具有適應不平整地面能力的蛇形機器人的制作方法
【專利摘要】一種具有適應不平整地面能力的蛇形機器人，由多個關節(jié)模塊連接構成，該蛇形機器人還包括控制系統(tǒng)，關節(jié)模塊包括機身，機身與控制系統(tǒng)相連，多個關節(jié)模塊的機身相互連接，機身下部設置有懸掛系統(tǒng)，懸掛系統(tǒng)包括對稱安裝在機身左右兩側的兩個懸掛子系統(tǒng)和行走輪，懸掛子系統(tǒng)包括檢測裝置和與檢測裝置相連的導桿，檢測裝置與控制系統(tǒng)相連，兩個懸掛子系統(tǒng)上的導桿均通過鉸鏈連接有連桿，兩側懸掛子系統(tǒng)的連桿經(jīng)鉸鏈連接到行走輪。本實用新型改進了蛇形機器人關節(jié)模塊的結構，簡化了現(xiàn)有蛇形機器人的控制方式，增強了蛇形機器人在不平整地面上的適應能力。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本實用新型屬于機械【技術領域】，涉及一種機器人，具體的說，涉及一種可在不平整 地面上扒形的，具有適應不平整地面能力的蛇形機器人。 具有適應不平整地面能力的蛇形機器人
【背景技術】
[0002] 蛇形機器人具有身體細長，橫截面小，形狀可變等特點，能夠在障礙物密集的狹窄 空間中穿行，并可以攀爬跨越障礙物。
[0003] 蛇形機器人一般由多個關節(jié)模塊組成，各個關節(jié)模塊之間互相連接。關節(jié)模塊內 部結構為液壓、氣動或者電動，具有單自由度或者多自由度運動方式，關節(jié)模塊與地面通過 輪與地面接觸。雖關節(jié)模塊的內部結構和功能各有不同，但輪與地面是否能夠保持可靠穩(wěn) 定的接觸才是蛇形機器人能否成功運動的唯一因素。
[0004] 當蛇形機器人爬行在不平整地面時，目前的蛇形機器人通過調整關節(jié)模塊之間的 夾角使得關節(jié)模塊上的輪與地面接觸能夠被保持，但這種方法存在兩個關鍵問題。首先， 根據(jù)蛇形運動規(guī)律計算得到的關節(jié)模塊間的夾角，需要實時修正才能夠保持輪與地面的接 觸，為了進行這種實時的修正計算，不僅需要使用傳感器獲取地面的信息，而且對蛇形機器 人的控制器的計算能力提出了很高的要求，增加了蛇形機器人的復雜程度，增加了研制和 維護成本，也降低了可靠性。其次，輪與地面之間的接觸力的大小同桿對蛇形機器人的運動 有著很大影響，目前的蛇形機器人僅能夠保證輪與地面發(fā)生接觸，但是無法有效地控制調 整輪與地面之間的接觸力大小，這也限制了蛇形機器人在不平整地面上的運動能力。這些 都限制了蛇形機器人在不平整地面上的應用。 實用新型內容
[0005] 本實用新型的目的在于針對現(xiàn)有技術的以上不足，提供一種可更好調整輪與地面 接觸力，獲得更穩(wěn)定爬行效果的具有適應不平整地面能力的蛇形機器人。
[0006] 本實用新型的技術方案是：一種具有適應不平整地面能力的蛇形機器人，由多個 關節(jié)模塊連接構成，該蛇形機器人還包括控制系統(tǒng)，所述的關節(jié)模塊包括機身，機身與控制 系統(tǒng)相連，多個關節(jié)模塊的機身相互連接，機身下部設置有懸掛系統(tǒng)，懸掛系統(tǒng)包括對稱安 裝在機身左右兩側的兩個懸掛子系統(tǒng)，懸掛子系統(tǒng)包括檢測裝置和與檢測裝置相連的導 桿，檢測裝置與控制系統(tǒng)相連，懸掛子系統(tǒng)還包括安裝于機身上的輪架，輪架上安裝有滑 塊，導桿穿過滑塊內，并可在滑塊內自由滑動，兩側懸掛子系統(tǒng)的導桿的下端通過輪軸連 接，輪軸上設置有輪。
[0007] 優(yōu)選的是：檢測裝置包括安裝于機身上的力傳感器，力傳感器與控制系統(tǒng)相連，力 傳感器下方安裝有線彈簧，線彈簧的下端與導桿相連。
[0008] 優(yōu)選的是：檢測裝置包括安裝在機身上的線彈簧和位移傳感器，位移傳感器與控 制系統(tǒng)相連，線彈簧安裝在機身的下端面上，位移傳感器安裝在機身下端延伸出的堅柄上， 位于線彈簧的下部，線彈簧的下端連接有導桿連接。
