CN103112514B - 一种机器蛇封闭表皮驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种机器蛇封闭表皮驱动装置，所述封闭表皮驱动装置包括驱动布、外骨架、内骨架、电机、连接件、被动轮固定件、被动轮、主动轮以及导向绳，电机固定在内骨架上并驱动主动轮转动，被动轮通过连接件以及被动轮固定件固定在外骨架上，驱动布被主动轮压紧在被动轮上，并将外骨架和被动轮包裹住，形成一个闭合回路，导向绳与驱动布粘合在一起并定位于主动轮与被动轮之间的凹槽内，使驱动布的运动不会发生偏移。当电机带动主动轮转动时，由于摩擦力的作用可以将主动轮和被动轮之间的驱动布带动，从而带动机器蛇的运动。本发明机器蛇封闭表皮驱动装置结构简单，驱动能力强，可使机器蛇全身均具有驱动力，从而具有很强的环境适应性。

Description

一种机器蛇封闭表皮驱动装置

技术领域

本发明涉及一种驱动装置，特别涉及一种机器蛇封闭表皮驱动装置。

背景技术

生物蛇遍布于整个地球，其生理特点及多种运动形式使它能够适应广泛的地理和自然环境。蛇形机器人是一种基于生物蛇的仿生系统，具有生物蛇的运动机理和行为方式，借助自身身躯光滑细小的优势可以钻入狭小的空洞，同时长而有力的身体使之可以爬到高于地面的空洞、树或其他陡直的物体，因此在许多领域具有非常广泛的应用前景。

机器蛇的驱动机构对于机器蛇的运动能力起着至关重要的作用，基于仿生学的原理，机器蛇的外形结构与生物蛇类似，冗长的结构在带来诸多益处的同时也给驱动机构的设计提出了更高的要求。

目前，大多数的机器蛇，依靠关节之间的扭动来产生前进的动力，这种驱动方式，使得机器蛇必须按照蛇形曲线来运动，同时存在动力不足、速度慢、越障困难等缺点。另外一种机器蛇，采用履带将周身覆盖，虽然可以实现全身的动力，但存在结构复杂、体积大及重量大的缺点，因此此种结构的机器蛇只适用于宽大的环境。

如何提高机器蛇驱动装置的驱动能力以使机器蛇能够适应各种复杂的环境成为蛇形机器人研究中的一大热点和难点问题。

通过给机器蛇表皮增加动力，形成一层驱动层的方法，可以极大的增强机器蛇的运动与控制能力。如何给机器蛇增加驱动表皮，有很多方法，有一种用绳缠绕在机器蛇的表面作为驱动的方案，但它存在杂物偶尔夹杂到绳和壳体之间的可能。本方案是将一条封闭的布作为驱动装置，壳体外面是一个完整的封闭表面，不会被杂物缠住，具有更强的适应性。但使用封闭驱动表皮，也带来如何进行机械设计才能保证布的连续驱动，在外界扭力下保持布的直线导向，封闭布表面如何支撑，受力、弯曲时如何绷紧等问题，本发明就是针对这些问题而提出的一种实用的全封闭表皮机器蛇新方案，具有表皮驱动机器蛇的优点，而且不易被杂物缠绕，更具有实用性。

发明内容

本发明实施例的目的是针对上述现有技术的缺陷，提供了一种可以为机器蛇提供强大驱动力和环境适应能力的表皮驱动装置。

为了实现上述目的本发明采取的技术方案是：一种机器蛇表皮驱动装置，包括驱动布、外骨架、内骨架、电机、连接件、被动轮固定件、被动轮、主动轮以及导向绳，所述电机固定在所述内骨架上并驱动所述主动轮转动，所述被动轮通过所述连接件以及所述被动轮固定件固定在所述外骨架上，所述驱动布被所述主动轮压紧在所述被动轮上，并将所述外骨架和所述被动轮包裹住，然后使用无缝连接的方式将所述驱动布的两端缝合，形成一个闭合回路。

所述主动轮轮缘为半圆形凸面，所述被动轮轮缘为与所述主动轮轮缘具有相同半径的半圆形凹槽，可以使所述驱动布均匀分布在所述主动轮和所述被动轮的接触面并形成良好过渡。

所述导向绳沿所述驱动布运动方向粘合于所述驱动布的内部，形成一个闭合回路，并被所述主动轮与所述被动轮压紧于所述被动轮轮缘的半圆形凹槽内，使所述驱动布形成良好定位和导向，从而使其运动不会发生偏移。

