CN104690734B - 运行在核聚变舱中的仿蠕虫机器人行走机构及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种运行在核聚变舱中的仿蠕虫机器人行走机构及控制方法，其特征是：由前体节侧向定位模块与后体节侧向定位模块在中体节轴向运动模块的两端对称设置构成；在前体节侧向定位模块与中体节轴向运动模块之间以前双万向节相联接，在后体节侧向定位模块与中体节轴向运动模块之间以后双万向节相联接。本发明运动轨迹可遍及整个核聚变舱底部的大双环形槽道，运动步态类似蠕虫行走，运行稳定性好且控制简单，通过搭载视觉观测云台可以实现对核聚变舱内部空间三个自由度的全方位视觉信息采集。

Description

运行在核聚变舱中的仿蠕虫机器人行走机构及控制方法

技术领域

本发明属于核环境遥操纵机器人及自动化技术领域，更具体地说是涉及一种运行在核聚变舱中的仿蠕虫机器人行走机构及控制方法。

背景技术

托卡马克是一种利用磁约束来实现受控核聚变的环形容器，其中央是一个外面缠绕着线圈的环形真空室；在通电的时候托卡马克的内部会产生巨大的螺旋型磁场，将其中的等离子体加热到很高的温度，以达到核聚变的目的。全托卡马克装置的内部舱体一般被称为核聚变反应舱，作为当代核能源产生和制备的核心载体，其内部环境属于一种典型极端环境，一方面具有强辐射、高温、强磁场以及高真空等物理特点，另一方面，反应舱内部设备众多，管道错综复杂，通道狭隘，工作空间小，再加上舱内的某些部件会受到放射性和有毒物质的污染，即使在设备的维护保养期间维护人员也不能或不宜直接对反应舱内部相关部件进行操作，因此需要借助于舱外遥操纵手段，通过一种智能型机电设备替代人类进入舱内完成相应的作业任务。为了应对反应舱内部的恶劣环境，保证核聚变反应堆的正常工作秩序，需要研制一种面向核聚变反应舱环境的行走机构，用来执行反应舱内部件的日常观测、侦察和巡检等对各种状态信息的采集、处理、表示和识别等任务，监视核聚变反应堆的具体工作情况，以便为异常情况出现时采取相应的决策提供依据。

目前国内外对于核聚变舱遥操纵机器人行走机构的公开报道为数不多。荷兰爱思唯尔(Elsevier)科学出版公司出版的《聚变工程与设计》(FusionEngineeringandDesign，83(2008)，pp:1833–1836.)中公开了一种ArticulatedInspectionArm(AIA)机器人，属于一种针对核聚变舱环境的悬空式机器人行走机构，采用5个关节的模块化设计，每个关节处分别有一个俯仰自由度和一个偏转自由度，偏转运动由安装在模块内的驱动电机提供，俯仰运动由平行四边形杆内的螺旋千斤顶处的电机提供，各电机输出轴的运动通过钢索传递至大角度回转关节索轮处，带动机器人各模段之间产生相对回转运动，该机器人可在核聚变舱物理实验的间歇期内进入舱内移动，对真空室第一壁进行近距离观测，监测全托卡马克装置在运行期间真空室内的工作情况；但由于该机器人属于悬臂式结构，一方面其动力驱动装置分别集成在各机械臂关节内部，增加了机器人关节臂的重量，加大了机器人末端支撑装置的承载负担，使得机器人总体尺寸不宜过长，从而限制了机器人在核聚变舱内的探测活动空间范围；另一方面由于该机器人各关节行走机构的回转运动需要各自驱动装置同步协调控制，步态轨迹较难精准规划,且受机械臂自重的干扰，机器人前端探测装置在运行过程中容易出现抖动现象，影响了系统的定位精度和运动稳定性。

中国专利申请CN102233575A公开的一种用于核辐射环境下的小型应急救援及探测机器人，其行走机构采用履带式底盘结构，驱动电机放置在底盘中部，通过链条驱动履带运行，底盘前端设有四自由度机械手，伽马相机及成像系统位于机器人后部，可以对核环境下的辐射强度和方位进行探测，并通过机器人机械臂进行应急处理；该机器人的行走机构虽然具备一定的通过能力，可用于核聚变舱外围的一些非结构化环境，但仍然无法在几何构造条件苛刻的核聚变舱内部空间运行，限制了其使用范围。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种运行在核聚变舱中的仿蠕虫机器人行走机构及控制方法，以克服现有技术中悬臂式方案所造成的对核聚变舱内部空间探测范围及定位精度有限并且运行不稳定等缺陷，使其运动轨迹可遍及整个核聚变舱底部的大双环形槽道，运动步态类似蠕虫行走，运行稳定性好且控制简单，通过搭载视觉观测云台实现对核聚变舱内部空间三个自由度的全方位视觉信息采集，以期降低机器人行走机构本体对承载能力的要求，改善核环境遥操纵机器人平台对核聚变舱内部结构化特定环境的运动适应性。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明运行在核聚变舱中的仿蠕虫机器人行走机构的结构特点是：由前体节侧向定位模块与后体节侧向定位模块在中体节轴向运动模块的两端对称设置构成；

所述前体节侧向定位模块的结构设置为：电驱动子模块固装于承载子模块的内部，并有具有相同的结构形式的内侧对开支撑子模块和外侧对开支撑子模块对称设置于所述电驱动子模块的左右两侧；所述内侧对开支撑子模块和外侧对开支撑子模块的一端分别固联于电驱动子模块的左右两侧设定位置处，另一端分别沿所述电驱动子模块的左右侧向可伸缩运动并以所述承载子模块为导轨；在所述前体节侧向定位模块的顶部，位于中央设置前体节热控装置，位于侧部设置前体节配重系统，所述前体节配重系统处在前体节侧向定位模块中外侧对开支撑子模块的上方；

所述后体节侧向定位模块与所述前体节侧向定位模块具有相同的结构形式；在所述后体节侧向定位模块的顶部，位于中央设置后体节热控装置，位于侧部设置后体节配重系统，所述后体节配重系统处在所述后体节侧向定位模块中外侧对开支撑子模块的上方；

所述中体节轴向运动模块的结构设置为：前节段子模块固装于壳体子模块的内部；所述前节段子模块和后节段子模块在壳体子模块的内部相联并且相互间沿前后方向可相对运动，形成可伸缩的中体节轴向运动模块，所述后节段子模块突出于所述中体节轴向运动模块的尾部端面；在所述中体节轴向运动模块的顶部，位于中央设置中体节热控装置；

在所述前体节侧向定位模块与中体节轴向运动模块之间以前双万向节相联接，在所述后体节侧向定位模块与中体节轴向运动模块之间以后双万向节相联接。

本发明运行在核聚变舱中的仿蠕虫机器人行走机构的结构特点也在于：

所述前体节侧向定位模块中承载子模块的结构设置为：

以第一矩形底板为底面，以第一矩形顶板为顶面，在所述第一矩形底板和第一矩形顶板之间以前侧板为前端面、以后侧板为后端面，以内斜板为左端面，以外斜板为右端面形成前体节矩形框架；

在所述前体节矩形框架的外部，位于所述内斜板上设置有内滚球支承装置，位于所述外斜板上设置有外滚球支承装置，以所述内滚球支承装置和外滚球支承装置作为所述前体节矩形框架在左端面和右端面上的支撑件；在所述前体节矩形框架的外部，位于所述第一矩形底板上设置有万向脚轮，以所述万向脚轮作为所述前体节矩形框架在底面的支撑件；所述内滚球支承装置是以核聚变舱中大双环形槽道的内环壁为支撑面；所述外滚球支承装置是以所述核聚变舱中大双环形槽道的外环壁为支撑面；

所述前体节侧向定位模块中电驱动子模块的结构设置为：

在所述前体节矩形框架的内部，位于所述第一矩形底板上并处在同轴线的位置上依次设置对开支撑子模块固定支座、第一电机支座、第一轴承支座和第二轴承支座；在所述第一电机支座上固定安装第一真空伺服减速电机，所述第一真空伺服减速电机的输出轴通过第一联轴器与第一中心滚珠丝杆相联接；所述第一中心滚珠丝杆为阶梯轴，所述阶梯轴的两端分别通过第一双列角接触球轴承和第一深沟球轴承支承于所述第一轴承支座和第二轴承支座之间，第一螺套以滚动螺旋配合套装在所述第一中心滚珠丝杆的螺纹轴段上；第一移动平板固装于所述第一螺套上；设置第一移动平板导向结构，是在所述第一中心滚珠丝杆的两侧平行设置第一导向杆，所述第一导向杆的一端固装于第一轴承支座上，另一端通过第一套筒固装于第二轴承支座上，所述第一移动平板利用第一直线轴承支承在所述第一导向杆上，使所述第一移动平板在所述第一螺套的带动下可以在第一导向杆上轴向移动；在所述第一矩形底板上、位于所述第一中心滚珠丝杆的正下方设置有第一光电开关，所述第一光电开关位于第一轴承支座和第二轴承支座之间设定位置处；

