢片32能够及时回 复，有利于足垫的剥离。 为了提高本发明所设计的六足爬壁机器人对环境的适应性，根据仿生的概念，在 仿生肢节中加入了柔性结构33，如图6所示。柔性结构33包括底座连接杆39、弹簧40、细 轴41和胫节连接杆42。弹簧40的一端固定在底座连接杆39的凹槽中， 一端通过细轴41 与胫节连接杆42相连，胫节连接杆42嵌入底座连接杆39的凹槽中，二者是间隙配合。柔 性结构33通过螺纹孔与底座29、胫节31相连。该柔性结构33能够保证仿生肢节在自然状 态下，有一个向躯干骨架收拢的趋势，利于有效地吸附及剥离，同时具有缓冲的作用，能够 限定仿生肢节的运动范围，增强了仿生肢节的抗干扰性。
3个预压结构完全相同，因此仅就一个预压结构进行说明。如图7、图8所示，预压 结构包括肢节支架、股节延伸T型支架和压縮弹簧。肢节支架为3个，分别为第一肢节支架 18、第二肢节支架19和第三肢节支架20。肢节支架18包括第一斜孔43、第四螺纹孔44 ;股 节延伸T型支架包括第五螺纹孔45、第六螺纹孔46。肢节支架18固定在躯干骨架17上，位 于第一仿生肢节安装横梁7、第二仿生肢节安装横梁8之间；股节延伸T型支架经过第五螺 纹孔45固定在底座29上；第一斜孔43与第六螺纹孔46通过压縮弹簧相连接，该状态下， 压縮弹簧出于压縮状态，同时肢节支架18是固定的，弹簧对股节延伸T型支架有个向下的 压力；第四螺纹孔44与底座29的第一螺纹孔34之间通过弹簧相连，对底座29有个向下的 压力。该预压结构结合弹簧钢片32，给仿生足垫提供一定的预压力，改善了仿生足垫的吸附 性能，有利于爬壁机器人的运动。 凸轮结构共有2个，结构完全相同，左右两侧对称地安装在躯干骨架的第一电机 固定横梁10、第二电机固定横梁11之间，因此仅就一个凸轮结构进行说明。如图9、图10 所示，凸轮结构包括凸轮23、凸轮固定支架25。凸轮23包括电机连接轴47、第二通孔48、 凸轮轴49、限位螺纹孔50 ;凸轮固定支架25具有第三通孔51。凸轮23的电机连接轴47套 在电机轴上，用螺钉将二者固定；凸轮轴49通过轴承，固定在第三通孔51中，轴承与第三通 孔51是过盈配合；限位螺纹孔50中的螺钉与拉绳支架24构成了限位结构，限定了 6个仿 生肢节抬起的高度；第二通孔48用于连接拉绳26 ;凸轮固定支架25通过螺纹孔固定在躯 干骨架的横梁11上。凸轮23的设计，放大了电机轴上的输出转矩，降低了对电机输出转矩 的要求，配合拉绳结构，通过电机的正反转，实现了 6个仿生肢节的抬起及放下。
如图11所示，拉绳结构包括拉绳支架24、拉绳26、闸线。拉绳支架24具有第二斜 孔52。第二斜孔52共6个，分成两组对称排列在拉绳支架24的两端，用于通过拉绳26，固 定闸线。第二斜孔52具有45。向下的倾角，减小了拉绳26与第二斜孔52之间的摩擦，降 低了对电机输出力矩的要求，提高了电机的效率。拉绳支架24通过螺纹孔固定在躯干骨架 的横梁10、11之间。拉绳26由钢丝组成；闸线是中空的导线。拉绳26穿过闸线，一端与股 节延伸T型支架的第六螺纹孔46相连，经过肢节支架18的第一斜孔43，拉绳支架24的第 二斜孔52，与凸轮23的第二通孔48相连。左前足6、右中足2、左后足4仿生肢节的拉绳 26与躯干骨架左侧凸轮23的三个第二通孔48相连；右前足1、左中足5、右后足3仿生肢 节的拉绳26与躯干骨架右侧凸轮23的三个第二通孔48相连。在肢节支架18的第一斜孔 43与拉绳支架24的第二斜孔52之间，拉绳26套有闸线，防止各条拉绳之间的相互干扰。
