[发明专利]一种高机动性的尺蠖式蠕动机器人

说明书

本发明提出一种高机动性的尺蠖式蠕动机器人，能够同时进行蠕动运动和尺蠖式运动。所述蠕动机器人包括位于两端的头部和尾部，内部包含电源，控制器和传感器模块。在头部和尾部段之间由柔性皮肤覆盖的驱动部分是由至少4个相同的驱动机构组成的。所述驱动机构是一个特别设计的3自由度机构，该驱动机构不仅能够快速地向前运动，而且其所具有的全半球转动能力使得机器人能够以更小的半径急剧转向和提升躯体。因此，本发明非常有益于穿过较小的间隙，并且可以通过急转弯或爬行而避开障碍物。这种运动方式使得该蠕动机器人能够应用于多种领域，包括手术内窥镜检查，石油和天然气行业管道检查，以及洪水、地震或核事故等灾害的搜救行动。

技术领域

本发明涉及一种仿生尺蠖式蠕动机器人，属于机器人技术领域。

背景技术

石油和天然气行业中，对于直径较宽的管道维护方法很多，但对于直径较小的管道来说，需要开发可在这些小空间内移动或爬行的高机动性机器人。在医学领域，对于人体食管、肠和尿道等较小的管道，可以使用这种类型的微生物机器人进行人体检查。如内窥镜技术可通过微机器人介入，还可用于消除不同身体部位如尿管等的堵塞。在洪水，地震，爆发火灾，核事故等灾害中，可以通过这种蠕动机器人寻找被困在障碍物、残骸中的人。高机动性蠕动机器人的发明具有重要意义。基于此，研究人员给出了如波动、爬行、匍匐和游动等形式的仿生机器人。多段式多驱动结构的设计方法可以在其中任一驱动机构发生故障时提升机器人的鲁棒性，同时，采用相同的驱动机构串联减少了设计和实现的复杂性。

这些机器人可工作在完全自主、半自主或人工控制状态下。一般来说，由于智能仿生机器人设计要求尺寸紧凑，较大驱动功率，高机动性，以及对技术和材料的要求限制，新型机器人研发是一个需多学科紧密合作的领域。为了模拟仿生机器人的运动模式，提出了很多技术方案，如基于形状记忆合金SMA的驱动方案。由于SMA蠕动机器人采用微型直流电机、伺服电机，气动功率微型泵，或特定情况下的外磁场驱动方案，在机器人机动性和控制性能上有很多局限性。仿生机器人采用单一运动模式不能满足应用要求。

发明内容

为了克服现有技术存在的问题，使蠕动机器人具有更好的环境适应性，本发明提出一种高机动性的尺蠖式蠕动机器人，采用特别设计的3自由度机构作为驱动机构，同时实现蠕动运动(仿蚕)和尺蠖式运动(仿尺蠖)。本发明实现的机器人具有高的机动性，其驱动结构具有全半球转动能力，能够进行灵敏转向，并以较小半径实现躯体提升。

本发明给出一种多段式高机动性尺蠖式蠕动机器人，其主体结构包括前侧的头部、后段的尾部、以及中间被柔性皮肤覆盖的驱动结构部分。

头尾部分在结构上是对称的。蠕动机器人可以在前后两个方向上移动，但是为了简化路径计算，将运动方向设为固定。头部和尾部还包含用于机器人自主操作的控制器，电源和传感器模块。

头部和尾部都具有一组四个仿生吸盘，在移动时可以粘附到接触表面。可以根据应用要求选择吸盘的类型。在玻璃上移动可采用真空垫；在金属表面移动可采用电磁垫；在粗糙表面可以采用摩擦垫等。当需要与接触面粘附时，机器人对吸盘进行激励，但是当需要运动时，相应的吸盘必须通过自身提升或者逐个卸下吸盘而脱离与地面的接触。可以根据机器人的运动所需的保持力来增加或减少仿生吸盘的数量。

在头部和尾部之间通过柔性皮肤覆盖着驱动结构部分。柔性皮肤不仅使得机器人拥有毛毛虫一样的形状，还可以保护驱动部分的内部部件免受恶劣环境中的灰尘和液体的污染。驱动部分主要负责机器人的蠕动，转向，提升，收缩和伸长等运动。