所述前体节侧向定位模块中外侧对开支撑子模块和内侧对开支撑子模块具有如下相同的结构形式：

在所述对开支撑子模块固定支座和第一移动平板的旁侧设置大平板，在所述大平板的内侧与对开支撑子模块固定支座的相对位置处固定安装联接板，在所述大平板的内侧与第一移动平板的相对位置处固定安装滑轨，所述滑轨与第一中心滚珠丝杆的轴线平行，在所述滑轨上滑动配合有滑块；平行设置的第一上连杆和第一下连杆在一端通过第一上铰支座、第一下铰支座以及第一销轴与对开支撑子模块固定支座相铰接；在另一端通过双铰支座和第四销轴与所述滑块相铰接；平行设置的第二上连杆和第二下连杆在一端通过第三上铰支座、第三下铰支座以及第三销轴与安装联接板相铰接，在另一端通过第二上铰支座、第二下铰支座以及第二销轴与第一移动平板相铰接；在所述内侧对开支撑子模块中，在其大平板的外侧固定设置内楔形支架，在所述内楔形支架的外端面上设置有内万向撑爪；在所述外侧对开支撑子模块中，在其大平板的外侧固定设置外楔形支架，在所述外楔形支架的外端面上设置外万向撑爪；以所述内万向撑爪和外万向撑爪在核聚变舱中的大双环形槽道的内环壁和外环壁上形成支撑为锁止状态，以所述内万向撑爪和外万向撑爪脱离在核聚变舱中的大双环形槽道的内环壁和外环壁上的支撑为解锁状态；

本发明运行在核聚变舱中的仿蠕虫机器人行走机构的结构特点也在于：所述外滚球支承装置和内滚球支承装置具有如下相同的结构形式：导向筒通过安装板固定在内斜板上，弹簧压块嵌装于导向筒内且与导向筒为滑动配合，在安装板与弹簧压块之间套装有波形弹簧，球铰座与弹簧压块螺纹联接，并有滚球与所述球铰座球铰配合。

本发明运行在核聚变舱中的仿蠕虫机器人行走机构的结构特点也在于：所述外万向撑爪和内万向撑爪具有如下相同的结构形式：

撑爪头部通过一万向结与铰支座相联，所述万向结由长销轴、两只结构相同的半销轴以及十字块组成，所述十字块通过长销轴铰接于铰支座上，并通过两只半销轴沿十字块的中心截面对称铰接于撑爪头部，两只半销轴与长销轴的中心线垂直交汇于十字块的中心；所述铰支座与所述内侧对开支撑子模块中的内楔形支架固联；在所述撑爪头部的圆弧外端面上粘贴氟橡胶层并且呈阵列式分布有压力传感器件。

本发明运行在核聚变舱中的仿蠕虫机器人行走机构的结构特点也在于：

所述中体节轴向运动模块中的壳体子模块的结构设置为：

以第二矩形底板为底面，以第二矩形顶板为顶面，并在所述第二矩形底板和第二矩形顶板之间以矩形左侧板和矩形右侧板分别为两侧面，以矩形前侧板和工字型后侧板分别为两端面形成一中体节矩形框架；

所述前节段子模块和后节段子模块具有如下相同的结构形式：

在所述中节体矩形框架的内部，位于第二矩形底板上并处在同轴线B的位置上分别设置第三轴承支座与第四轴承支座，位于第二矩形顶板上呈悬置固定设置第二电机支座，在所述第二电机支座上固定安装第二真空伺服减速电机；第一齿轮设置在所述第二真空伺服减速电机的输出轴上并且与第二齿轮啮合，所述第二齿轮设置在第二中心滚珠丝杆的端部且由小圆螺母进行轴向紧固；所述第二中心滚珠丝杆为阶梯轴，所述阶梯轴的两端分别通过第二双列角接触球轴承和第二深沟球轴承支承于所述第三轴承支座和第四轴承支座之间，第二螺套以滚动螺旋配合套装在所述第二中心滚珠丝杆的螺纹轴段上；第二移动平板固装于所述第二螺套上；

在所述第二移动平板的左右两侧对称位置上分别固装有第二直线轴承；在所述第二中心滚珠丝杆的左右两侧对称位置上分别设置第二导向杆，所述第二导向杆的一端固装于第三轴承支座上，另一端通过第二套筒固装于第四轴承支座上；所述第二导向杆与第二直线轴承为滑动配合；

在所述第二移动平板的左右两侧对称位置上分别设置有推杆,所述推杆的一端固装于第二移动平板,另一端分别穿过所述工字型后侧板的左右对称豁口空间与处在中节体矩形框架外部的推板固联；

在所述第二矩形底板上，位于所述第二中心滚珠丝杆的正下方分别设置第二光电开关和第三光电开关，所述第二光电开关和第三光电开关分处在第三轴承支座和第四轴承支座之间的不同轴向位置上。

本发明运行在核聚变舱中的仿蠕虫机器人行走机构的结构特点也在于：所述前体节配重系统和后体节配重系统设置为如下相同结构形式：将配重盒固装于所述前体节侧向定位模块中的第一矩形顶板上表面外侧，配重砝码组中的各砝码按阵列的形式置于配重盒中。

本发明运行在核聚变舱中的仿蠕虫机器人行走机构的结构特点也在于：所述前体节热控装置和后体节热控装置设置为如下相同的结构形式：

设置第一密封腔壳体，第一复合隔热材料层和第一相变材料层依次由外向内封装于所述第一密封腔壳体中；在所述第一相变材料层的内部空间中分别引出第一氮气冷却管道、第一温控模块电源线和信号线、视觉观测装置电源线和信号线、第一电机控制器电源线和信号线以及第一传感部件电源线和信号线。

本发明运行在核聚变舱中的仿蠕虫机器人行走机构的结构特点也在于：所述中体节热控装置的结构设置为：

设置第二密封腔壳体，第二复合隔热材料层和第二相变材料层依次由外向内封装于第二密封腔壳体中，在所述第二相变材料层内部空间中分别引出第二氮气冷却管道、第二温控模块电源线和信号线、第二电机控制器电源线和信号线以及第二传感部件电源线和信号线。

本发明运行在核聚变舱中的仿蠕虫机器人行走机构的结构特点也在于：

所述前双万向节的结构设置为：具有结构相同的第一前节段、第一中前节段、第一中后节段和第一后节段，以及结构相同的两只第一前俯仰限位片和两只第一后俯仰限位片；所述第一中前节段与第一中后节段以背靠背的形式固定联接；第一前节段的一端通过第一前十字结与第一中前节段构成上下俯仰及左右偏转二维转动连接，另一端与所述前体节侧向定位模块中的后侧板固联；第一后节段的一端通过第一后十字结与第一中后节段构成上下俯仰及左右偏转二维转动连接，另一端与所述中体节轴向运动模块中的矩形前侧板固联；所述两只第一前俯仰限位片分别上下对称固装于第一前节段的上部及下部，所述两只第一后俯仰限位片分别上下对称固装于第一后节段的上部及下部；

所述后双万向节的结构设置为：具有结构相同的第二前节段、第二中前节段、第二中后节段和第二后节段，以及结构相同的两只第二前俯仰限位片和两只第二后俯仰限位片；所述第二中前节段与第二中后节段以背靠背的形式固定联接；第二前节段的一端通过第二前十字结与第二中前节段构成上下俯仰及左右偏转二维转动连接，另一端与所述中体节轴向运动模块中的推板固联；第二后节段的一端通过第二后十字结与第二中后节段构成上下俯仰及左右偏转二维转动连接，另一端与所述后体节侧向定位模块中的后侧板固联；所述两只第二前俯仰限位片分别上下对称固装于第二前节段的上部及下部，所述两只第二后俯仰限位片分别上下对称固装于第二后节段的上部及下部。