[0009] 優(yōu)選的是：機身上設置有連掛系統(tǒng)，連掛系統(tǒng)包括設置在機身前端的關節(jié)和設置 在機身后端的關節(jié)槽，后一關節(jié)模塊的關節(jié)連接到前一關節(jié)模塊的關節(jié)槽內。
[0010] 本實用新型的有益效果是：
[0011] (1)本實用新型改進了蛇形機器人關節(jié)模塊的結構，提供了兩種蛇形機器人關節(jié) 模塊結構和控制方式，a、在關節(jié)模塊中設置了力傳感器，在蛇形機器人運動過程中實時檢 測關節(jié)模塊的輪與地面的接觸力，并將力反饋會控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)將根據(jù)反饋的力調整 各個關節(jié)模塊的角度。b、在關節(jié)模塊中設置了位移傳感器，在蛇形機器人運動過程中通過 實時檢測與位移傳感器相連的導桿的位移而檢測關節(jié)模塊的輪與地面的相對位移，并將檢 測值反饋會控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)將根據(jù)反饋的力調整相應關節(jié)模塊的角度。這兩種控制方 式部簡化了現(xiàn)有蛇形機器人的控制方式。
[0012] (2)該蛇形機器人的輪安裝在輪軸上，輪軸通過導桿安裝到線彈簧上，導桿同時還 穿過滑塊中，滑塊限制了導桿的運動軌跡，也對輪的運動方式起到限制作用。這種結構改善 了蛇形機器人輪與地面的接觸模式，可在不平整地面上獲取穩(wěn)定的接觸力，擴大了蛇形機 器人在不平整地面上的適應能力。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013] 附圖1為本實用新型整體結構示意圖。
[0014] 附圖2為本實用新型實施例1關節(jié)模塊結構示意圖。
[0015] 附圖3為本實用新型實施例1關節(jié)模塊各部件連接關系示意圖。
[0016] 附圖4為本實用新型實施例2關節(jié)模塊結構示意圖。
[0017] 附圖5為本實用新型實施例2關節(jié)模塊各部件連接關系示意圖。
【具體實施方式】
[0018] 以下結合附圖對本實用新型做進一步詳細的說明。
[0019] 如圖1所示：
[0020] 該具有適應不平整地面能力的蛇形機器人，由多個關節(jié)模塊連接構成，關節(jié)模塊 包括機身1，機身1上設置有連掛系統(tǒng)，連掛系統(tǒng)包括設置在機身前端的關節(jié)9和設置在機 身后端的關節(jié)槽11，后一關節(jié)模塊的關節(jié)9連接到前一關節(jié)模塊的關節(jié)槽11內。
[0021] 如圖2和圖3所示：
[0022] 該具有適應不平整地面能力的蛇形機器人還包括控制系統(tǒng)，機身1與控制系統(tǒng)相 連，機身1下部設置有懸掛系統(tǒng)10,懸掛系統(tǒng)10包括對稱安裝在機身左右兩側的兩個懸掛 子系統(tǒng)，懸掛子系統(tǒng)包括固定安裝于機身上的力傳感器2,力傳感器2與控制系統(tǒng)相連，力 傳感器2下方固定安裝有線彈簧3,懸掛子系統(tǒng)還包括固定安裝于機身上的輪架4,輪架4 上固定安裝有滑塊5,線彈簧3下端連接有導桿6,導桿6穿過滑塊5內，并可在滑塊5內自 由滑動，滑塊5限制了導桿6的運動路徑，連接兩個懸掛子系統(tǒng)的導桿6下端通過輪軸7連 接，輪軸7上設置有輪8,輪8可在輪軸7上自由轉動。
[0023] 該具有適應不平整地面能力的蛇形機器人在路面上行走時，位于懸掛系統(tǒng)10底 部的輪8與地面接觸，當遇到起伏路面或障礙物時，輪8與地面的接觸力將發(fā)生變化，其接 觸力通過懸掛子系統(tǒng)上的輪桿6傳遞到線彈簧3,并經(jīng)線彈簧3傳遞到力傳感器2。力傳感 器2檢測到接觸力的變化，并將檢測值傳遞到控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)根據(jù)力傳感器2反饋的值 調整力傳感器2所在機身1的運動角度，從而調整機身1與地面之間的接觸力，使蛇形機器 人獲得穩(wěn)定的運動效果。
