[发明专利]可伸缩轮式蛇形机器人

说明书

技术领域

本发明涉及一种蛇形机器人机构，特别是涉及一种轮式运动与蜿蜒、蠕动等传统蛇形运动形式既可相结合也可独立运动的蛇形机器人。

背景技术

蛇形机器人具有以下优点：结构独特、控制灵活、性能可靠、可扩展性强、适应性强等。蛇形机器人由于其天生的多关节、多自由度，多冗余自由度，可以有多种运动模式，因而迎合了一些市场的需求。目前已有的蛇形机器人机构，都是针对于蛇形的传统运动形式进行设计，随着仿生技术的进步和结构设计的高度细化，世界上一些先进的蛇形机器人已经能够达到甚至超过自然界蛇的一些运动能力，但是与轮式运动相比，传统蛇形运动在一定程度上限制了蛇体的运动速度，复杂地形环境下的运行能力也因此受到限制。已有发明中，蛇形机器人的设计都是将轮固定在蛇体外缘来辅助蛇形机器人的蜿蜒等传统运动，像东京工业大学的ACM-R5水陆两栖机器人，中科院沈阳自动化研究所设计的专利号为200820231889.4的水陆两栖蛇形机器人，中南大学学生设计的专利号为200920313939.8的一种多功能蛇形机器人都是固定轮设计，或者安装在蛇体表面的翼型结构上，或者直接安装在表面，这种设计虽然能够提升蛇体在蜿蜒等运动中的速度，但是并不能增加蛇形机器人的运动模式，只是起到了对传统蛇形运动形式的辅助作用且会对蛇形机器人的顺滑性产生影响，不利于通过管道等特殊环境。

发明内容

本发明针对当前蛇形机器人运动形式的特点和不足，在不影响其蜿蜒等一般形式运动的前提下，利用伸缩轮机构保持蛇体顺滑，增加了单独的轮式运动功能，实现了轮式运动、传统蛇形运动和轮式辅助蛇形运动三种运动形式，进一步改进和增强了蛇形机器人在复杂地形环境下的适应能力，减少对机器人外壳或者皮肤的不必要磨损，延长其使用寿命，提升复杂地形下的运行速度。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种可伸缩轮式蛇形机器人，该机器人采用模块化设计方式，由头尾部（1）、躯干部（2）、关节部（3）组成，其中，头尾部（1）采用相同的结构设计，分别设计有照明灯安装孔（5）和微型摄像头安装孔（6）；躯干部（2）由躯干外壳(7)、内部伸缩轮机构(11)、连接盘（9）和重力传感装置（10）组成，其中躯干外壳(7)上均匀分布着八个同样的轮孔（4），分别对应着内部伸缩轮机构（11）的八个轮，内部伸缩轮机构（11）包含基座和八个在基座表面均匀分布的独立控制的电磁驱动伸缩轮装置；内部伸缩轮机构(11)基座的内部空间可安装控制板、电池并进行环节之间的布线；关节部（3）由第一、二扭转舵机（12和18）、第一、二小齿轮（13和17）、第一、二半圆齿轮（14和16）、旋转十字架（15）、U型支架（19）构成；通过第一、二扭转舵机（12和18）提供动力带动第一、二小齿轮（13和17），通过齿轮啮合将动力传递给第一、二半圆齿轮（14和16）；第一、二扭转舵机（12和18）与U型支架（19）固定在一起，U型支架（19）与躯干部（2）固定连接，第一、二半圆齿轮（14和16）与旋转十字架（15）固定在一起，旋转十字架（15）与U型支架（19）之间可以相对转动，可实现关节部位的二自由度扭动；头尾部（1）、躯干部（2）及关节部（3）通过连接盘（9）连接，并由相应的连接件固定。

进一步的，相邻躯干部（2）安装有柔性防护套，躯干部（2）的轮孔（4）中安装有硅胶软套。

进一步的，所述头尾部（1）为锥型，躯干部（2）为圆筒型，关节部（3）为正交对称结构。

进一步的，所述重力传感装置（10）固定在连接盘（9）上，并且同心，与关节部（3）的U型支架（19）连接。

进一步的，所述内部伸缩轮机构（11）的八个均匀分布的轮和躯干外壳（7）的八个轮孔（4）位置一一对应。

进一步的，第一扭转舵机（12）与第二扭转舵机（18）分别安装在两个相互垂直的U型支架（19）上，且输出轴线相互垂直。

进一步的，所述关节部（3）的旋转十字架（15）上的两个半圆齿轮（14和16）垂直安装，第一小齿轮（13）安装在第一扭转舵机（12）上，第二小齿轮（17）安装在第二扭转舵机（18）上，且轴线相互垂直。第一半圆齿轮（14）与第一小齿轮（13）的轴线平行，第二半圆齿轮（16）与第二小齿轮（17）的轴线平行。