本发明运行在核聚变舱中的仿蠕虫机器人行走机构的控制方法的特点是：

所述行走机构按如下步骤完成一个前进步距的行走过程：

步骤1：前体节侧向定位模块和后体节侧向定位模块均处于锁止状态，中体节轴向运动模块处于最小缩短状态；行走机构定位在位置A处；

步骤2：前体节侧向定位模块设置为解锁状态，后体节侧向定位模块保持在锁止状态，中体节轴向运动模块伸长直至达到最大伸长状态，行走机构处在由位置A向位置B的行进中；

步骤3：前体节侧向定位模块设置为锁止状态，后体节侧向定位模块设置为解锁状态，中体节轴向运动模块缩短直至达到最小缩短状态，行走机构行进到位置B处；

步骤4：前体节侧向定位模块保持在锁止状态，后体节侧向定位模块进入锁止状态，中体节轴向运动模块保持在最小缩短状态，行走机构定位在位置B处；

所述行走机构按如下步骤完成一个后退步距的行走过程：

步骤1：前体节侧向定位模块和后体节侧向定位模块均处于锁止状态，中体节轴向运动模块处于最小缩短状态；行走机构定位在位置A处；

步骤2：前体节侧向定位模块保持为锁止状态，后体节侧向定位模块设置为解锁状态，中体节轴向运动模块伸长直至达到最大伸长状态，行走机构处在由位置A向位置C的行进中；

步骤3：前体节侧向定位模块设置为解锁状态，后体节侧向定位模块设置为锁止状态，中体节轴向运动模块缩短直至达到最小缩短状态，行走机构行进到位置C处；

步骤4：前体节侧向定位模块设置为在锁止状态，后体节侧向定位模块保持在锁止状态，中体节轴向运动模块保持在最小缩短状态，行走机构定位在位置C处。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明仿蠕虫机器人行走机构运动范围广阔，其行走轨迹可遍及核聚变舱底部的大双环形槽道整周，满足核环境遥操纵机器人对舱内遥操纵对象涉入深度的总体技术要求。

2、本发明针对核聚变舱内部环境特点，所设计的仿蠕虫机器人行走机构考虑到了耐高温辐射材质及真空润滑的特定要求，对机构内部的机电零部件出线和电子器件等采用热控装置进行封装，可以最大程度满足机构使用场合的高温、真空、核辐射等极端物理条件，同时机构前、后体节侧向定位模块采用的内、外侧对开支撑子模块结构形式也符合核聚变舱底部大双环形槽道的空间构造特性，实用性强。

3、针对本发明仿蠕虫机器人行走机构，通过在其前体节侧向定位模块载有并联式视觉观测云台，可以实现空间三个旋转自由度的观测，配合仿蠕虫机器人行走机构的周期性蠕行运动，可以完成对核聚变舱内部D字截面环形空间的360°全方位视觉信息采集功能；又由于并联式视觉观测云台采用三个相同支链周向均布的球面结构形式，中心冗余支链的加入使得装置具有系统刚度大、运动灵活度高、承载能力强、运动定位精度高、奇异位姿可控等多项优越特性。

3、本发明仿蠕虫机器人行走机构的周期性运动步态跟自然界的蠕虫行走步态类似，控制方法简单便捷，且前体节侧向定位模块与后体节侧向定位模块中的承载子模块均设有分别跟核聚变舱底部的大双环形槽道内、外环壁相配合的内、外滚球弹性支承装置，具有结构自适应性，使得整个机构的运行稳定性好。

4、本发明仿蠕虫机器人行走机构属于三段式串联结构，由于前体节侧向定位模块与后体节侧向定位模块在中体节轴向运动模块两端对称设置，故前、后体节侧向定位模块之间可以相互替换，通用性好。

6、本发明可用于核聚变装置遥操作维护机器人系统工程，针对核聚变反应堆的日常工作状态执行专业侦察、监测和巡检等任务，进而促进未来核聚变堆自动化维护技术的可持续发展。

附图说明

图1为本发明仿蠕虫机器人行走机构总体结构示意图；

图2为核聚变舱内部结构示意图；

图3为本发明仿蠕虫机器人行走机构在核聚变舱中的总体运行示意图；

图4为本发明中前体节侧向定位模块及后体节侧向定位模块结构示意图；

图5为本发明中前体节侧向定位模块及后体节侧向定位模块中的承载子模块结构示意图；

图6为本发明中前体节侧向定位模块及后体节侧向定位模块中电驱动子模块结构示意图；

图7为本发明中前体节侧向定位模块及后体节侧向定位模块中电驱动子模块中心剖视图；

图8(a)、图8(b)和图8(c)为本发明中前体节侧向定位模块及后体节侧向定位模块中的内侧对开支撑子模块和外侧对开支撑子模块结构示意图；

图9为本发明中前体节侧向定位模块在核聚变舱内部的接触状态示意图；

图10(a)、图10(b)和图10(c)为本发明中前体节侧向定位模块及后体节侧向定位模块中的承载子模块的内滚球弹性支承装置结构示意图及其与核聚变舱底部大双环形槽道内壁的接触状态示意图；

图11(a)、图11(b)、图11(c)和图11(d)为本发明中前体节侧向定位模块及后体节侧向定位模块中的承载子模块的内万向撑爪结构示意图；

图12为本发明中中体节轴向运动模块结构示意图；

图13为本发明中中体节轴向运动模块中的壳体子模块结构示意图；

图14为本发明中中体节轴向运动模块中的前节段子模块和后节段子模块结构示意图；

图15为本发明中并联式视觉观测云台结构示意图；

图16为本发明中前体节配重系统及后体节配重系统结构示意图；

图17为本发明中前双万向节结构示意图；

图18为本发明中后双万向节结构示意图；

图19为本发明中前体节热控装置及后体节热控装置结构示意图；

图20为本发明中中体节热控装置结构示意图。

具体实施方式

参见图1、图2和图3，本实施例中运行在核聚变舱中的仿蠕虫机器人行走机构U1的结构形式是：由前体节侧向定位模块1与后体节侧向定位模块3在中体节轴向运动模块2的两端对称设置构成仿蠕虫机器人行走机构；图4所示，前体节侧向定位模块1的结构设置为：电驱动子模块1B固装于承载子模块1A的内部，并有具有相同的结构形式的内侧对开支撑子模块1C和外侧对开支撑子模块1D对称设置于电驱动子模块1B的左右两侧；内侧对开支撑子模块1C和外侧对开支撑子模块1D的一端分别固联于电驱动子模块1B的左右两侧设定位置处，另一端分别沿电驱动子模块1B的左右侧向可伸缩运动并以承载子模块1A为导轨；图1所示，在前体节侧向定位模块1的顶部，位于中央设置前体节热控装置9，位于侧部设置前体节配重系统7，前体节配重系统7处在前体节侧向定位模块1中外侧对开支撑子模块的上方，位于前部设置视觉观测云台6，用于在仿蠕虫机器人行走机构在核聚变舱12内部运行时对舱内各类部件工作状况开展空间360°全方位实时巡视和监测任务；后体节侧向定位模块3与前体节侧向定位模块1具有相同的结构形式；在后体节侧向定位模块3的顶部，位于中央设置后体节热控装置11，位于侧部设置后体节配重系统8，后体节配重系统8处在后体节侧向定位模块3中外侧对开支撑子模块的上方。图12所示，中体节轴向运动模块2的结构设置为：前节段子模块2B固装于壳体子模块2A的内部；前节段子模块2B和后节段子模块2C在壳体子模块2A的内部相联并且相互间沿前后方向可相对运动，形成可伸缩的中体节轴向运动模块2，后节段子模块2C突出于中体节轴向运动模块2的尾部端面；在中体节轴向运动模块2的顶部，位于中央设置中体节热控装置10。在前体节侧向定位模块1与中体节轴向运动模块2之间以前双万向节4相联接，在后体节侧向定位模块3与中体节轴向运动模块2之间以后双万向节5相联接。

本实施例中，图5所示，前体节侧向定位模块1中承载子模块1A的结构设置为：以第一矩形底板101为底面，以第一矩形顶板107为顶面，在第一矩形底板101和第一矩形顶板107之间以前侧板106为前端面、以后侧板102为后端面，以内斜板104M为左端面，以外斜板104N为右端面形成前体节矩形框架；在前体节矩形框架的外部，位于内斜板104M上设置有内滚球支承装置105M，位于外斜板104N上设置有外滚球支承装置105N，以内滚球支承装置105M和外滚球支承装置105N作为前体节矩形框架在左端面和右端面上的支撑件；在前体节矩形框架的外部，位于第一矩形底板101上设置有万向脚轮103，以万向脚轮103作为前体节矩形框架在底面的支撑件；这一结构形式有利于前体节侧向定位模块及后体节侧向定位模块的系统减重，提高部件的通用性和互换性。

图9所示，内滚球支承装置105M是以核聚变舱12中大双环形槽道的内环壁12M为支撑面；外滚球支承装置105N是以核聚变舱12中大双环形槽道的外环壁12N为支撑面。这一结构是以前体节侧向定位模块1及后体节侧向定位模块3在核聚变舱12内作为承重接触端；多个内滚球支承装置105M及外滚球支承装置105N在承载子模块1A上的分布可有利于增大接触面积，保证受力均匀。