本发明的执行器为8个直流减速电机，型号为GA12YN30-298-4531 ，减速比 1 : 298，额定电压4. 5V，最大输出转矩1500g. cm，转速26rpm。 8个直流减速电机分成两组， 6个电机安装在仿生肢节底座29的电机齿轮箱凹槽35中，通过控制电机的正反转，实现仿 生肢节的前后运动，通过机械限位结构，将该运动限定在30。内；2个电机通过齿轮箱固定 支架21、电机固定支架22，横卧安装在躯干骨架的用于安装电机的第一电机固定横梁9、第 二电机固定横梁10的左右两侧，结合凸轮结构、拉绳结构实现仿生肢节的抬起及放下。电 机正转时，凸轮随着电机转轴旋转，拉绳绕在凸轮表面，使得驱动臂逐渐变短，仿生肢节抬 起，降低了对电机输出力矩的要求；电机反转时，拉绳脱离凸轮，凸轮的力臂逐渐变长，仿生 肢节能够迅速放下。 本发明的控制器为飞思卡尔开发板，型号为MC9S12DG128B，通过编程实现控制器
8飞思卡尔控制器通过螺钉安装在 第一固定电路板横梁13、第二固定电路板横梁14上；6个仿生肢节的驱动电路板，通过螺钉 对称地安装在用于安装在第一仿生肢节固定横梁7、第三仿生肢节固定横梁11、第五仿生 肢节固定横梁15上；2个与凸轮耦合的电机驱动电路板，通过螺钉安装在齿轮箱固定支架 21、电机固定支架22上。 如图1所示，本发明六足仿生湿吸爬壁机器人上所有的螺纹孔直径为2mm，连 接使用M2的螺钉；柔性结构、预压结构所使用的弹簧外径2. 7mm，内径2. 3mm，弹性系数 0. 032kg/mm。机器人上所有结构都是模块化，易于加工、组装、替换；大量使用标准件，降低 成本；转动部分使用铝合金制作，通过轴承连接，其余固定部分使用塑料制作，同时采用了 大量的镂空结构，在保证一定机械强度的情况下，减少了整体的质量。 通过对六足仿生湿吸爬壁机器人进行步态规划，进一步保证机器人在壁面上的稳 定、可靠运动。综合考虑系统的稳定性、控制复杂度、可实现性等，本发明通过对6个仿生肢 节的控制，结合凸轮结构及拉绳结构，选择"三角步态"作为步态规划依据。
机器人按照"三角步态"运动，初始状态为由机器人左前足6、右中足2、左后足4 组成的第一肢节组处于接触壁面，向后摆，且接触第二仿生肢节安装横梁8、第四仿生肢节 安装横梁12、第六仿生肢节安装横梁16的限位块27的状态；由机器人右前足1、左中足5、 右后足3组成的第二肢节组处于接触壁面，向前摆，且接触第一仿生肢节安装横梁7、第三 仿生肢节安装横梁11、第五仿生肢节安装横梁15的限位块27的状态。
运动时，(1)机器人左侧与凸轮耦合的驱动电机带动凸轮旋转，进而带动拉绳拉 动第一肢节组的仿生肢节向上抬起，凸轮上的限位螺丝孔50上的螺钉用于限定凸轮的旋 转角度，即第一肢节组的仿生肢节抬起的角度；(2)第一肢节组的仿生肢节驱动电机带动3 个仿生肢节向前旋转，同时第二肢节组的仿生肢节驱动电机带动另外3个仿生肢节向后旋 转，二者相结合，实现机器人向前的整体运动。在该过程中，每个仿生肢节两侧的限位块27 限定了仿生肢节的转动范围；(3)机器人左侧与凸轮耦合的驱动电机反转，第一肢节组的3 个仿生肢节下落，此时预压结构、弹簧钢片32使3个仿生肢节加速下降，足垫能够较好地与 垂直壁面相接触，增强足垫的吸附力；(4)机器人右侧与凸轮耦合的驱动电机带动凸轮旋 转，拉绳拉动第二肢节组的仿生肢节向上抬起，同样凸轮上的限位螺丝孔50上的螺钉用于 限定凸轮的旋转角度；(5)第二肢节组的仿生肢节驱动电机带动3个仿生肢节向前旋转，同 时第一肢节组的仿生肢节驱动电机带动另外3个仿生肢节向后旋转，二者相结合，实现机 器人第二次向前的整体运动，同样，在该过程中，每个仿生肢节两侧的限位块27限定了仿 生肢节的转动范围；(6)机器人右侧与凸轮耦合的驱动电机反转，第二肢节组的3个仿生肢 节下落，此时预压结构、弹簧钢片32起到与刚才相同的作用，增强足垫的吸附力。