一种气动仿生六足爬壁机器人的制作方法

本发明涉及仿生机器人技术领域，具体涉及一种气动仿生六足爬壁机器人。

背景技术：

爬壁机器人是一种可以携带作业工具在各式各样的壁面上实现特定功能的特种机器人，在攀爬救援、环境探测、航天器舱外行走等领域有着广泛的应用前景，但是，爬壁机器人的设计和应用方面有很大的缺陷。目前投入应用的爬壁机器人多数采用真空吸附，磁力吸附或者空气反推作用力的思路，能耗非常大，或是应用场合限制很大，例如在太空、非磁性材料表面无法使用。另外，采用传统驱动方式的爬壁机器人，一般体积较大，重量较大，不利于小型化设计，在狭小空间无法发挥作用。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种气动仿生六足爬壁机器人，实现小型化设计，避免使用传统驱动方式，以达到减小体积和重量的目的，大大改善爬壁机器人的应用范围，特别在狭小环境的探测方面有极大优势。

本发明提供了一种气动仿生六足爬壁机器人，包括躯干及与躯干连接的六个腿部结构，腿部结构包括可变形的气动关节组、传动杆、可变形足部及气路；

气动关节组包括第一气动关节组、第二气动关节组及第三气动关节组，第一气动关节组连接躯干及传动杆，可使传动杆绕躯干左右摆动，第二气动关节组连接传动杆及可变形足部，可使可变形足部绕传动杆上下摆动，可变形足部包括第一铰链杆、第二铰链杆、可伸展足底及第三气动关节组，第一铰链杆及第二铰链杆的一端活动连接，形成剪刀形结构，第一铰链杆及第二铰链杆之间连接第三气动关节组，第一铰链杆及第二铰链杆的另一端之间连接可伸展足底，第三气动关节组可使第一铰链杆及第二铰链杆张开，以拉动可伸展足底张开；

气路与气动关节组连接，用于通过使气动关节组充气膨胀产生位移，控制六个腿部结构的运动，以使机器人以三角步态运动。

进一步地，气动关节组由气动波纹管及弹簧片组成；弹簧片与气动波纹管连接，用于使气动关节组按照设定的方向运动，以及协助气动关节组恢复到原位置。

进一步地，气路由导气管、分流管、气泵组成，包括六个气路，分别为第一气路、第二气路、第三气路、第四气路、第五气路及第六气路，气泵具有充气与吸气作用，分流管具有一个输入口和三个输出口，输入口通过导气管与气泵连接，输出口通过导气管与气动关节组连接；每个气路同时控制三个气动关节组的张开与收缩运动；其中，第一气路、第二气路控制所述第一气动关节组，第三气路、第四气路控制第二气动关节组，第五气路、第六气路控制第三气动关节组。

进一步地，六个气路分为两组，第一气路、第三气路、第五气路为一组，控制三条腿部结构的运动，第二气路、第四去路、第六气路为另一组，控制另三条腿部结构的运动。

进一步地，可伸展足底由弹性材料制成，可自由拉伸。

与现有技术相比本发明的有益效果是：

该气动仿生六足爬壁机器人由六条气路和十八个气动关节以及六条足部和躯干组成，且足部可以变形伸展，通过控制六条气路的吸气与充气实现六足协同步态，大大减小了机器人的体积和重量，有效降低了加工难度和加工成本，扩展了爬壁机器人的应用范围。

附图说明

图1是本发明一种气动仿生六足爬壁机器人的立体图；

图2是本发明一种气动仿生六足爬壁机器人的正视图；

图3是本发明一种气动仿生六足爬壁机器人的俯视图；

图4是本发明一种气动仿生六足爬壁机器人左视图；

图5是本发明一种气动仿生六足爬壁机器人气路示意图；

图6是本发明一种气动仿生六足爬壁机器人可变形足部示意图。

图中标号：

1－躯干，11－传动杆；2－气动波纹管；32－分流管，33－气泵；4－可变形足部，41－第一铰链杆，42－第二铰链杆，43－可伸展足底；5－弹簧片。

具体实施方式

下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。

参图1至图6所示，本实施例提供了一种气动仿生六足爬壁机器人，包括躯干1及与躯干1连接的六个腿部结构，腿部结构包括可变形的气动关节组、传动杆11、可变形足部4及气路；

气动关节组包括第一气动关节组、第二气动关节组及第三气动关节组，第一气动关节组连接躯干1及传动杆11，可使传动杆11绕躯干1左右摆动，第二气动关节组连接传动杆11及可变形足部4，可使可变形足部4绕传动杆11上下摆动，可变形足部4包括第一铰链杆41、第二铰链杆42、可伸展足底43及第三气动关节组，第一铰链杆41及第二铰链杆42的一端活动连接，形成剪刀形结构，第一铰链杆41及第二铰链杆42之间连接第三气动关节组，第一铰链杆41及第二铰链杆42的另一端之间连接可伸展足底43，第三气动关节组可使第一铰链杆41及第二铰链杆42张开，以拉动可伸展足底43张开；

气路与气动关节组连接，用于通过使气动关节组充气膨胀产生位移，控制六个腿部结构的运动，以使机器人以三角步态运动。

该爬壁机器人利用气动波纹管与弹簧片组成气动关节，驱动机器人腿部运动，以及控制足底的变形；气泵、导气管与分流管组成气路机构，控制机器人实现三角步态行走。该机器人通过气泵驱动，通过气路控制，从而实现机器人六足协同步态，具有节能、轻便、体积小的特点，解决了小型爬壁机器人重量大，体积大的缺点，大大提高了小型化爬壁机器人的实用性和适用性。

