專利名稱：一種波動足型行走機器人的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及波動足型行走機器人，具體說是一種采用仿生結構，用于研究腹足綱軟體動物運動機理的裝置。
背景技術：
機器人的運動方式分為行走，飛行和游動等運動方式。這些運動方式絕大多數都來源于生物的運動方式。國際國內現在普遍的機器人行走設計方法均是源于爬行和脊椎動物，由此產生的設計絕大多數都是輪動或鉸鏈方式。但這些運動方式對運動表面要求較高，不能滿足在地形變化復雜的表面上運動的要求，而且上述常規(guī)設計方法不能滿足在諸如石油等粘性流體環(huán)境下的運動要求。
發(fā)明內容
本實用新型的目的是提供一種模擬腹足綱軟體動物運動的波動足型行走機器人，以滿足在地形變化復雜的表面上運動的要求。
本實用新型的波動足型行走機器人包括由平板和兩塊分別固定在平板兩端的支撐板和組成的支架，由多個并行排列的足部構成的陣列機構，每個足部由偏心輪、波足板和限位板組成，偏心輪周向開有一環(huán)行槽，偏心輪開有3個軸向孔，第一孔和第二孔在偏心輪的中心線上并分別位于偏心輪中心的兩側，第一孔中心至偏心輪中心的距離為e，e≤D/4，D為偏心輪環(huán)行槽的直徑，第三孔中心到第一孔中心的距離和第二孔中心到第一孔中心的距離相等，第三孔中心與第一孔中心的連線和第二孔中心與第一孔中心的連線的夾角為θ，θ取值為10～45°，限位板固定在波足板的上方，并與波足板形成一矩形框，偏心輪置于矩形框內，限位板的下邊和波足板的上邊分到嵌入在偏心輪的環(huán)行槽里，多個足部依次按前一個偏心輪的第二孔和后一個偏心輪的第三孔連接在一起形成并行陣列機構，所有足部偏心輪的第一孔套在一轉軸上，首個足部偏心輪的第三孔和固定在轉軸上的第一連接件相連，最后一個足部偏心輪的第二孔和固定在轉軸上的第二連接件相連，轉軸的兩端通過軸承分別固定在支架的兩支撐板上，在波足板上開有一垂直于其底邊的槽，定位板穿越所有波足板的槽，定位板的兩端分別與支架的兩支撐板固定，在平板上固定有電機，電機軸通過傳動機構與轉軸相連，多個并行排列的足部由粘結在波足板底面的彈性防水柔性薄膜聯結成一個整體。
本實用新型的波動足型行走機器人結構緊湊，也容易小型化，適合于在流體環(huán)境中運動，并且能夠克服地表形狀對運動的影響，對復雜地形有較強的適應能力。本波動足型行走機器人可應用于諸如石油等管道的檢測等作業(yè)，以及水底的探測，勘探作業(yè)，此波動足型機器人通過在材料上的改進和微型化后還可應用于醫(yī)學領域。
圖1是波動足型行走機器人三維示意圖；圖2是單個足部的三維示意圖；圖3是偏心輪示意圖；圖4是波動足型行走機器人的偏心輪實現機構示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖進一步說明本實用新型。
參照附圖1、2、3，本實用新型的波動足型行走機器人包括由平板5和兩塊分別固定在平板兩端的支撐板11和15組成的支架，由多個并行排列的足部構成的陣列機構7，每個足部由偏心輪14、波足板13和限位板6組成，偏心輪周向開有一環(huán)行槽17，偏心輪開有3個軸向孔，第一孔C和第二孔B在偏心輪14的中心線上并分別位于偏心輪14中心的兩側，第一孔C中心至偏心輪14中心的距離為e，e≤D/4，D為偏心輪環(huán)行槽17的直徑，第三孔A中心到第一孔C中心的距離和第二孔B中心到第一孔C中心的距離相等，第三孔A中心與第一孔C中心的連線和第二孔B中心與第一孔C中心的連線的夾角為θ，θ取值為10～45°，限位板6固定在波足板13的上方，并與波足板13形成一矩形框，偏心輪14置于矩形框內，限位板6的下邊和波足板13的上邊分到嵌入在偏心輪14的環(huán)行槽17里，可以防止波足板上下運動時不會在運動方向(圖中x所示方向)來回擺動，多個足部依次按前一個偏心輪的第二孔B和后一個偏心輪的第三孔A連接在一起形成并行陣列機構，為便于裝配連接，且使相鄰兩偏心輪的連接螺栓不會和偏心輪端面相擦，可采用第二孔B為具有埋沒螺栓頭部的階梯孔，第三孔A為螺紋孔。所有足部偏心輪的第一孔C套在一轉軸10上，首個足部偏心輪的第三孔A和固定在轉軸10上的第一連接件4相連，最后一個足部偏心輪的第二孔B和固定在轉軸10上的第二連接件9相連，轉軸10的兩端通過軸承分別固定在支架的兩支撐板11和15上，在波足板13上開有一垂直于其底邊的槽18，定位板12穿越所有波足板13的槽18，用于防止波足板在上下運動時不會側向來回擺動，定位板12的兩端分別與支架的兩支撐板11和15固定，在平板5上固定有電機3，電機軸通過傳動機構與轉軸10相連。所說的傳動機構可以是齒輪傳動機構、帶傳動機構或鏈傳動機構。在圖示具體實例中，采用的是齒輪傳動機構，電機3軸與主動齒輪1軸相連，與主動齒輪1嚙合的從動齒輪16與轉軸10相連。上述多個并行排列的足部由粘結在波足板13底面的彈性防水柔性薄膜聯結成一個整體，以形成一個波形面，即機器人的波動足。彈性防水柔性薄膜可以是橡膠薄膜或聚氨酯薄膜。
