一种爬行机器人

本发明涉及机器人，尤其涉及一种爬行机器人。

背景技术：

1、随着科技的不断进步，各类机器人在制造、服务、探测、救援等领域不断被开发应用，爬行机器人可适应于如各种管道类等狭小空间的探测、侦查、救援等场景，但现有爬行机器人通常为刚性结构，狭小空间的穿越能力有限，复杂空间适应能力差，外力下的抗压、抗弯能力有限。中国专利公开号：cn112728291b一种管道内壁探伤爬行机器人及其使用方法，通过电机驱动丝杠从而带动螺母移动，然后推动连杆改变主动曲柄和从动曲柄支撑角度来调整履带足的张合角度，虽然能适应不同的管径。但其采用的履带式三轮腿结构抵抗外力的能力有限，存在多处滚动、滑动部位，造成使用环境受限，维护成本高。同时，现有爬行机器人竖直空间行进中如果失去动力，机器人容易发生滑落，没有很好的位置保持能力。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题，是针对上述存在的技术不足，提供了一种爬行机构及一种爬行机器人，采用带有弹性结构的收放环实现爬行机构的行走动作，解决了现有爬行机构复杂空间适应能力差，外力下的抗压抗弯能力有限等问题。

2、为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种爬行机构，包括径向收放部和轴向的移动部，径向收放部包括两个带有弹性结构的收放环，移动部连接在两个收放环之间，收放环用于爬行机构的抬、伸足动作；移动部用于爬行机构的行进移动。

3、进一步优化本技术方案，收放环为不等径的螺旋状，螺旋状的收放环中心小直径端连接有旋转轴，螺旋状的收放环外周大直径端连接有机架，旋转轴的旋转带动收放环收缩或扩张。

4、进一步优化本技术方案，收放环为平面螺旋的涡卷状。

5、进一步优化本技术方案，同一个旋转轴连接一个径向收放部的两个收放环，同一个径向收放部中的两个收放环螺旋旋向相反；

6、旋转轴单方向旋转时，其中一个收放环径向收缩，另一个收放环径向扩张。

7、进一步优化本技术方案，移动部包括轴向伸缩的气囊，同一个径向收放部中的两个收放环分别为定环和动环，定环的小径端在旋转轴中同轴固定，动环的小径端在旋转轴的花键部中滑动连接，定环和动环内侧相对的设有连接盘，气囊设置在两个连接盘之间，气囊通过控制阀连接有气源。

8、本发明还提供了一种旋转柔性轴，包括两端的连接部，两个连接部之间层叠有多个环状波形片，相邻两个环状波形片为镜像对称设置，相邻两个环状波形片的相接处相互固定连接。

9、本发明还提供了一种爬行机器人，包括感知控制部和电源，包括前述
技术实现要素：
的爬行机构，爬行机器人的机架中固定设有旋转电机，旋转电机的输出轴与旋转轴同轴连接；爬行机器人的外侧设有弹性波纹管组成的机架，感知控制部和电源分别通过卡口在机架的两个端部可拆卸的连接。

10、进一步优化本技术方案，机架与收放环对应的位置设有支撑臂。

11、进一步优化本技术方案，爬行机器人中设有转向机构，转向机构包括柱状囊和控制阀，柱状囊为周向均布的至少两个，柱状囊围绕在旋转轴的外侧，旋转轴与柱状囊对应的位置设有前述发明内容中的旋转柔性轴，每个柱状囊通过各自单独的控制阀连接有气源，通过控制阀控制每个柱状囊的进、出气量差异实现弯曲转向。

12、进一步优化本技术方案，爬行机器人的机架的两个轴向端部设有轴承座，旋转轴的端部转动连接在轴承座内的轴承中，轴承座的外周与弹性波纹管组成的机架之间设有弹波状连接环，轴承座的外侧设有母卡口，母卡口的内侧设有弹性触点柱，与母卡口配合的为公卡口，公卡口的内侧设有触点盘，母卡口的端面处设有弹性伸缩销，公卡口与弹性伸缩销对应的位置设有销孔。

13、与现有技术相比，本发明具有以下优点：1、带有弹性结构的收放环实现爬行机构的行走动作，可适应各种大小不同的活动空间，通过能力强，可在一定程度内承受外力挤压；2、通过旋转涡卷状的收放环实现行机构的抬、伸足动作，没有相互摩擦和滑动的部件，可实现免维护，故障率低，行走噪音低，避免对探测环境引入干扰噪声；3、收放环与环境接触时产生弹性形变，可降低对通过环境的影响，避免对环境造成损伤，行走部分没有坚硬部件探出，不易在复杂环境中卡住，行动可靠，没有气囊与外界接触，不惧环境中尖锐物体的划伤；4、螺旋旋向相反的收放环，收放动作由一根旋转轴驱动时，一个收放环通过涡卷结构蓄能，另一个收放环通过涡卷结构释放弹性势能，降低整体能耗；5、当爬行机构在管道内爬行时如果突然失去动力，涡卷状的收放环在残余弹性势能作用下也不会突然滑落，安全性高；6、本发明中提供的柔性轴不仅可以传递扭矩，还可在轴身的任何部位弯曲，弯曲更加平顺，没有机械摩擦，弯曲更加静音，维护简单，可实现任意方向的弯曲，材料的弹性极限范围内使用寿命长，耐老化；7、适合救援、勘探等多种领域的推广应用，有环境适应性强、柔顺性好 ，移动机器人的结构和控制相对简单，易于微型化，能够适应复杂、狭窄的工作环境，因而有望应用于震后遇难者搜救、工业管道检测、战场侦察等，应用广泛。

