一種蛇形爬網(wǎng)機(jī)器人及其爬網(wǎng)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及仿生機(jī)器人領(lǐng)域，特別涉及一種仿生蛇形機(jī)器人。
【背景技術(shù)】
[0002]蛇形機(jī)器人是一種模仿蛇的運(yùn)動(dòng)機(jī)理和行為方法研制出的機(jī)器人，由于其環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、運(yùn)動(dòng)靈活性好、結(jié)構(gòu)易模塊化、適應(yīng)范圍廣，具有很大的研宄價(jià)值和應(yīng)用前景。
[0003]如中國(guó)專利CN201410663548.4所公開的一種蛇形機(jī)器人，由若干單元模塊首尾相連組合而成，單元模塊包括雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)舵機(jī)1、模塊骨架2及鱗片機(jī)構(gòu)，所述雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)舵機(jī)I內(nèi)包含兩個(gè)相同的電機(jī)，且兩個(gè)電機(jī)的電機(jī)軸平行設(shè)置，模塊骨架2 —側(cè)固定安裝有兩條第一舵機(jī)連接臂3，另一側(cè)固定安裝有兩條第二舵機(jī)連接臂4，兩條第一舵機(jī)連接臂3與雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)舵機(jī)I的電機(jī)的電機(jī)軸相連接，所述鱗片機(jī)構(gòu)包括鱗片張合電機(jī)5、絲杠6、絲母7、導(dǎo)引盤8、鱗片9及連桿10，鱗片9的根部鉸接在模塊骨架2上，所述連桿10 —端鉸接在鱗片9的中部，連桿10另一端鉸接在導(dǎo)引盤8上。在需要蛇形機(jī)器人爬行前進(jìn)時(shí)，調(diào)整鱗片張合電機(jī)5，使鱗片9張開，此時(shí)鱗片9的尖部與地面接觸，由于受到鱗片摩擦各向異性作用，兩端單元模塊受到的摩擦力不同，其中受到摩擦力大的模塊基本保持不動(dòng)，受到摩擦力小的模塊向前推進(jìn)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)爬行前進(jìn)。上述蛇形機(jī)器人通過鱗片與地面的摩擦作用，使蛇形機(jī)器人進(jìn)行爬行。然而這種方法需要鱗片與地面的摩擦力大，則電機(jī)的功耗大，并且鱗片長(zhǎng)期與地面存在較大的摩擦，導(dǎo)致鱗片容易損壞，耐久度降低。同時(shí)，上述利用摩擦方法實(shí)現(xiàn)爬行的蛇形機(jī)器人只能用于地面，而無法應(yīng)用于網(wǎng)格。
[0004]關(guān)于實(shí)現(xiàn)爬網(wǎng)的機(jī)器人，目前國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)記載很少，只有日本大阪大學(xué)研制的一款名為ASTERISK的六足機(jī)器人，文獻(xiàn)“全方位倒掛爬網(wǎng)肢體機(jī)器人，，(“Omn1-direct1nal Gait of Limb Mechanism Robot Hanging from Grid-LikeStructure”) 2006年IEEE/RSJ智能機(jī)器人與系統(tǒng)國(guó)際會(huì)議，pp.1732-1737，2006，記載該六足機(jī)器人可以在倒掛的網(wǎng)格上爬行，但其自由度太高，控制難度大，不適合在戶外復(fù)雜環(huán)境中執(zhí)行任務(wù)。
[0005]因此，有必要設(shè)計(jì)一種可靠的爬網(wǎng)機(jī)器人。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種可靠、方便爬網(wǎng)的蛇形爬網(wǎng)機(jī)器人及其爬網(wǎng)方法。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0008]一種蛇形爬網(wǎng)機(jī)器人，包括多個(gè)單元模塊，所述單元模塊之間通過萬向節(jié)驅(qū)動(dòng)單元相串聯(lián)，每一所述單元模塊具有雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)舵機(jī)及位于所述雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)舵機(jī)兩側(cè)的鱗片機(jī)構(gòu)，所述雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