图6和图7所示，前体节侧向定位模块1中电驱动子模块1B的结构设置为：在前体节矩形框架的内部，位于第一矩形底板101上并处在同轴线的位置上依次设置对开支撑子模块固定支座108、第一电机支座109、第一轴承支座110和第二轴承支座113；在第一电机支座109上固定安装第一真空伺服减速电机122，第一真空伺服减速电机122的输出轴通过第一联轴器121与第一中心滚珠丝杆114相联接；第一中心滚珠丝杆114为阶梯轴，阶梯轴的两端分别通过第一双列角接触球轴承124和第一深沟球轴承115支承于第一轴承支座110和第二轴承支座113之间，第一螺套111以滚动螺旋配合套装在第一中心滚珠丝杆114的螺纹轴段上，第一双列角接触球轴承124和第一深沟球轴承115的外圈分别由第一轴承端盖120、第二轴承端盖116紧固，第一双列角接触球轴承124和第一深沟球轴承115的内圈分别由第一圆螺母123、第一轴用弹性挡圈125紧固；第一移动平板112固装于第一螺套111上；设置第一移动平板112导向结构，是在第一中心滚珠丝杆114的两侧平行设置第一导向杆118，第一导向杆118的一端固装于第一轴承支座110上，另一端通过第一套筒117固装于第二轴承支座113上，第一移动平板112利用第一直线轴承119支承在第一导向杆118上，使第一移动平板112在第一螺套111的带动下可以在第一导向杆118上轴向移动；在第一矩形底板101上、位于第一中心滚珠丝杆114的正下方设置有第一光电开关126，第一光电开关126位于第一轴承支座110和第二轴承支座113之间设定位置处。前体节侧向定位模块1中外侧对开支撑子模块1D和内侧对开支撑子模块1C具有如下相同的结构形式：

图8(a)所示，在对开支撑子模块固定支座108和第一移动平板112的旁侧设置大平板140，在大平板140的内侧与对开支撑子模块固定支座108的相对位置处固定安装联接板132，在大平板140的内侧与第一移动平板112的相对位置处固定安装滑轨141，滑轨141与第一中心滚珠丝杆114的轴线平行，在滑轨141上滑动配合有滑块142；平行设置的第一上连杆144和第一下连杆146在一端通过第一上铰支座129、第一下铰支座127以及第一销轴128与对开支撑子模块固定支座108相铰接；在另一端通过双铰支座143和第四销轴145与滑块142相铰接；平行设置的第二上连杆139和第二下连杆150在一端通过第三上铰支座135、第三下铰支座130以及第三销轴131与安装联接板132相铰接，在另一端通过第二上铰支座147、第二下铰支座149以及第二销轴148与第一移动平板112相铰接；图8(b)所示，在内侧对开支撑子模块1C中，在其大平板140的外侧固定设置内楔形支架133M，在内楔形支架133M的外端面上设置有内万向撑爪134M；图8(c)所示，在外侧对开支撑子模块1D中，在其大平板140的外侧固定设置外楔形支架133N，在外楔形支架133N的外端面上设置外万向撑爪134N；图9所示，以内万向撑爪134M和外万向撑爪134N在核聚变舱12中的大双环形槽道的内环壁12M和外环壁12N上形成支撑为锁止状态，以内万向撑爪134M和外万向撑爪134N脱离在核聚变舱12中的大双环形槽道的内环壁12M和外环壁12N上的支撑为解锁状态。在内侧对开支撑子模块1C与承载子模块1A之间，以及在外侧对开支撑子模块1D与承载子模块1A之间分别设置有侧向导向结构；图8(a)所示，侧向导向结构是在大平板140上固定安装一对“L”形小支架137，在一对“L”形小支架137上支撑小销轴138，并有小滚轮136安装在小销轴138上，以小滚轮136与第一矩形底板101的顶面为滚动配合。

当第一真空伺服减速电机122旋转时，带动第一中心滚珠丝杆114旋转，由于第一中心滚珠丝杆114与第一螺套111构成了丝杠螺母副，配合第一导向杆118与第一直线轴承119之间的滑动导向作用，则第一螺套111带动第一移动平板112沿着中心轴线方向直线移动；第一光电开关126用于感应第一移动平板112的位置变化并向仿蠕虫机器人行走机构的控制系统发出限位命令信号，以精确控制前体节侧向定位模块1及后体节侧向定位模块3中第一移动平板112的周期性轴向移动距离。

第一移动平板112、对开支撑子模块固定支座108、滑轨141与滑块142、联接板132以及上述部件之间相互铰接的第一上连杆144、第一下连杆146、第二上连杆139和第二下连杆150共同构成了一套剪式伸缩机构，当第一真空伺服减速电机122驱动第一移动平板112沿着中心轴线方向进行往复直线移动时，分别通过两侧的剪式伸缩机构带动第一中心滚珠丝杆114左、右两侧的大平板140做同步侧向往复直线运动，继而分别通过内斜板104M和外斜板104N带动内万向撑爪134M和外万向撑爪134N做同步侧向伸缩运动，进而控制前体节侧向定位模块1及后体节侧向定位模块3在核聚变舱12底部大双环形槽道的内环壁12M与外环壁12N之间的锁止与解锁状态。

当第一真空伺服减速电机122分别通过第一中心滚珠丝杆114左右两侧的剪式伸缩机构驱动左、右两侧的大平板140做同步侧向往复直线运动时，侧向导向结构可起到对剪式伸缩机构的引导与局部支承作用，改善机构的动态受力性能，提高前体节侧向定位模块1及后体节侧向定位模块3的内万向撑爪134M和外万向撑爪134N在核聚变舱12底部大双环形槽道的内环壁12M与外环壁12N之间做同步侧向伸缩运动的稳定性。

本实施例中，外滚球支承装置105N和内滚球支承装置105M具有如下相同的结构形式：图10(a)、图10(b)和图10(c)所示，导向筒105MB通过安装板105MA固定在内斜板104M上，弹簧压块105MF嵌装于导向筒105MB内且与导向筒105MB为滑动配合，在安装板105MA与弹簧压块105MF之间套装有波形弹簧105MC，球铰座105MD与弹簧压块105MF螺纹联接，并有滚球105ME与球铰座105MD球铰配合。这一结构形式可以增强仿蠕虫机器人行走机构在核聚变舱底部大双环形槽道中运动支承导向的环境接触自适应能力，当槽道内、外环形壁因瓦片贴合接缝部位损伤造成的工作表面不平整等现象时，仿蠕虫机器人行走机构可克服这类局部环境缺陷，保障机构的顺利运行；而内滚球弹性支承装置105M以及外滚球弹性支承装置105N前端的滚球副设计，可最大程度减小仿蠕虫机器人行走机构在运动过程中与环境壁面的摩擦阻力，优化系统驱动性能，达到节省能耗的目的。

本实施例中外万向撑爪134N和内万向撑爪134M具有如下相同的结构形式：

图11(a)、图11(b)、图11(c)和图11(d)所示，撑爪头部134ME通过一万向结与铰支座134MA相联，万向结由长销轴134MF、两只结构相同的半销轴134MC以及十字块134MB组成，十字块134MB通过长销轴134MF铰接于铰支座134MA上，并通过两只半销轴134MC沿十字块134MB的中心截面对称铰接于撑爪头部134ME，两只半销轴134MC与长销轴134MF的中心线垂直交汇于十字块134MB的中心；铰支座134MA与内侧对开支撑子模块1C中的内楔形支架133M固联；在撑爪头部134ME的圆弧外端面上粘贴氟橡胶层并且呈阵列式分布有压力传感器件134MD。

当仿蠕虫机器人行走机构在核聚变舱12底部大双环形槽道中蠕动行走时，内万向撑爪134M以及外万向撑爪134N做同步侧向伸缩运动，实现前体节侧向定位模块1及后体节侧向定位模块3与环境壁面之间的交替胀紧与松脱；由于内万向撑爪134M以及外万向撑爪134N具有局部两个正交方向的自由度，增强了仿蠕虫机器人行走机构在核聚变舱12底部大双环形槽道中蠕行运动的环境接触自适应能力，当槽道内、外环形壁因瓦片损伤或脱落造成的工作表面不规则等现象时，前体节侧向定位模块1及后体节侧向定位模块3可自发探寻不规则表面的最佳受力方位与受力点，从而为中体节轴向运动模块2提供蠕动行走时的间歇后座力，保障蠕动行走的顺利进行；撑爪头部134ME圆弧外端面上粘贴的氟橡胶层既可耐环境高温，又可增大内万向撑爪134M和外万向撑爪134N与环境壁面之间的弹性变形及接触正压力，从而为中体节轴向运动模块2提供蠕动行走时足够大的间歇后座力；撑爪头部134ME圆弧外端面上阵列均布的数片压力传感器件134MD，用于实时检测内万向撑爪134M和外万向撑爪134N与环境壁面之间的接触正压力，为精确控制前体节侧向定位模块1及后体节侧向定位模块3在核聚变舱12底部大双环形槽道的内环壁12M与外环壁12N之间的锁止与解锁状态提供力学理论依据。