重复步骤 (1) (6)，实现仿生湿吸爬壁机器人在壁面上的连续运动。 本发明六足仿生湿吸爬壁机器人，其创新点主要在机器人的整体构架、柔性结构、 预压结构、限位结构、凸轮结构、预压结构、拉绳结构。机器人的重心位于整体结构的中后 端且紧贴壁面，降低了对安装在机器人足端的足垫吸附力的要求；柔性结构，提高了机器人 对环境的适应性，增强了系统的鲁棒性；预压结构增加了仿生足垫与壁面的有效接触面积， 增大吸附力；采用机械结构进行限位控制，减少了传感器的安装，降低成本及电气控制复 杂度；凸轮的设计放大了电机输出的转矩，降低了对电机输出力矩的要求，提高了电机的效率；拉绳结构使足垫剥离容易控制，易于实现基于三角步态的步态规划。该发明体现了仿生 的概念，采用模块化的设计理念，大量使用标准件、镂空结构、轻质材料，易于加工、安装、替 换，同时降低整体质量，本发明机器人的质量在500g以内，多电机驱动，易于步态规划，容 易实现六足爬壁机器人的稳定、可靠运行。 研究基于仿生学的湿吸爬壁机器人可为搜索、救援、侦察、科学实验及科学考察等 方面提供很好的参考和实践模型。本发明研制出新型的仿生湿吸爬壁机器人，可以用于许 多领域如空间探索、执行军事任务、危险排除、高空户外作业、地下管道探伤等，大大扩展 人类活动范围，提高了生产效率，具有广阔的应用前景。
权利要求
一种六足仿生湿吸爬壁机器人，包括躯干骨架、仿生肢节、电机、驱动电路、预压结构、凸轮结构和拉绳结构；仿生肢节、电机、驱动电路、预压结构、凸轮结构和拉绳结构均安装于躯干骨架上；其特征在于所述躯干骨架(17)上上自上而下平行安装有2个仿生肢节安装横梁、2个电机固定横梁、2个仿生肢节安装横梁、2个电路板固定横梁和2个仿生肢节安装横梁；2个仿生肢节安装横梁为一组，即6个仿生肢节安装横梁分别位于躯干骨架(17)的前部、中部和后部；所述仿生肢节共有6个，根据六足湿吸类昆虫，6个仿生肢节分成前足、中足和后足3组，前足、中足向前，后足向后，分别对称地安装于躯干骨架的6个仿生肢节安装横梁上；每个仿生肢节包括底座(29)、股节(30)、胫节(31)、弹簧钢片(32)和柔性结构(33)，股节(30)和柔性结构(33)的一端均安装在底座(29)上，股节(30)另一端连接胫节(31)，柔性结构(33)的另一端连接胫节(31)，胫节(31)另一端安装弹簧钢片(32)，底座(29)上设有电机齿轮箱凹槽(35)，电机齿轮箱凹槽(35)内设有电机轴孔(36)；所述电机共有8个，6个安装于仿生肢节的电机齿轮箱凹槽(35)中，电机上的电机轴穿过电机轴孔(36)连接股节(30)；2个电机横卧安装于躯干骨架(17)两端的电机固定横梁上；所述驱动电路包括电机驱动电路、系统控制电路，电机驱动电路连接电机，系统控制电路连接电机驱动电路，通过系统控制电路发出控制信号，控制电机驱动电路；所述预压结构为3组，每组包括肢节支架、股节延伸T型支架和压缩弹簧，肢节支架固定于躯干骨架(17)上，3个肢节支架分别位于三组仿生肢节安装横梁之间；股节延伸T型支架固定于仿生股节底座(29)的外侧；拉绳(26)经肢节支架第一斜孔(43)与股节延伸T型支架相连；位于肢节支架上的第四螺纹孔(44)用于固定压缩弹簧；股节延伸T型支架上的第六螺纹孔(46)用于固定拉绳(26)；螺钉