[发明专利]新型多自由度刚性厚板剪纸爬行机器人

说明书

本发明公开一种新型多自由度刚性厚板剪纸爬行机器人，由左右两个对称部分组成，左右两部分在折叠处铰接，以实现机器人的展开与折叠，有四个自由度，四个舵机驱动，其两个舵机实现左右对称部分的展开运动，其余两个舵机安装在头部，实现机器人前后的折叠运动，四个轮子在电机带动下分别绕电机轴线转动进行位姿调整以适应展开角度。机器人末端轮子上安装单向轴承，使得该爬行机器人能够实现单方向爬行运动。该新型多自由度刚性厚板剪纸爬行机器人具有结构轻便紧凑，折展过程稳定，控制容易等优点。

技术领域

本发明属于折叠机器人技术领域，具体的是指一种利用折叠性质移动的新型多自由度刚性厚板剪纸爬行机器人。

背景技术

折纸是一门古老的民间艺术，其可以将二维平面的物体折叠成三维的模型，这在航天、医疗、机器人等领域有很大的应用前景。并且近些年来，随着折纸数学的发展，折纸艺术不断与现代科学结合衍生出了折纸工程学。而在工程应用上传统的薄纸结构无法满足常用材料具有刚性的要求，故又产生了刚性折纸，刚性折纸结构凭借良好的折叠特性被用于各种可展结构的设计中。近年来，为使机器人能适应工作环境的变化，科技人员又将折纸技术应用到机器人设计中来。目前设计出来的折纸机器人主要分为三类，骨架型折纸机器人、驱动型折纸机器人和外壳型折纸机器人。但是传统的折纸机器人很少关心在折叠时形状的变化，大部分都是单纯的利用记忆合金进行伸缩蠕动，这对于任意伸缩结构都可做到。

近年来，折纸折叠方式由于折痕不允许裁开的约束条件，使得其在大折展比应用中具有一定的局限性，为了获得更大的折展比，基于折纸的剪纸折叠方式应运而生，该折叠方式允许裁开部分折痕以设计可展开结构。目前对于剪纸折叠方式的应用主要在薄板柔性材料的情况，对于具有刚性和厚度材料的剪纸可展结构的研究非常少，在机器人领域更未见过应用剪纸折叠方式设计的爬行机器人。对于爬行机器人而言，希望其在运动过程中能够在一个运动过程中具有较长的移动距离，这就要求机器人主体结构具有较大的折展比，在工作过程中，希望爬行机器人的爬行运动容易控制，具有明确的运动形式，这便于搭建相应的控制模块。因此，设计结构简单、具有大折展比的可展爬行机器人是新型爬行机器人的研究难点。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，提出了一种利用折展时形状的变化进行移动的新型多自由度刚性厚板剪纸爬行机器人，该厚板剪纸折叠方式来源于刚性厚板折纸，通过去除折纸的部分折痕，构成了新的剪纸折叠形式，以解决现有折纸爬行机器人折展比小、结构复杂和运动形式复杂的问题。

本发明是这样实现的：

一种新型多自由度刚性厚板剪纸爬行机器人，具有四个自由度，由十个板块经铰接在一起构成，每两个同名板为一组，相对布置，每侧五个板块自一端到另一端分别基板、主动板、中心板、从动板以及尾板；每侧五个板块间铰接、两个基板之间以及两个尾板之间分别由销轴铰接，中心板呈等腰梯形状，主动板与从动板为四边形状，分别铰接在中心板的两个腰侧，主动板与中心板的铰接轴线与主动板与基板的铰接轴线平行，从动板与中心板的铰接轴线与从动板与尾板的铰接轴线平行；每个基板及尾板外侧安装由电机控制能在折叠过程中保持轮轴线处于水平状态的轮子；还包括第一组两个舵机，分别位于两个基板之间以及两个尾板之间，用于控制相对布置两侧的板体进行分开与闭合运动，以及第二组两个舵机，分别位于中心板与主动板之间，用于控制主动板相对基板折叠，通过销轴将运动传递给中心板并传递至尾板，使板块前后折叠运动最终将力传给轮子，使尾部走轮在单向轴承的作用下受向前拉力滚动，头部轮子受向后拉力滑动，使爬行机器人前移，前进一次距离为两倍折展量。

其中，每个板块的销轴连接侧设置有配合的关节，包括第一关节与第二关节，分别设两个板体上，所述第二关节的直径大于第一关节的直径，所述销轴将第一关节与第二关节串接连接以实现将两个板体相铰接，所述第一关节与销轴为过盈配合连接。

其中，连接所述尾板与中心板的销轴所连接的关节内安装所述单向轴承。为了方便安装，过盈连接的销轴截面可以设计成圆角矩形，过盈连接的关节的孔截面圆角花形，连接时销轴旋进小圆角内，形成过盈配合。