[0024] 實施例2
[0025] 如圖4和圖5所示，該實施例與實施例1不同的是，懸掛系統(tǒng)包括對稱安裝在機身 1左右兩側的兩個懸掛子系統(tǒng)，懸掛子系統(tǒng)包括固定安裝在機身上的線彈簧12和位移傳感 器14,位移傳感器14與控制系統(tǒng)相連，線彈簧12安裝在機身1的下端面上，位移傳感器14 固定安裝在機身1下端延伸出的堅柄13上，位于線彈簧12的下部；懸掛子系統(tǒng)還包括固定 安裝于機身上的輪架4,輪架4上固定安裝有滑塊5,滑塊5位于位移傳感器14的下部，線 彈簧12的下端連接有導桿6連接，導桿6穿過滑塊5內，導桿6與位移傳感器14相連接， 并可在滑塊5內自由滑動，連接兩個懸掛子系統(tǒng)的導桿6下端通過輪軸7連接，輪軸7上設 置有輪8,輪8可沿輪軸7自由轉動。
[0026] 該蛇形機器人在路面上行走時，位于懸掛系統(tǒng)10底部的輪8與地面接觸，當在平 坦路面上行走時，輪8與機身1的相對位置不會發(fā)生變化，當遇到起伏路面或障礙物時，輪 8將隨路面的起伏發(fā)生堅直位置上的相對位移，此時，與輪8相連接的輪軸7將帶動導桿6 產(chǎn)生運動，導桿6與位移傳感器14相連，位移傳感器14檢測導桿6產(chǎn)生的相對位移，并將 檢測值反饋到控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)根據(jù)位移傳感器14反饋的位移值調整位移傳感器14所 在機身1的運動，從而調整輪8與地面之間的接觸力，使蛇形機器人獲得穩(wěn)定的運動效果。
【權利要求】
1. 一種具有適應不平整地面能力的蛇形機器人，由多個關節(jié)模塊連接構成，其特征在 于：該蛇形機器人還包括控制系統(tǒng)，所述的關節(jié)模塊包括機身，機身與控制系統(tǒng)相連，多個 關節(jié)模塊的機身相互連接，機身下部設置有懸掛系統(tǒng)，懸掛系統(tǒng)包括對稱安裝在機身左右 兩側的兩個懸掛子系統(tǒng)，懸掛子系統(tǒng)包括檢測裝置和與檢測裝置相連的導桿，檢測裝置與 控制系統(tǒng)相連，懸掛子系統(tǒng)還包括安裝于機身上的輪架，輪架上安裝有滑塊，導桿穿過滑塊 內，并可在滑塊內自由滑動，兩側懸掛子系統(tǒng)的導桿的下端通過輪軸連接，輪軸上設置有 輪。
2. 如權利要求1所述的具有適應不平整地面能力的蛇形機器人，其特征在于：所述的 檢測裝置包括安裝于機身上的力傳感器，力傳感器與控制系統(tǒng)相連，力傳感器下方安裝有 線彈簧，線彈簧的下端與導桿相連。
3. 如權利要求1所述的具有適應不平整地面能力的蛇形機器人，其特征在于：所述的 檢測裝置包括安裝在機身上的線彈簧和位移傳感器，位移傳感器與控制系統(tǒng)相連，線彈簧 安裝在機身的下端面上，位移傳感器安裝在機身下端延伸出的堅柄上，位于線彈簧的下部， 線彈簧的下端連接有導桿連接。
4. 如權利要求1或2或3所述的具有適應不平整地面能力的蛇形機器人，其特征在于： 所述的機身上設置有連掛系統(tǒng)，連掛系統(tǒng)包括設置在機身前端的關節(jié)和設置在機身后端的 關節(jié)槽，后一關節(jié)模塊的關節(jié)連接到前一關節(jié)模塊的關節(jié)槽內。
【文檔編號】B62D57/02GK203888921SQ201420086135
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年2月20日 優(yōu)先權日:2014年2月20日
【發(fā)明者】馬書根, 孫翊, 張磊 申請人:青島海藝自動化技術有限公司