通过股节延伸T型支架第五螺纹孔(45)将股节延伸T型支架固定在股节底座(29)上；所述凸轮结构为2个，每个凸轮结构包括凸轮(23)和凸轮固定支架(25)，凸轮(23)的一端固定在电机轴上，另一端与凸轮固定支架(25)相连；凸轮固定支架(25)安装于位于躯干骨架中部的仿生肢节安装横梁上；所述拉绳结构包括拉绳支架(24)、拉绳(26)和闸线，拉绳支架(24)安装于躯干骨架(17)上；拉绳(26)的一端穿过拉绳支架(24)上的斜孔连接仿生支节，另一端连接凸轮(23)，闸线套于拉绳(26)外。
2. 根据权利要求l所述的六足仿生湿吸爬壁机器人，其特征在于所述凸轮(23)包括电 机连接轴(47)和凸轮轴(49)，电机连接轴(47)套在电机轴上，凸轮轴(49)与凸轮固定支 架(25)相连。
3. 根据权利要求l所述的六足仿生湿吸爬壁机器人，其特征在于所述拉绳支架(24)包 括第一斜孔(43)、第四螺纹孔(44);第一斜孔(43)用于通过拉绳(26)，固定闸线；第四螺 纹孔(44)用于将拉绳支架(24)固定在躯干骨架上。
4. 根据权利要求1所述的六足仿生湿吸爬壁机器人，其特征在于所述位于拉绳支架(24) 上的斜孔共有6个，其倾角为45。。
5. 根据权利要求1所述的六足仿生湿吸爬壁机器人，其特征在于所述电机齿轮箱凹槽 (35)内放置有电机齿轮箱。
6. 根据权利要求l所述的六足仿生湿吸爬壁机器人，其特征在于柔性结构(33)包括底 座连接杆(39)、弹簧(40)、细轴(41)和胫节连接杆(42)，弹簧(40) —端固定于底座连接杆 (39)的凹槽中，另一端穿过细轴(41)，通过细轴(41)与胫节连接杆(42)相连，胫节连接杆 (42)嵌入底座连接杆(39)的凹槽中，二者是间隙配合。
7. 根据权利要求1所述的六足仿生湿吸爬壁机器人，其特征在于6个仿生肢节安装横 梁的两侧均设有限位块，仿生肢节通过该限位块安装于仿生肢节安装横梁上。
8. 根据权利要求1所述的六足仿生湿吸爬壁机器人，其特征在于电机驱动电路连接控 制器，控制器安装于电路板固定横梁上，
9. 根据权利要求1所述的六足仿生湿吸爬壁机器人，其特征在于系统控制电路包括飞 思卡尔控制器MC9S12DG128B、8块驱动电路板MC3386 ;MC9S12DG1 (28)B的通用10 口输出16 路P丽信号，与MC3386的8个控制输入口相连，实现对整个系统的控制。
全文摘要
本发明属于仿生学技术领域，具体涉及一种六足仿生湿吸爬壁机器人，由躯干骨架、仿生肢节、电机、驱动电路、预压结构、凸轮结构和拉绳结构组成，所有部件安装在躯干骨架上。躯干骨架包括支架、横梁，横梁安装在躯干支架凹槽中；仿生肢节包括底座、股节、胫节、弹簧钢片、柔性结构，股节、柔性结构的一端与底座相连，一端与胫节相连，弹簧钢片安装在胫节上；驱动电路对电机联合控制，电机竖直安装在电机槽中和横卧安装在横梁上；预压结构包括肢节支架、股节延伸T型支架，通过弹簧连接；凸轮结构包括凸轮、凸轮固定支架，凸轮的一端固定在电机轴上，一端与凸轮固定支架相连；拉绳结构包括拉绳支架、拉绳、闸线，拉绳通过拉绳支架与仿生肢节相连。本发明结构精简，各部分模块化、标准化，加工、组装方便，采用镂空结构，整体质量轻，多电机驱动，易于步态规划，容易实现六足爬壁机器人的稳定、可靠运行。
文档编号B62D57/024GK101746429SQ20101010213
公开日2010年6月23日 申请日期2010年1月28日 优先权日2010年1月28日
发明者何斌, 周艳敏, 秦海燕, 黎明和 申请人:同济大学