本实施例中，中体节轴向运动模块2中的壳体子模块2A的结构设置为：图12和图13所示，以第二矩形底板201为底面，以第二矩形顶板204为顶面，并在第二矩形底板201和第二矩形顶板204之间以矩形左侧板202和矩形右侧板205分别为两侧面，以矩形前侧板203和工字型后侧板206分别为两端面形成一中体节矩形框架。前节段子模块2B和后节段子模块2C具有如下相同的结构形式：第二矩形底板201和第二矩形顶板204用于前节段子模块2B的部件安装及承重，矩形前侧板203用于安装中体节轴向运动模块2与其他模块的机械接口，工字型后侧板206具有左右对称豁口，作为前节段子模块2B与后节段子模块2C之间做轴向相对进给运动时的贯穿空间；矩形左侧板202和矩形右侧板205起到对前节段子模块2B和后节段子模块2C中的主要部件进行封装和辅助支撑作用。

图12和图14所示，在中节体矩形框架的内部，位于第二矩形底板201上并处在同轴线B的位置上分别设置第三轴承支座210与第四轴承支座225，位于第二矩形顶板204上呈悬置固定设置第二电机支座217，在第二电机支座217上固定安装第二真空伺服减速电机218；第一齿轮216设置在第二真空伺服减速电机218的输出轴上并且与第二齿轮212啮合，第二齿轮212设置在第二中心滚珠丝杆208的端部且由小圆螺母213进行轴向紧固；第二中心滚珠丝杆208为阶梯轴，阶梯轴的两端分别通过第二双列角接触球轴承215和第二深沟球轴承224支承于第三轴承支座210和第四轴承支座225之间，第二螺套207以滚动螺旋配合套装在第二中心滚珠丝杆208的螺纹轴段上；第二双列角接触球轴承215和第二深沟球轴承224的外圈分别由第三轴承端盖211、第四轴承端盖221紧固，第二双列角接触球轴承215和第二深沟球轴承224的内圈分别由第二圆螺母214、第二轴用弹性挡圈223紧固；第二移动平板219固装于第二螺套207上；在第二移动平板219的左右两侧对称位置上分别固装有第二直线轴承229；在第二中心滚珠丝杆208的左右两侧对称位置上分别设置第二导向杆228，第二导向杆228的一端固装于第三轴承支座210上，另一端通过第二套筒226固装于第四轴承支座225上；第二导向杆228与第二直线轴承229为滑动配合；在第二移动平板219的左右两侧对称位置上分别设置有推杆220,推杆220的一端固装于第二移动平板219,另一端分别穿过工字型后侧板206的左右对称豁口空间与处在中节体矩形框架外部的推板222固联；在第二矩形底板201上，位于第二中心滚珠丝杆208的正下方分别设置第二光电开关209和第三光电开关227，第二光电开关209和第三光电开关227分处在第三轴承支座210和第四轴承支座225之间的不同轴向位置上。

图12、图14所示，在中体节轴向运动模块2中的前节段子模块2B和后节段子模块2C的结构设置中，第三轴承支座210与第四轴承支座225沿前后方向平行正对设置且下端分别固定安装于壳体子模块2A中的第二矩形底板201的上部；在壳体子模块2A中的第二矩形顶板204的下部通过第二电机支座217固定安装第二真空伺服减速电机218；第一齿轮216固联于第二真空伺服减速电机218的输出轴上且与下方的第二齿轮212相互啮合，第二齿轮212固联于第二中心滚珠丝杆208的端部且由小圆螺母213进行轴向紧固；第二中心滚珠丝杆208为一阶梯轴，通过分别在两端安装的第二双列角接触球轴承215和第二深沟球轴承224支承于第三轴承支座210与第四轴承支座225之间，第二螺套207以滚动螺旋配合套装在第二中心滚珠丝杆208的螺纹轴段上；第二双列角接触球轴承215和第二深沟球轴承224的外圈分别由第三轴承端盖211、第四轴承端盖221紧固，第二双列角接触球轴承215和第二深沟球轴承224的内圈分别由第二圆螺母214、第二轴用弹性挡圈223紧固；第二移动平板219固装于第二螺套207上并与第三轴承支座210和第四轴承支座225沿前后方向平行正对设置，在第二移动平板219的左右两侧对称位置均固装有第二直线轴承229；在第二中心滚珠丝杆208的左右两侧对称设置有第二导向杆228，第二导向杆228的一端固装于第三轴承支座210上，另一端通过第二套筒226固装于第四轴承支座225上；第二导向杆228与第二直线轴承229为滑动配合；在第二移动平板219的左右两侧对称设置有推杆220,推杆220的一端固装于第二移动平板219上,另一端分别穿过工字型后侧板206的左右对称豁口空间与推板222固联；在第二中心滚珠丝杆208的正下方分别设置有第二光电开关209和第三光电开关227，第二光电开关209和第三光电开关227均固装于第二矩形底板201的上部并分别位于第一轴承支座110与第二轴承支座113之间靠近二者之一处。

当第二真空伺服减速电机218旋转时，通过第一齿轮216与第二齿轮212之间的齿轮传动副，带动第二中心滚珠丝杆208旋转，由于第二中心滚珠丝杆208与第二螺套207构成了丝杠螺母副，配合第二导向杆228与第二直线轴承229之间的滑动导向作用，则第二螺套207带动第二移动平板219沿着中心轴线方向直线移动，实现了前节段子模块2B与后节段子模块2C之间的轴向相对进给运动；第二光电开关209和第三光电开关227均用于感应第二移动平板219的位置变化并分别向仿蠕虫机器人行走机构的控制系统发出前、后两个极端位置的限位命令信号，以精确控制中体节轴向运动模块2的周期性轴向进给距离；第一齿轮216与第二齿轮212之间的齿轮传动副一方面用于电机驱动力矩的机械传递，另一方面可缩短中体节轴向运动模块2的轴向总体长度，增强仿蠕虫机器人行走机构在核聚变舱底部大双环形槽道中曲线蠕行的通过能力。

本实施例中，图16所示，前体节配重系统7和后体节配重系统8设置为如下相同结构形式：将配重盒701固装于前体节侧向定位模块1中的第一矩形顶板107上表面外侧，配重砝码组702中的各砝码按阵列的形式置于配重盒701中，由于仿蠕虫机器人行走机构运行于核聚变舱内部D字截面环形空间内，而核聚变舱底部大双环形槽道的内、外环壁倾角不等，在D字截面内不呈对称关系，使得仿蠕虫机器人行走机构的前体节侧向定位模块1和后体节侧向定位模块3在D字截面内承受的综合力矩不一定满足平衡条件，前体节配重系统7和后体节配重系统8的加入促进了系统综合承载力矩的平衡，配重砝码组702的砝码总重可调，可随仿蠕虫机器人行走机构承载能力的工况变化做出相应定量调整。

本实施例中，前体节热控装置9和后体节热控装置11设置为如下相同的结构形式：图19所示，设置第一密封腔壳体901，第一复合隔热材料层902和第一相变材料层906依次由外向内封装于第一密封腔壳体901中；在第一相变材料层906的内部空间中分别引出第一氮气冷却管道908、第一温控模块电源线和信号线907、视觉观测装置电源线和信号线905、第一电机控制器电源线和信号线903以及第一传感部件电源线和信号线904。第一密封腔壳体901、第一复合隔热材料层902、第一相变材料层906均属于隔热模块，第一密封腔壳体901采用铅板制造，并在表面敷有一层有机硅涂料，用于将第一复合隔热材料层902、第一相变材料层906以及内部的其他热控组件等进行密封存储，同时隔离环境辐射；第一复合隔热材料层902采用聚酰亚胺薄膜外加一层反射屏构成，用于隔离环境高温；第一相变材料层906可采用氟化锂等固-液相变材料，通过相变过程吸收内部发热体自身热量；在第一相变材料层906内部空间设有传热模块，由第一氮气冷却管道908和温控模块构成；第一氮气冷却管道908采用不锈钢波纹管，由第一相变材料层906内部空间引出的第一温控模块电源线和信号线907、视觉观测装置电源线和信号线905、第一电机控制器电源线和信号线903以及第一传感部件电源线和信号线904等均采用耐高温耐辐射电缆。