)舵機(jī)內(nèi)包含兩個(gè)相同的電機(jī)，且兩個(gè)所述電機(jī)的電機(jī)軸平行設(shè)置，每一所述鱗片機(jī)構(gòu)內(nèi)包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)，與所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸固定的中心齒輪，所述中心齒輪的外周設(shè)有三個(gè)行星輪與所述中心齒輪相嚙合，所述行星輪的外側(cè)設(shè)有齒圈，所述齒圈具有內(nèi)齒和外齒，所述內(nèi)齒與所述行星輪相嚙合，所述外齒與多個(gè)傳動(dòng)齒輪相嚙合，所述傳動(dòng)齒輪分布于所述齒圈的外周，每一所述傳動(dòng)齒輪固定于一蝸桿上，所述蝸桿與蝸輪相互配合，所述蝸輪上固定有鱗片。
[0009]進(jìn)一步，所述萬向節(jié)驅(qū)動(dòng)單元包括兩個(gè)大力矩驅(qū)動(dòng)電機(jī)以及萬向節(jié)連接件，兩個(gè)所述大力矩驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過所述萬向節(jié)連接件以相互正交的方法連接。
[0010]進(jìn)一步，相鄰的所述單元模塊之間連接有電源盒。
[0011]進(jìn)一步，所述鱗片機(jī)構(gòu)的兩端設(shè)有支撐圓盤，一端的所述支撐圓盤延伸有第一連接臂連接于所述雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)舵機(jī)，另一端的所述支撐圓盤延伸有第二連接臂連接于所述萬向節(jié)驅(qū)動(dòng)單元，所述第一連接臂與所述第二連接臂在圓周方向上相差90度。
[0012]進(jìn)一步，兩端的所述支撐圓盤之間設(shè)有多個(gè)支撐金屬桿，所述鱗片機(jī)構(gòu)安裝于所述金屬圓盤之間。
[0013]進(jìn)一步，所述鱗片機(jī)構(gòu)的外側(cè)設(shè)有保護(hù)外殼。
[0014]進(jìn)一步，所述傳動(dòng)齒輪設(shè)有八個(gè)，沿所述齒圈圓周均勻分布，對(duì)應(yīng)的，所述蝸桿、所述蝸輪及所述鱗片均設(shè)有八個(gè)，沿圓周均勻分布。
[0015]采用上述蛇形爬網(wǎng)機(jī)器人的爬網(wǎng)方法，包括:
[0016]a.定義相鄰的所述單元模塊為首部單元模塊和尾部單元模塊，控制所述首部單元模塊內(nèi)的兩個(gè)所述鱗片機(jī)構(gòu)內(nèi)的所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)以相反的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)所述中心齒輪繞相反的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)兩個(gè)所述鱗片機(jī)構(gòu)中的所述鱗片背向彼此轉(zhuǎn)動(dòng)，使所述鱗片張開；
[0017]b.驅(qū)動(dòng)所述首部單元模塊內(nèi)的所述雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)舵機(jī)內(nèi)的兩個(gè)電機(jī)的電機(jī)軸以相反的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，使兩個(gè)所述鱗片機(jī)構(gòu)朝向彼此移動(dòng)；
[0018]c.使步驟a中的所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)反轉(zhuǎn)，帶動(dòng)所述鱗片朝向彼此轉(zhuǎn)動(dòng)，扣緊網(wǎng)格；
[0019]d.控制所述萬向節(jié)驅(qū)動(dòng)單元，使所述尾部單元模塊移動(dòng)到一定位置，再控制所述尾部單元模塊重復(fù)步驟a至步驟c ;
[0020]e.控制所述首部單元模塊和所述尾部單元模塊輪流重復(fù)步驟a至步驟d，實(shí)現(xiàn)爬網(wǎng)。
[0021]進(jìn)一步，所述首部單元模塊或所述尾部單元模塊上設(shè)有檢修件，當(dāng)所述蛇形爬網(wǎng)機(jī)器人在網(wǎng)格上檢修時(shí)，所述首部單元模塊或所述尾部單元模塊其中之一個(gè)緊扣住所述網(wǎng)格，另一個(gè)進(jìn)行檢修操作。
[0022]本發(fā)明的有益效果:
[0023]利用驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)中心齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而將驅(qū)動(dòng)電機(jī)的動(dòng)力傳遞給中心齒輪，行星輪，齒圈，傳動(dòng)齒輪，蝸桿及蝸輪，進(jìn)而使蝸輪上的鱗片繞一定角度轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)格的扣緊和松開，且利用雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)舵機(jī)使相鄰鱗片機(jī)構(gòu)彼此靠近，從而使鱗片固定于網(wǎng)格上，再通過萬向節(jié)驅(qū)動(dòng)單元控制單元模塊在網(wǎng)格上移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)蛇形爬網(wǎng)機(jī)器人的爬網(wǎng)。采用上述方法使鱗片抓住網(wǎng)格，可靠度高，且單元模塊既可用于攀爬，又可充當(dāng)機(jī)械手，執(zhí)行檢修任務(wù)，上述爬行步態(tài)通過控制各個(gè)電機(jī)就可完成，且單元模塊之間只進(jìn)行前后移動(dòng)，自由度相對(duì)較少，易于控制。
【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明蛇形爬網(wǎng)機(jī)器人的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖2為本發(fā)明蛇形爬網(wǎng)機(jī)器人中單元模塊中鱗片機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖3為圖2的俯視圖；
[0027]首部單元模塊10 雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)舵機(jī)I 鱗片機(jī)構(gòu)2驅(qū)動(dòng)電機(jī)21
[0028]中心齒輪22行星輪23齒圈24內(nèi)齒241
[0029]外齒242傳動(dòng)齒輪25蝸桿26蝸輪27
[0030]鱗片28支撐圓盤3第一連接臂31 第二連接臂32
[0031]支撐金屬桿4保護(hù)外殼5尾部單元模塊20 萬向節(jié)驅(qū)動(dòng)單元30
[0032]大力矩驅(qū)動(dòng)電機(jī)301萬向節(jié)連接件302電源盒40
[0033]具體實(shí)施方法
[0034]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0035]如圖1至圖3所示，本發(fā)明蛇形爬網(wǎng)機(jī)器人包括多個(gè)單元模塊，單元模塊之間通過萬向節(jié)驅(qū)動(dòng)單元30相串聯(lián)，即多個(gè)單元模塊首尾相連。在本實(shí)施例中，所述單元模塊具有兩個(gè)，分別定義為首部單元模塊10和尾部單元模塊20，首部單元模塊10與尾部單元模塊20的結(jié)構(gòu)相同。首部單元模塊10和尾部單元模塊20之間設(shè)有電源盒40，以及連接電源盒40與單元模塊的萬向節(jié)驅(qū)動(dòng)單元30，該萬向節(jié)驅(qū)動(dòng)單元30包括兩個(gè)大力矩驅(qū)動(dòng)電機(jī)301以及萬向節(jié)連接件302，兩個(gè)大力矩驅(qū)動(dòng)電機(jī)301通過萬向節(jié)連接件302以相互正交的方法剛性連接。通過萬向節(jié)驅(qū)動(dòng)單元30的驅(qū)動(dòng)作用，可使單元模塊在一定角度范圍內(nèi)任意移動(dòng)。
[0036]每個(gè)單元模塊包括雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)舵機(jī)I，兩個(gè)鱗片機(jī)構(gòu)2分別位于雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)舵機(jī)I的兩側(cè)。雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)舵機(jī)I內(nèi)包含兩個(gè)相同的電機(jī)，且兩個(gè)電機(jī)的電機(jī)軸平行設(shè)置。每個(gè)鱗片機(jī)構(gòu)2的兩端分別設(shè)有支撐圓盤3，一端的支撐圓盤3安裝有第一連接臂31連接于雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)舵機(jī)I，另一端的支撐圓盤3安裝有第二連接臂32連接于萬向節(jié)驅(qū)動(dòng)單元30，第一連接臂31與第二連接臂32分別相對(duì)于支撐圓盤3中