在本实施例中，气动关节组由气动波纹管2及弹簧片5组成；弹簧片5与气动波纹管2连接，用于使气动关节组按照设定的方向运动，以及协助气动关节组恢复到原位置。

在本实施例中，气路由导气管、分流管32、气泵组33成，包括六个气路，分别为第一气路、第二气路、第三气路、第四气路、第五气路及第六气路，气泵33具有充气与吸气作用，分流管32具有一个输入口和三个输出口，输入口通过导气管与气泵33连接，输出口通过导气管与气动关节组连接；每个气路同时控制三个气动关节组的张开与收缩运动；其中，第一气路、第二气路控制第一气动关节组，第三气路、第四气路控制第二气动关节组，第五气路、第六气路控制第三气动关节组。

在本实施例中，六个气路分为两组，第一气路、第三气路、第五气路为一组，控制三条腿部结构的运动，第二气路、第四去路、第六气路为另一组，控制另三条腿部结构的运动。

在本实施例中，可伸展足底43由弹性材料制成，可自由拉伸。

下面对本发明作进一步详细说明。

如图1至图6所示，该气动仿生六足爬壁机器人包括躯干1、传动杆11、气动波纹管2、弹簧片5、第一气动关节组、第二气动关节组、第三气动关节组、气路、导气管、分流管32、气泵33、可变形足部4、第一铰链杆41、第二铰链杆42、可伸展足底43。

气动波纹管2与弹簧片5组成可变形的三组气动关节组，共十八个气动关节，包括第一气动关节组，第二气动关节组，第三气动关节组；第一气动关节组连接躯干1与传动杆11，使得传动杆11可以绕躯干1左右摆动；第二气动关节组连接传动杆11与可变形足部4，使得可变形足部4可以绕传动杆11上下摆动。第一铰链杆41和第二铰链杆42连接成铰链，可伸展足底43分别与第一铰链杆41和第二铰链杆42连接，第三气动关节组分别与第一铰链杆41和第二铰链杆42连接，组成可变形足部4，第三气动关节组充气膨胀，使得第一铰链杆41与第二铰链杆42张开，拉动可伸展足底43张开，以实现扩大足底面积，增强粘附效果的目的。

气路由分流管32、气泵33、导气管组成，气泵33具有充气与吸气功能，分流管32具有一个输入口和三个输出口(l1、l3、r2,r1、r3、l2)，输入口通过导气管与气泵33连接，输出口通过导气管与气路关节连接。气路共有六组，每组气路同时控制三个气动关节的张开与收缩运动；其中第一、第二气路控制第一气动关节组，第三、第四气路控制第二气动关节组，第五、第六气路控制第三气动关节组。第一、第三、第五气路共同控制其中三条腿(a组腿，参图5左侧)的运动，第二、第四、第六气路共同控制另三条腿(b组腿，参图5右侧)的运动，以实现六足机器人以三角步态运动。

本实施例的工作原理如下：

(1)三角步态具体实施工作原理如下：

本实施例中，第一步，当气泵33吸气，通过分流管32与导气管由第三气路控制a组腿的第二气动关节组收缩，收缩着的气动关节组驱使可变形足部4离开壁面。第二步，当气泵33充气，通过分流管32与导气管由第一气路控制的a组腿的第一气动关节组张开，张开着的气动关节组带动气动关节组和可变形足部4往前运动到张开过程结束。第三步，当气泵33充气，通过分流管32与导气管由第三气路控制a组腿的第二气动关节组张开，张开着的气动关节组向壁面运动到张开过程结束并黏在避免上。第四步，当气泵33吸气，通过分流管32与导气管由第四气路控制b组腿的第二气动关节组收缩，收缩着的气动关节组驱使可变形足部4离开壁面。第五步，当气泵33吸气，通过分流管32由第一气路控制a组腿的第一气动关节组收缩，收缩着的气动关节组靠收缩力与相粘在壁面上的可变形足部4驱使躯干1往前运动到收缩结束。第六步，当气泵33充气，通过分流管32由第二气路控制b组腿的第一气动关节组张开，张开着的气动关节组带动气动关节组和可变形足部4往前运动到张开过程结束。第七步，当气泵33充气，通过分流管32与导气管由第四气路控制b组腿第二气动关节组张开，张开着的气动关节组驱使可变形足部4向壁面运动并最终相粘在壁面上。上述七个步骤为一个三角步态运动周期，七个步骤往复循环，实现仿生六足爬壁机器人往前运动。

(2)可变形足部4与壁面相粘过程具体实施原理如下：

当气泵33充气或吸气，通过分流管32与导气管由第五或六气路分别控制a组腿或b组腿的第三气动关节组张开或收缩，张开或收缩着的气动关节组带动第一铰链杆41和第二铰链杆42远离或靠近，第一铰链杆41和第二铰链杆42驱使可伸展足底43与壁面的接触面积变大或变小，使可变形足部4与壁面之间的粘力变大或变小，容易配合第一气动关节组与第二气动关节组实现仿生六足爬壁机器人在壁面上稳定运动。

(3)第二气动关节组和第三气动关节组之间的配合实施原理如下：

当气泵33充气或吸气，通过分流管32与导气管由第三或第四气路控制a组腿或b组腿第二气动关节组张开或收缩，第三气动关节组先一步张开或收缩，使调节可变形足部4与壁面之间的粘力，再配合第二气动关节组张开或收缩。

该气动仿生六足爬壁机器人采用气动驱动，通过细导管传送气体，大大降低了机器人整体体积和重量，实现爬壁机器人小型化，大大扩展了其可工作范围，在狭窄环境的探测等方面有很广阔应用前景。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。