本实施例中，中体节热控装置10的结构设置为：图20所示，设置第二密封腔壳体1001，第二复合隔热材料层1007和第二相变材料层1004依次由外向内封装于第二密封腔壳体1001中，在第二相变材料层1004内部空间中分别引出第二氮气冷却管道1006、第二温控模块电源线和信号线1005、第二电机控制器电源线和信号线1002以及第二传感部件电源线和信号线1003。第二密封腔壳体1001、第二复合隔热材料层1007、第二相变材料层1004均属于隔热模块，第二密封腔壳体1001采用铅板制造，并在表面敷有一层有机硅涂料，用于将第二复合隔热材料层1007、第二相变材料层1004以及内部的其他热控组件等进行密封存储，同时隔离环境辐射；第二复合隔热材料层1007采用聚酰亚胺薄膜外加一层反射屏构成，用于隔离环境高温；第二相变材料层1004可采用氟化锂等固-液相变材料，通过相变过程吸收内部发热体自身热量；在第二相变材料层1004内部空间设有传热模块，由第二氮气冷却管道1006和温控模块构成；第二氮气冷却管道1006采用不锈钢波纹管，由第二相变材料层1004内部空间引出的第二温控模块电源线和信号线1005、第二电机控制器电源线和信号线1002以及第二传感部件电源线和信号线1003等均采用耐高温耐辐射电缆。

本实施例中，前双万向节4的结构设置为：图17所示，具有结构相同的第一前节段401、第一中前节段407A、第一中后节段407B和第一后节段405，以及结构相同的两只第一前俯仰限位片402和两只第一后俯仰限位片404；第一中前节段407A与第一中后节段407B以背靠背的形式固定联接；第一前节段401的一端通过第一前十字结403与第一中前节段407A构成上下俯仰及左右偏转二维转动连接，另一端与前体节侧向定位模块1中的后侧板102固联；第一后节段405的一端通过第一后十字结406与第一中后节段407B构成上下俯仰及左右偏转二维转动连接，另一端与中体节轴向运动模块2中的矩形前侧板203固联；两只第一前俯仰限位片402分别上下对称固装于第一前节段401的上部及下部，两只第一后俯仰限位片404分别上下对称固装于第一后节段405的上部及下部。后双万向节5的结构设置为：图18所示，具有结构相同的第二前节段501、第二中前节段507A、第二中后节段507B和第二后节段505，以及结构相同的两只第二前俯仰限位片502和两只第二后俯仰限位片504；第二中前节段507A与第二中后节段507B以背靠背的形式固定联接；第二前节段501的一端通过第二前十字结503与第二中前节段507A构成上下俯仰及左右偏转二维转动连接，另一端与中体节轴向运动模块2中的推板222固联；第二后节段505的一端通过第二后十字结506与第二中后节段507B构成上下俯仰及左右偏转二维转动连接，另一端与后体节侧向定位模块3中的后侧板102固联；两只第二前俯仰限位片502分别上下对称固装于第二前节段501的上部及下部，两只第二后俯仰限位片504分别上下对称固装于第二后节段505的上部及下部。前双万向节4及后双万向节5均属于双联式万向节，相比于普通单万向节来说，双联式万向节可在仿蠕虫机器人行走机构工作过程中有效适应前体节侧向定位模块1及后体节侧向定位模块3与核聚变舱12底部大双环形槽道的内环壁12M与外环壁12N之间的弹性支撑力变化及重心位置变动，自适应调节中体节轴向运动模块2与前体节侧向定位模块1及后体节侧向定位模块3之间的相对位置关系，防止机构卡死；而前双万向节4中的两只第一前俯仰限位片402以及两只第一后俯仰限位片404可对中体节轴向运动模块2与前体节侧向定位模块1在竖直面内的相对位置关系起到限定作用，同时后双万向节5中的两只第二前俯仰限位片502以及两只第二后俯仰限位片504可对中体节轴向运动模块2与后体节侧向定位模块3在竖直面内的相对位置关系起到限定作用，防止上下相对位置偏离量过大而使得中体节轴向运动模块2对仿蠕虫机器人行走机构的轴向驱动性能造成影响。

本实施例中视觉观测云台6设置为并联式视觉观测云台，其结构形式为：

图15所示，在第一矩形顶板107的顶面前沿位置处固定设置“L”形总支座601，视觉采集探头606安装在探头支座607中，探头支座607通过三自由度冗余球面并联机构联接于“L”形总支座601；三自由度冗余球面并联机构的结构设置为：在“L”形总支座601的前端固装设置定平台615，在定平台615的前端面上沿周向均布安装三个电机支座613，在各电机支座613上分别固装有真空伺服减速电机612；三个真空伺服减速电机612的输出轴分别与对应位置上的第一弧形连杆614的第一近端凸台614A固联，三个第一弧形连杆614的第一远端凸台614B分别与对应位置上的第二弧形连杆602的第二近端凸台602A通过第一微型轴承616支承的轴系转动连接，三个第二弧形连杆602的第二远端凸台602B分别与对应位置上的小支座604通过第二微型轴承603支承的轴系转动连接；三个小支座604沿周向均布固装于动平台605，探头支座607固装于动平台605上；动平台605与定平台615同轴正对；在动平台605与定平台615之间设置中心冗余支链，中心冗余支链由第一直连杆611、第二直连杆610以及第三直连杆608构成，第一直连杆611的一端固联于定平台615的中心，另一端与第二直连杆610构成滑动副连接，第三直连杆608的一端固联于动平台605的中心，另一端通过中心球面铰链609与第二直连杆610相联；三个第一弧形连杆614的中心、三个第二弧形连杆602的中心均与中心球面铰链609的球心重合。在这一结构形式中，三自由度冗余球面并联机构通过“L”形总支座601装载于仿蠕虫机器人行走机构的前端部位，由于仿蠕虫机器人行走机构在核聚变舱底部大双环形槽道中蠕动行走，则三自由度冗余球面并联机构的工作空间可覆盖整个核聚变舱内部的环形空间。装载有视觉采集探头606的三自由度冗余球面并联机构形成了并联式视觉观测云台，通过三个真空伺服减速电机612的联合驱动，可实现空间三个正交方向旋转自由度的观测，配合仿蠕虫机器人行走机构的周期性蠕行运动，可以完成对核聚变舱内部D字截面环形空间的360°全方位视觉信息采集功能，并且具有系统刚度大、运动灵活度高、承载能力强、运动定位精度高、奇异位姿可控等多项优越性能。

具体实施中，为了适应核聚变反应舱内部高温、真空、核辐射等极端工作环境条件，前体节侧向定位模块1、中体节轴向运动模块2、后体节侧向定位模块3、前双万向节4、后双万向节5、并联式视觉观测装置6、前体节配重系统7以及后体节配重系统8主体均采用不锈钢材料制造；前体节侧向定位模块1和后体节侧向定位模块3中的第一双列角接触球轴承124和第一深沟球轴承115、中体节轴向运动模块2中的第二双列角接触球轴承215和第二深沟球轴承224、并联式视觉观测装置6中的第一微型轴承616和第二微型轴承603均采用全陶瓷轴承；视觉采集探头606采用耐高温光纤成像系统；前体节热控装置9和后体节热控装置11中的第一密封腔壳体901、中体节热控装置10中的第二密封腔壳体1001均采用铅板制造；前体节侧向定位模块1、中体节轴向运动模块2、后体节侧向定位模块3、前双万向节4、后双万向节5以及并联式视觉观测云台6均采用石墨润滑脂或二硫化钼高温润滑脂进行机械润滑。

本实施例中基于核聚变舱的仿蠕虫机器人行走机构的控制方法是：

行走机构按如下步骤完成一个前进步距的行走过程：

步骤1：前体节侧向定位模块1和后体节侧向定位模块3均处于锁止状态，中体节轴向运动模块2处于最小缩短状态；行走机构定位在位置A处；视觉观测云台6中视觉采集探头606保持在位置A处进行视觉信息采集。

步骤2：前体节侧向定位模块1设置为解锁状态，后体节侧向定位模块3保持在锁止状态，中体节轴向运动模块2伸长直至达到最大伸长状态，行走机构处在由位置A向位置B的行进中；视觉观测云台6中视觉采集探头606在由位置A往位置B的行进中进行视觉信息采集。

步骤3：前体节侧向定位模块1设置为锁止状态，后体节侧向定位模块3设置为解锁状态，中体节轴向运动模块2缩短直至达到最小缩短状态，行走机构行进到位置B处；视觉观测云台6中视觉采集探头606保持在位置B处进行视觉信息采集。

步骤4：前体节侧向定位模块1保持在锁止状态，后体节侧向定位模块3进入锁止状态，中体节轴向运动模块2保持在最小缩短状态，行走机构定位在位置B处；视觉观测云台6中视觉采集探头606保持在位置B处对从A处至B处采集到的视觉信息进行存储处理，完成位置A到位置B的一个前进步距的视觉信息采集及存储处理。

行走机构按如下步骤完成一个后退步距的行走过程：

步骤1：前体节侧向定位模块1和后体节侧向定位模块3均处于锁止状态，中体节轴向运动模块2处于最小缩短状态；行走机构定位在位置A处；视觉观测云台6中视觉采集探头606保持在位置A处进行视觉信息采集。