技术特征：

1.一种爬行机构，包括径向收放部和轴向的移动部(2)，其特征在于：径向收放部包括两个带有弹性结构的收放环(10)，所述移动部(2)连接在两个所述收放环(10)之间，所述收放环(10)用于爬行机构的抬、伸足动作；所述移动部(2)用于爬行机构的行进移动。

2.根据权利要求1所述的一种爬行机构，其特征在于：所述收放环(10)为不等径的螺旋状，螺旋状的所述收放环(10)中心小直径端连接有旋转轴(3)，螺旋状的所述收放环(10)外周大直径端连接有机架(4)，旋转轴(3)的旋转带动所述收放环(10)收缩或扩张。

3.根据权利要求2所述的一种爬行机构，其特征在于：所述收放环(10)为平面螺旋的涡卷状。

4.根据权利要求2所述的一种爬行机构，其特征在于：同一个所述旋转轴(3)连接一个所述径向收放部的两个所述收放环(10)，同一个所述径向收放部中的两个所述收放环(10)螺旋旋向相反；

5.根据权利要求2所述的一种爬行机构，其特征在于：所述移动部(2)包括轴向伸缩的气囊，同一个所述径向收放部中的两个所述收放环(10)分别为定环(102)和动环(101)，所述定环(102)的小径端在所述旋转轴(3)中同轴固定，所述动环(101)的小径端在所述旋转轴(3)的花键部(301)中滑动连接，所述定环(102)和所述动环(101)内侧相对的设有连接盘(103)，气囊设置在两个所述连接盘(103)之间，气囊通过控制阀(23)连接有气源(8)。

6.一种旋转柔性轴，包括两端的连接部(311)，其特征在于：两个所述连接部(311)之间层叠有多个环状波形片(310)，相邻两个所述环状波形片(310)为镜像对称设置，相邻两个所述环状波形片(310)的相接处相互固定连接。

7.一种爬行机器人，包括感知控制部(5)和电源(7)，其特征在于：包括前述权利要求1至6任意一项的爬行机构(1)，所述爬行机器人的机架(4)中固定设有旋转电机(6)，所述旋转电机(6)的输出轴与旋转轴(3)同轴连接；所述爬行机器人的外侧设有弹性波纹管组成的机架(4)，所述感知控制部(5)和所述电源(7)分别通过卡口在所述机架(4)的两个端部可拆卸的连接。

8.根据权利要求7所述的一种爬行机器人，其特征在于：所述机架(4)与所述收放环(10)对应的位置设有支撑臂(41)。

9.根据权利要求7所述的一种爬行机器人，其特征在于：所述爬行机器人中设有转向机构，所述转向机构包括柱状囊(21)和控制阀(23)，所述柱状囊(21)为周向均布的至少两个，所述柱状囊(21)围绕在所述旋转轴(3)的外侧，所述旋转轴(3)与所述柱状囊(21)对应的位置设有权利要求6中的旋转柔性轴(31)，每个所述柱状囊(21)通过各自单独的控制阀(23)连接有气源(8)，通过控制阀(23)控制每个所述柱状囊(21)的进、出气量差异实现弯曲转向。

10.根据权利要求7所述的一种爬行机器人，其特征在于：爬行机器人的所述机架(4)的两个轴向端部设有轴承座(42)，所述旋转轴(3)的端部转动连接在所述轴承座(42)内的轴承中，所述轴承座(42)的外周与弹性波纹管组成的所述机架(4)之间设有弹波状连接环(43)，所述轴承座(42)的外侧设有母卡口(44)，所述母卡口(44)的内侧设有弹性触点柱(45)，与所述母卡口(44)配合的为公卡口(47)，所述公卡口(47)的内侧设有触点盘(471)，所述母卡口(44)的端面处设有弹性伸缩销(46)，所述公卡口(47)与所述弹性伸缩销(46)对应的位置设有销孔(472)。

技术总结
本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种爬行机器人。包括径向收放部和轴向的移动部，径向收放部包括两个带有弹性结构的收放环，移动部连接在两个收放环之间，收放环用于爬行机构的抬、伸足动作；移动部用于爬行机构的行进移动。带有弹性结构的收放环实现爬行机构的行走动作，可适应各种大小不同的活动空间，通过能力强，可在一定程度内承受外力挤压。

技术研发人员：刘继超,李昆,白彦霞,赵燕,张景苹,王菊,常文慧,张伟娟,段昱臻,尹广举,赵鹏,李英,张凯生
受保护的技术使用者：燕京理工学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15