所述导向绳具有一定的弹性，使得当机器蛇关节摆动时能够始终张紧并柔顺通过所述被动轮轮缘的半圆形凹槽。

所述电机与所述连接件、所述被动轮固定件、所述被动轮以及所述主动轮组成一个驱动单元，所述表皮驱动装置至少包括三对所述驱动单元，并沿所述机器蛇骨架的周向均匀分布，轴向对称分布。

所述电机转动，电机轴带动固定在其上的所述主动轮转动，所述驱动布被所述被动轮压紧在所述主动轮上，从而所述布在摩擦力的作用下随所述主动轮转动，并将所述主动轮的圆周运动转化为直线运动，从而带动所述机器蛇运动。

所述驱动布为具有很大摩擦系数并且耐磨的土工布。

所述内骨架为三角架结构，便于确定所述电机的位置以产生均匀分布的摩擦力，同时各角互为加强筋，可以增加所述内骨架的强度。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

相比现有技术，本驱动装置实现了全封闭表皮驱动，装备了本驱动装置的机器蛇身体的任何一点与障碍物接触均能产生额外的驱动力。驱动布采用了强度大摩擦系数高的土工布来制作，在进行无缝隙连接之后可以形成一个闭合的回路，在多组驱动电机的驱动下，基于摩擦力的作用，可以为驱动布提供均匀而强劲的驱动力，从而能够带动机器蛇的运动，如果还需要更大的驱动力，可以适当张紧驱动布，同时可以设计更多组的驱动电机。同时由于其实现了全封闭表皮驱动，从而可以使得其壳体外面形成一个完整的封闭表面，不会被杂物缠住，具有更强的适应性。

故本发明的机器蛇表皮驱动装置具有结构简单，驱动力强劲，不易被杂物卡死的特点，具有运动能力强、通过能力强、环境适应性好的优势。

附图说明

图1是安装有本发明实施例提供的机器蛇封闭表皮驱动装置的机器蛇整体剖面图；

图2是机器蛇单个模块的剖视图；

图3是机器蛇单个模块去掉所述驱动布的示意图；

图4是图3去掉所述外骨架的示意图；

图5是所述内骨架的立体图；

图6是所述驱动布和导向绳的简化示意图；

图中：1驱动布，2外骨架，3内骨架，4电机，5连接件，6被动轮固定件，7被动轮，8主动轮，9导向绳。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

参见图1，图2和图3，一种机器蛇封闭表皮驱动装置，包括驱动布1、外骨架2、内骨架3、电机4、连接件5、被动轮固定件6、被动轮7、主动轮8以及导向绳9，电机4固定在内骨架3上并驱动主动轮8转动，被动轮7通过连接件5以及被动轮固定件6固定在外骨架2上，驱动布1被主动轮8压紧在被动轮7上，并将外骨架2和被动轮7包裹住，然后使用无缝连接的方式将所述驱动布的两端缝合，形成一个闭合回路。

本发明的表皮驱动装置可以为机器蛇提供全封闭表皮驱动，使得机器蛇全身均具有动力，从而驱动力强劲，环境适应性好。

作为优选，主动轮8轮缘为半圆形凸面，被动轮7轮缘为与主动轮8轮缘具有相同半径的半圆形凹槽，从而可以使驱动布1与主动轮8和被动轮7的接触面为半圆形，半圆形的接触面可以使得驱动布1的变形不会出现大的褶皱，过渡性良好，从而使驱动布1在运动过程中更加流畅。

参见图2及图6，导向绳9沿驱动布1运动方向粘合于驱动布1的内部，形成一个闭合回路，并被主动轮8与被动轮7压紧于被动轮7轮缘的半圆形凹槽内，使驱动布1形成良好定位和导向，从而使其运动不会发生偏移。

进一步的，导向绳9具有一定的弹性，使得当机器蛇关节摆动时能够始终张紧并柔顺通过被动轮7轮缘的半圆形凹槽。

参见图4，电机4与连接件5、被动轮固定件6、被动轮7以及主动轮8组成一个驱动单元，所述表皮驱动装置至少包括三对所述驱动单元，并沿机器蛇骨架的周向均匀分布，轴向对称分布。作为优选，本实施例采用三对所述驱动单元。