步骤2：前体节侧向定位模块1保持为锁止状态，后体节侧向定位模块3设置为解锁状态，中体节轴向运动模块2伸长直至达到最大伸长状态，行走机构处在由位置A向位置C的行进中；视觉观测云台6中视觉采集探头606保持在位置A处进行视觉信息采集。

步骤3：前体节侧向定位模块1设置为解锁状态，后体节侧向定位模块3设置为锁止状态，中体节轴向运动模块2缩短直至达到最小缩短状态，行走机构行进到位置C处；视觉观测云台6中视觉采集探头606在由位置A往位置C的行进中进行视觉信息采集。

步骤4：前体节侧向定位模块1设置为在锁止状态，后体节侧向定位模块3保持在锁止状态，中体节轴向运动模块2保持在最小缩短状态，行走机构定位在位置C处；视觉观测云台6中视觉采集探头606保持在位置C处进行视觉信息采集，完成位置A到位置C的一个后退步距的视觉信息采集。

本实施例中，设定三个真空伺服减速电机612分别为电机M612M、电机N612N和电机P612P，对于行走机构处在核聚变舱底部大双环形槽道中按俯视的逆时针方向蠕动行走一个步距的动作周期T中，真空伺服减速电机612按如下过程进行控制：

步骤c1：在0时刻的起始状态为：第二直连杆610与第三直连杆608的中心轴线重合，各第一弧形连杆614的第一近端凸台614A的中心轴线与相应设置的第二弧形连杆602的第二远端凸台602B的中心轴线重合。

步骤c2:在0～T/12的时间段中：电机M停止旋转，电机N以转速ω作顺时针旋转，电机P以转速ω作逆时针旋转。

步骤c3:在T/12～2T/12的时间段中：电机M以转速ω作逆时针旋转，电机N停止旋转，电机P以转速ω作顺时针旋转。

步骤c4:在2T/12～3T/12的时间段中：电机M以转速ω作顺时针旋转，电机N以转速ω作逆时针旋转，电机P停止旋转。

步骤c5:在3T/12～4T/12的时间段中：电机M停止旋转，电机N以转速ω作逆时针旋转，电机P以转速ω作顺时针旋转。

步骤c6:在4T/12～5T/12的时间段中：电机M以转速ω作顺时针旋转，电机N停止旋转，电机P以转速ω作逆时针旋转。

步骤c7:在5T/12～6T/12的时间段中：电机M以转速ω作逆时针旋转，电机N以转速ω作顺时针旋转，电机P停止旋转。

步骤c8:在6T/12～T的时间段中：电机M、电机N和电机P均停止旋转，完成逆时针蠕动行走一个步距的动作周期过程。

顺时针蠕动行走过程与逆时针蠕动行走过程原理相同。

Claims (9)

1.一种运行在核聚变舱中的仿蠕虫机器人行走机构，其特征是：由前体节侧向定位模块(1)与后体节侧向定位模块(3)在中体节轴向运动模块(2)的两端对称设置构成；

所述前体节侧向定位模块(1)的结构设置为：电驱动子模块(1B)固装于承载子模块(1A)的内部，并有具有相同的结构形式的内侧对开支撑子模块(1C)和外侧对开支撑子模块(1D)对称设置于所述电驱动子模块(1B)的左右两侧；所述内侧对开支撑子模块(1C)和外侧对开支撑子模块(1D)的一端分别固联于电驱动子模块(1B)的左右两侧设定位置处，另一端分别沿所述电驱动子模块(1B)的左右侧向可伸缩运动并以所述承载子模块(1A)为导轨；在所述前体节侧向定位模块(1)的顶部，位于中央设置前体节热控装置(9)，位于侧部设置前体节配重系统(7)，所述前体节配重系统(7)处在前体节侧向定位模块(1)中外侧对开支撑子模块的上方；

所述后体节侧向定位模块(3)与所述前体节侧向定位模块(1)具有相同的结构形式；在所述后体节侧向定位模块(3)的顶部，位于中央设置后体节热控装置(11)，位于侧部设置后体节配重系统(8)，所述后体节配重系统(8)处在所述后体节侧向定位模块(3)中外侧对开支撑子模块的上方；

所述中体节轴向运动模块(2)的结构设置为：前节段子模块(2B)固装于壳体子模块(2A)的内部；所述前节段子模块(2B)和后节段子模块(2C)在壳体子模块(2A)的内部相联并且相互间沿前后方向可相对运动，形成可伸缩的中体节轴向运动模块(2)，所述后节段子模块(2C)突出于所述中体节轴向运动模块(2)的尾部端面；在所述中体节轴向运动模块(2)的顶部，位于中央设置中体节热控装置(10)；

在所述前体节侧向定位模块(1)与中体节轴向运动模块(2)之间以前双万向节(4)相联接，在所述后体节侧向定位模块(3)与中体节轴向运动模块(2)之间以后双万向节(5)相联接。

2.根据权利要求1所述的运行在核聚变舱中的仿蠕虫机器人行走机构，其特征是：

所述前体节侧向定位模块(1)中承载子模块(1A)的结构设置为：

以第一矩形底板(101)为底面，以第一矩形顶板(107)为顶面，在所述第一矩形底板(101)和第一矩形顶板(107)之间以前侧板(106)为前端面、以后侧板(102)为后端面，以内斜板(104M)为左端面，以外斜板(104N)为右端面形成前体节矩形框架；

在所述前体节矩形框架的外部，位于所述内斜板(104M)上设置有内滚球支承装置(105M)，位于所述外斜板(104N)上设置有外滚球支承装置(105N)，以所述内滚球支承装置(105M)和外滚球支承装置(105N)作为所述前体节矩形框架在左端面和右端面上的支撑件；在所述前体节矩形框架的外部，位于所述第一矩形底板(101)上设置有万向脚轮(103)，以所述万向脚轮(103)作为所述前体节矩形框架在底面的支撑件；所述内滚球支承装置(105M)是以核聚变舱(12)中大双环形槽道的内环壁(12M)为支撑面；所述外滚球支承装置(105N)是以所述核聚变舱(12)中大双环形槽道的外环壁(12N)为支撑面；

所述前体节侧向定位模块(1)中电驱动子模块(1B)的结构设置为：

在所述前体节矩形框架的内部，位于所述第一矩形底板(101)上并处在同轴线的位置上依次设置对开支撑子模块固定支座(108)、第一电机支座(109)、第一轴承支座(110)和第二轴承支座(113)；在所述第一电机支座(109)上固定安装第一真空伺服减速电机(122)，所述第一真空伺服减速电机(122)的输出轴通过第一联轴器(121)与第一中心滚珠丝杆(114)相联接；所述第一中心滚珠丝杆(114)为阶梯轴，所述阶梯轴的两端分别通过第一双列角接触球轴承(124)和第一深沟球轴承(115)支承于所述第一轴承支座(110)和第二轴承支座(113)之间，第一螺套(111)以滚动螺旋配合套装在所述第一中心滚珠丝杆(114)的螺纹轴段上；第一移动平板(112)固装于所述第一螺套(111)上；设置第一移动平板(112)导向结构，是在所述第一中心滚珠丝杆(114)的两侧平行设置第一导向杆(118)，所述第一导向杆(118)的一端固装于第一轴承支座(110)上，另一端通过第一套筒(117)固装于第二轴承支座(113)上，所述第一移动平板(112)利用第一直线轴承(119)支承在所述第一导向杆(118)上，使所述第一移动平板(112)在所述第一螺套(111)的带动下可以在第一导向杆(118)上轴向移动；在所述第一矩形底板(101)上、位于所述第一中心滚珠丝杆(114)的正下方设置有第一光电开关(126)，所述第一光电开关(126)位于第一轴承支座(110)和第二轴承支座(113)之间设定位置处；

所述前体节侧向定位模块(1)中外侧对开支撑子模块(1D)和内侧对开支撑子模块(1C)具有如下相同的结构形式：

在所述对开支撑子模块固定支座(108)和第一移动平板(112)的旁侧设置大平板(140)，在所述大平板(140)的内侧与对开支撑子模块固定支座(108)的相对位置处固定安装联接板(132)，在所述大平板(140)的内侧与第一移动平板(112)的相对位置处固定安装滑轨(141)，所述滑轨(141)与第一中心滚珠丝杆(114)的轴线平行，在所述滑轨(141)上滑动配合有滑块(142)；平行设置的第一上连杆(144)和第一下连杆(146)在一端通过第一上铰支座(129)、第一下铰支座(127)以及第一销轴(128)与对开支撑子模块固定支座(108)相铰接；在另一端通过双铰支座(143)和第四销轴(145)与所述滑块(142)相铰接；平行设置的第二上连杆(139)和第二下连杆(150)在一端通过第三上铰支座(135)、第三下铰支座(130)以及第三销轴(131)与安装联接板(132)相铰接，在另一端通过第二上铰支座(147)、第二下铰支座(149)以及第二销轴(148)与第一移动平板(112)相铰接；在所述内侧对开支撑子模块(1C)中，在其大平板的外侧固定设置内楔形支架(133M)，在所述内楔形支架(133M)的外端面上设置有内万向撑爪(134M)；在所述外侧对开支撑子模块(1D)中，在其大平板的外侧固定设置外楔形支架(133N)，在所述外楔形支架(133N)的外端面上设置外万向撑爪(134N)；以所述内万向撑爪(134M)和外万向撑爪(134N)在核聚变舱(12)中的大双环形槽道的内环壁(12M)和外环壁(12N)上形成支撑为锁止状态，以所述内万向撑爪(134M)和外万向撑爪(134N)脱离在核聚变舱(12)中的大双环形槽道的内环壁(12M)和外环壁(12N)上的支撑为解锁状态。