工作原理參見圖4，當轉軸10以轉速ω旋轉時，偏心輪14在限位板和波足板構成的矩形框內運動，每個足部在運動時都有一個共同的正弦波特性，唯一不同的是初始相位不同。任意一個波足板底部的位移Fi可寫成Fi(t)＝R+esin(θi)Fi(t)＝R+esin(ωt+iθ)式中R為偏心輪環(huán)行槽的半徑，θi為偏心輪的相位角，iθ為偏心輪的初始相位角，i＝1，2…n，n為足部的總數量。
以波動足型行走機器人為參考系，設波足板在運動方向的位置用x表示，L是足部并行陣列機構的總長度，k是角度扭轉系數，即并行陣列機構形成的波的個數，則整個足部的運動方程為F(x，t)＝R+esin(ωt+kπx/L)這樣波動足型行走機器人在行走時，電機帶動轉軸轉動，轉軸帶動足部陣列運動，由上述整個足部的運動方程式可知在機器人足部產生一個正弦行波。流體對此行波產生一個反作用力，從而產生機器人前進的動力。
權利要求1.一種波動足型行走機器人，其特征在于它包括由平板(5)和兩塊分別固定在平板兩端的支撐板(11)和(15)組成的支架，由多個并行排列的足部構成的陣列機構(7)，每個足部由偏心輪(14)、波足板(13)和限位板(6)組成，偏心輪周向開有一環(huán)行槽(17)，偏心輪開有3個軸向孔，第一孔(C)和第二孔(B)在偏心輪(14)的中心線上并分別位于偏心輪(14)中心的兩側，第一孔(C)中心至偏心輪(14)中心的距離為e，e≤D/4，D為偏心輪環(huán)行槽(17)的直徑，第三孔(A)中心到第一孔(C)中心的距離和第二孔(B)中心到第一孔(C)中心的距離相等，第三孔(A)中心與第一孔(C)中心的連線和第二孔(B)中心與第一孔(C)中心的連線的夾角為θ，θ取值為10～45°，限位板(6)固定在波足板(13)的上方，并與波足板(13)形成一矩形框，偏心輪(14)置于矩形框內，限位板(6)的下邊和波足板(13)的上邊分到嵌入在偏心輪(14)的環(huán)行槽(17)里，多個足部依次按前一個偏心輪的第二孔(B)和后一個偏心輪的第三孔(A)連接在一起形成并行陣列機構，所有足部偏心輪的第一孔(C)套在一轉軸(10)上，首個足部偏心輪的第三孔(A)和固定在轉軸(10)上的第一連接件(4)相連，最后一個足部偏心輪的第二孔(B)和固定在轉軸(10)上的第二連接件(9)相連，轉軸(10)的兩端通過軸承分別固定在支架的兩支撐板(11)和(15)上，在波足板(13)上開有一垂直于其底邊的槽(18)，定位板(12)穿越所有波足板(13)的槽(18)，定位板(12)的兩端分別與支架的兩支撐板(11)和(15)固定，在平板(5)上固定有電機(3)，電機軸通過傳動機構與轉軸(10)相連，多個并行排列的足部由粘結在波足板(13)底面的彈性防水柔性薄膜聯結成一個整體。
2.根據權利要求1所述的波動足型行走機器人，其特征在于所說的第二孔(B)為階梯孔，第三孔(A)為螺紋孔。
3.根據權利要求1所述的波動足型行走機器人，其特征在于所說的傳動機構為齒輪傳動機構、帶傳動機構或鏈傳動機構。
4.根據權利要求1所述的波動足型行走機器人，其特征是所說的彈性防水柔性薄膜為橡膠薄膜或聚氨酯薄膜。
專利摘要本實用新型的波動足型行走機器人包括支撐支架，驅動傳動機構，由多個并行排列的足部相連構成的陣列機構，相鄰足部的偏心輪相對轉軸的轉角相差一固定角度，這樣，機器人的足部形成一個正弦曲線，多個足部由一柔性薄膜聯成一個整體，當驅動傳動機構帶動轉軸轉動，轉軸帶動足部陣列運動，在機器人足部產生一個正弦行波。流體對此行波產生一個反作用力，從而產生機器人前進的動力。本實用新型結構緊湊，易于小型化，適合于在流體環(huán)境中運動，并且能夠克服地表形狀對運動的影響，對復雜地形有較強的適應能力。可應用于諸如石油等管道的檢測等作業(yè)，以及水底的探測，勘探作業(yè)。
文檔編號B62D57/00GK2928631SQ200620106089
公開日2007年8月1日 申請日期2006年7月27日 優(yōu)先權日2006年7月27日
發(fā)明者楊燦軍, 鄭精輝, 馬子康, 陳鷹 申請人:浙江大學