参见图1、图2和图3，本发明的运动原理为：电机4转动，电机轴带动固定在其上的主动轮8转动，驱动布1被被动轮7压紧在主动轮8上，从而驱动布1在主动轮8与被动轮7之间的压紧力而产生的摩擦力的作用下随主动轮8转动，并将主动轮8的圆周运动转化为直线运动，从而带动机器蛇运动，同时在导向绳9的定位与导向作用下，驱动布1在运动过程中不会产生周向偏移，可以使得机器蛇按照既定路线运动。

特别的，每个主动轮8均配合两个被动轮7，被动轮7不仅在传递驱动力的过程中起着至关重要的作用，同时还起着定位内骨架3的作用。内骨架3以及安装在其上的电机4和主动轮8在被动轮7的作用下定位在外骨架2内部，其本身的重力会产生额外的压紧力，从而可以为机器蛇提供更大的摩擦力，驱动能力得到进一步提高。

驱动布1采用了强度大摩擦系数高的材料来制作，在进行无缝隙连接之后可以形成一个闭合的回路，在多组驱动电机的驱动下，基于摩擦力的作用，可以为驱动布1提供均匀而强劲的驱动力，从而能够带动机器蛇的运动，如果还需要更大的驱动力，可以适当张紧驱动布1，同时可以设计更多组的驱动电机4。本发明的机器蛇表皮驱动装置具有结构简单，驱动力强劲的特点，同时由于其实现了全表皮驱动，从而可以使得其运动能力强，通过能力强和环境适应性好的特点。

具体的，作为优选，驱动布1具有很高的强度和耐磨性，并且具有一定的弹性和很大的摩擦系数。可以由多段首尾相连的驱动布1组成一个闭合回路。驱动布1优选为土工布。

进一步的，参见图5，内骨架3为三角架结构，三角形结构更加稳定，也便于确定电机4的位置以产生均匀分布的摩擦力，同时各角互为加强筋，可以增加内骨架3的强度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种机器蛇封闭表皮驱动装置，其特征在于，包括驱动布、外骨架、内骨架、电机、连接件、被动轮固定件、被动轮、主动轮以及导向绳，所述电机固定在所述内骨架上并驱动所述主动轮转动，所述被动轮通过所述连接件以及所述被动轮固定件固定在所述外骨架上，所述驱动布被所述主动轮压紧在所述被动轮上，并将所述外骨架和所述被动轮包裹住，然后使用无缝连接的方式将所述驱动布的两端缝合，形成一个闭合回路。

2.根据权利要求1所述的机器蛇封闭表皮驱动装置，其特征在于，所述主动轮轮缘为半圆形凸面，所述被动轮轮缘为与主动轮轮缘具有相同半径的半圆形凹槽。

3.根据权利要求1所述的机器蛇封闭表皮驱动装置，其特征在于，所述导向绳沿所述驱动布运动方向粘合于所述驱动布的内部，形成一个闭合回路，并被所述主动轮与所述被动轮压紧于所述被动轮轮缘的半圆形凹槽内，使所述驱动布形成良好定位和导向，从而使其运动不会发生偏移。

4.根据权利要求3所述的机器蛇封闭表皮驱动装置，其特征在于，所述导向绳具有一定的弹性，使得当机器蛇关节摆动时能够始终张紧并柔顺通过所述被动轮轮缘的半圆形凹槽。

5.根据权利要求1所述的机器蛇封闭表皮驱动装置，其特征在于，所述电机与所述连接件、所述被动轮固定件、所述被动轮以及所述主动轮组成一个驱动单元，所述表皮驱动装置至少包括三对所述驱动单元，并沿所述机器蛇外骨架和所述机器蛇内骨架的周向均匀分布，轴向对称分布。

6.根据权利要求1所述的机器蛇封闭表皮驱动装置，其特征在于，所述电机转动，电机轴带动固定在其上的所述主动轮转动，所述驱动布被所述被动轮压紧在所述主动轮上，从而所述布在摩擦力的作用下随所述主动轮转动，并将所述主动轮的圆周运动转化为直线运动，从而带动所述机器蛇运动。

7.根据权利要求1或6所述的机器蛇封闭表皮驱动装置，其特征在于：所述驱动布为耐磨的土工布。

8.根据权利要求1所述的机器蛇封闭表皮驱动装置，其特征在于，所述内骨架为三角架结构，便于确定所述电机的位置以产生均匀分布的摩擦力，同时各角互为加强筋，可以增加所述内骨架的强度。