3.根据权利要求2所述的运行在核聚变舱中的仿蠕虫机器人行走机构，其特征是：所述外滚球支承装置(105N)和内滚球支承装置(105M)具有如下相同的结构形式：导向筒(105MB)通过安装板(105MA)固定在内斜板(104M)上，弹簧压块(105MF)嵌装于导向筒(105MB)内且与导向筒(105MB)为滑动配合，在安装板(105MA)与弹簧压块(105MF)之间套装有波形弹簧(105MC)，球铰座(105MD)与弹簧压块(105MF)螺纹联接，并有滚球(105ME)与所述球铰座(105MD)球铰配合。

4.根据权利要求2所述的运行在核聚变舱中的仿蠕虫机器人行走机构，其特征是：所述外万向撑爪(134N)和内万向撑爪(134M)具有如下相同的结构形式：

撑爪头部(134ME)通过一万向结与铰支座(134MA)相联，所述万向结由长销轴(134MF)、两只结构相同的半销轴(134MC)以及十字块(134MB)组成，所述十字块(134MB)通过长销轴(134MF)铰接于铰支座(134MA)上，并通过两只半销轴(134MC)沿十字块(134MB)的中心截面对称铰接于撑爪头部(134ME)，两只半销轴(134MC)与长销轴(134MF)的中心线垂直交汇于十字块(134MB)的中心；所述铰支座(134MA)与所述内侧对开支撑子模块(1C)中的内楔形支架(133M)固联；在所述撑爪头部(134ME)的圆弧外端面上粘贴氟橡胶层并且呈阵列式分布有压力传感器件(134MD)。

5.根据权利要求1所述的运行在核聚变舱中的仿蠕虫机器人行走机构，其特征是：

所述中体节轴向运动模块(2)中的壳体子模块(2A)的结构设置为：

以第二矩形底板(201)为底面，以第二矩形顶板(204)为顶面，并在所述第二矩形底板(201)和第二矩形顶板(204)之间以矩形左侧板(202)和矩形右侧板(205)分别为两侧面，以矩形前侧板(203)和工字型后侧板(206)分别为两端面形成一中节体矩形框架；

所述前节段子模块(2B)和后节段子模块(2C)具有如下相同的结构形式：

在所述中节体矩形框架的内部，位于第二矩形底板(201)上并处在同轴线B的位置上分别设置第三轴承支座(210)与第四轴承支座(225)，位于第二矩形顶板(204)上呈悬置固定设置第二电机支座(217)，在所述第二电机支座(217)上固定安装第二真空伺服减速电机(218)；第一齿轮(216)设置在所述第二真空伺服减速电机(218)的输出轴上并且与第二齿轮(212)啮合，所述第二齿轮(212)设置在第二中心滚珠丝杆(208)的端部且由小圆螺母(213)进行轴向紧固；所述第二中心滚珠丝杆(208)为阶梯轴，所述阶梯轴的两端分别通过第二双列角接触球轴承(215)和第二深沟球轴承(224)支承于所述第三轴承支座(210)和第四轴承支座(225)之间，第二螺套(207)以滚动螺旋配合套装在所述第二中心滚珠丝杆(208)的螺纹轴段上；第二移动平板(219)固装于所述第二螺套(207)上；

在所述第二移动平板(219)的左右两侧对称位置上分别固装有第二直线轴承(229)；在所述第二中心滚珠丝杆(208)的左右两侧对称位置上分别设置第二导向杆(228)，所述第二导向杆(228)的一端固装于第三轴承支座(210)上，另一端通过第二套筒(226)固装于第四轴承支座(225)上；所述第二导向杆(228)与第二直线轴承(229)为滑动配合；

在所述第二移动平板(219)的左右两侧对称位置上分别设置有推杆(220),所述推杆(220)的一端固装于第二移动平板(219),另一端分别穿过所述工字型后侧板(206)的左右对称豁口空间与处在中节体矩形框架外部的推板(222)固联；

在所述第二矩形底板(201)上，位于所述第二中心滚珠丝杆(208)的正下方分别设置第二光电开关(209)和第三光电开关(227)，所述第二光电开关(209)和第三光电开关(227)分处在第三轴承支座(210)和第四轴承支座(225)之间的不同轴向位置上。

6.根据权利要求1所述的运行在核聚变舱中的仿蠕虫机器人行走机构，其特征是：所述前体节配重系统(7)和后体节配重系统(8)设置为如下相同结构形式：将配重盒(701)固装于所述前体节侧向定位模块(1)中的第一矩形顶板(107)上表面外侧，配重砝码组(702)中的各砝码按阵列的形式置于配重盒(701)中。

7.根据权利要求1所述的运行在核聚变舱中的仿蠕虫机器人行走机构，其特征是：所述前体节热控装置(9)和后体节热控装置(11)设置为如下相同的结构形式：

设置第一密封腔壳体(901)，第一复合隔热材料层(902)和第一相变材料层(906)依次由外向内封装于所述第一密封腔壳体(901)中；在所述第一相变材料层(906)的内部空间中分别引出第一氮气冷却管道(908)、第一温控模块电源线和信号线(907)、视觉观测装置电源线和信号线(905)、第一电机控制器电源线和信号线(903)以及第一传感部件电源线和信号线(904)。

8.根据权利要求1所述的运行在核聚变舱中的仿蠕虫机器人行走机构，其特征是：所述中体节热控装置(10)的结构设置为：

设置第二密封腔壳体(1001)，第二复合隔热材料层(1007)和第二相变材料层(1004)依次由外向内封装于第二密封腔壳体(1001)中，在所述第二相变材料层(1004)内部空间中分别引出第二氮气冷却管道(1006)、第二温控模块电源线和信号线(1005)、第二电机控制器电源线和信号线(1002)以及第二传感部件电源线和信号线(1003)。

9.根据权利要求1所述的运行在核聚变舱中的仿蠕虫机器人行走机构，其特征是：

所述前双万向节(4)的结构设置为：具有结构相同的第一前节段(401)、第一中前节段(407A)、第一中后节段(407B)和第一后节段(405)，以及结构相同的两只第一前俯仰限位片(402)和两只第一后俯仰限位片(404)；所述第一中前节段(407A)与第一中后节段(407B)以背靠背的形式固定联接；第一前节段(401)的一端通过第一前十字结(403)与第一中前节段(407A)构成上下俯仰及左右偏转二维转动连接，另一端与所述前体节侧向定位模块(1)中的后侧板(102)固联；第一后节段(405)的一端通过第一后十字结(406)与第一中后节段(407B)构成上下俯仰及左右偏转二维转动连接，另一端与所述中体节轴向运动模块(2)中的矩形前侧板(203)固联；所述两只第一前俯仰限位片(402)分别上下对称固装于第一前节段(401)的上部及下部，所述两只第一后俯仰限位片(404)分别上下对称固装于第一后节段(405)的上部及下部；

所述后双万向节(5)的结构设置为：具有结构相同的第二前节段(501)、第二中前节段(507A)、第二中后节段(507B)和第二后节段(505)，以及结构相同的两只第二前俯仰限位片(502)和两只第二后俯仰限位片(504)；所述第二中前节段(507A)与第二中后节段(507B)以背靠背的形式固定联接；第二前节段(501)的一端通过第二前十字结(503)与第二中前节段(507A)构成上下俯仰及左右偏转二维转动连接，另一端与所述中体节轴向运动模块(2)中的推板(222)固联；第二后节段(505)的一端通过第二后十字结(506)与第二中后节段(507B)构成上下俯仰及左右偏转二维转动连接，另一端与所述后体节侧向定位模块(3)中的后侧板(102)固联；所述两只第二前俯仰限位片(502)分别上下对称固装于第二前节段(501)的上部及下部，所述两只第二后俯仰限位片(504)分别上下对称固装于第二后节段(505)的上部及下部。