CN103909520B - 具有蠕动和摆动功能的蛇形机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有蠕动和摆动功能的蛇形机器人,包括蛇头、蛇尾及安装在所述蛇头和蛇尾之间且首尾顺次相连的多个关节模块,各关节模块均包括关节模块本体,各关节模块本体的前侧设置有摆动部、中间设置有蠕动部、后侧设置有转动部。本发明在传统的蛇形摆动运动的基础上增加了蠕动运动功能,使得蛇形机器人不仅可以在宽阔空间中实现蛇形的蜿蜒摆动运动,还可以在狭窄空间中实现类似于蚯蚓的蠕动运动,扩大了蛇形机器人的环境适应能力。
Description
技术领域
本发明涉及一种蛇形机器人,尤其涉及一种具有蠕动和摆动功能的蛇形机器人。
背景技术
蛇形机器人是一种模仿蛇的运动机理和行为方式研制出的新型仿生机器人,它因具有身体细长,横截面小,形状可变等特点,而能够在障碍物密集的狭窄空间中穿行,并可攀爬跨越障碍物。现有的蛇形机器人一般由多个关节模块组成,关节模块的内部结构为液压、气动或者电动,具有单自由度或多自由度的运动方式。为了实现不平整地面的蛇形运动,蛇形机器人的关节模块一般采取相邻关节按照相差90°的方式连接,使得蛇形机器人具有在水平和竖直两个方向的摆动能力。然而,目前的蛇形机器人为了实现蛇形运动,必须利用关节模块的动作驱动机身作周期性的摆动动作,这种摆动动作必须占用较大的摆动空间,当蛇形机器人穿越狭小空间,例如管道时,由于受摆动空间过小的限制,蛇形机器人的关节无法摆动,使得蛇形机器人丧失了运动能力,从而限制了蛇形机器人在复杂环境下的工作能力。
由此可见,现有技术有待于进一步的改进和提高。
发明内容
本发明为避免上述现有技术存在的不足之处,提供了一种具有蠕动和摆动功能的蛇形机器人。
本发明所采用的技术方案为:
具有蠕动和摆动功能的蛇形机器人,包括蛇头、蛇尾及安装在所述蛇头和蛇尾之间且首尾顺次相连的多个关节模块,各关节模块均包括关节模块本体,各关节模块本体的前侧设置有摆动部、中间设置有蠕动部、后侧设置有转动部。
所述关节模块本体包括两相互平行的定位盘,其分别为第一定位盘和第二定位盘,第一、第二定位盘通过两根相互平行的连杆相连。
所述摆动部包括摆板、摆动轴和摆动电机,摆动轴安装在第一定位盘的前侧,摆板位于摆动轴的前方,摆动电机安装在第一、第二定位盘之间,摆动电机通过第一齿轮传动机构驱动摆动轴转动,摆板通过摆臂与摆动轴固定连接。
所述蠕动部包括伸缩块和蠕动电机,伸缩块安装在关节模块本体的中部,蠕动电机安装在第一、第二定位盘之间,蠕动电机通过丝杠机构驱动伸缩块做直线伸缩运动。
所述转动部包括转板、转动轴、转动电机和用于测量转动轴转过角度的电位计,转动轴安装在关节模块本体的后侧,转动电机通过第二齿轮传动机构驱动转板绕转动轴转动。
所述转动部包括转板、转动轴和转动电机,转动轴安装在关节模块本体的后侧,转动电机通过第二齿轮传动机构驱动转板绕转动轴转动。
所述第一定位盘的前方固连有第三定位盘,第三定位盘的前端设置有用于安装所述摆动轴的第一定位架;所述摆臂呈U型,其一端与摆板固连,另一端与摆动轴的两端固连;所述第一齿轮传动机构包括安装在摆动电机的输出轴上的第一齿轮、与第一齿轮相啮合的第二齿轮、与第二齿轮套置在同一转轴上的第三齿轮、与第三齿轮相啮合的第四齿轮、与第四齿轮套置在同一转轴上的第一螺旋齿轮以及套置在摆动轴上的第二螺旋齿轮,所述第一、第二、第三及第四齿轮均位于第一定位盘和第三定位盘之间,第一、第三定位盘之间设置有用于安装第二、第三齿轮的第一转轴,第一螺旋齿轮位于第三定位盘的前方且位于第二螺旋齿轮的下方,第四齿轮和第一螺旋齿轮安装在第二转轴上,第三定位盘的前端面上设置有用于安装第二转轴的第二定位架,第二转轴的一端安装在第一定位盘上,另一端安装在第二定位架上。
所述伸缩块的一端位于第一、第二定位盘之间,另一端位于第二定位盘的后侧,伸缩块为中空结构,所述丝杠机构包括丝杠及套置在丝杠上的推动块,伸缩块上开设有用于对推动块进行限位的卡槽,第一、第二定位盘的相对位置处均开设有丝杠转孔,蠕动电机通过第三齿轮传动机构驱动丝杠转动,第三齿轮传动机构包括第五齿轮和与第五齿轮相啮合的第六齿轮,第五齿轮套置在蠕动电机的输出轴上,第六齿轮套置在丝杠的一端,第五、第六齿轮均位于第一、第二定位盘之间。
所述伸缩块的后端与转板之间设置有第四定位盘,第四定位盘与伸缩块的后端固连、与转板之间存在间隙,所述转动轴安装在第四定位盘和转板之间,第四定位盘与转板之间还设置有第三转轴,所述转动电机位于第四定位盘的后侧;所述第二齿轮传动机构包括安装在转动电机的输出轴上的第七齿轮、套置在第三转轴上且与第七齿轮相啮合的第八齿轮、套置在第三转轴上的第十齿轮、套置在转动轴上且与第十齿轮相啮合的第九齿轮、套置在转动轴上的第十二齿轮以及与第十二齿轮相啮合的第十一齿轮,所述电位计安装在第十一齿轮的齿轮轴的轴端且位于第二定位盘和第四定位盘之间。
各关节模块上均设置有用于对摆动部、蠕动部和转动部进行控制的关节电机控制器,蛇头上设置有用于对各关节电机控制器进行控制的整机控制器。
第一、第二定位盘之间还设置有加强架,所述加强架包括两块分别与第一、第二定位盘相连的定位板以及连接两定位块的连接板。
由于采用了上述技术方案,本发明所取得的有益效果为:
1、本发明在传统的蛇形摆动运动的基础上增加了蠕动运动功能,使得蛇形机器人不仅可以在宽阔空间中实现蛇形的蜿蜒摆动运动,还可以在狭窄空间中实现类似于蚯蚓的蠕动运动,扩大了蛇形机器人的环境适应能力。
2、本发明结构紧凑,自动化程度较高,安装维护方便。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明中的关节模块从一侧看过去的结构示意图。
图3为本发明中的关节模块从另一侧看过去的结构示意图。
图4为图3中A处的局部放大图。
图5为图3中B处的局部放大图。
其中,
1、蛇头2、蛇尾3、关节模块本体301、第一定位盘302、第二定位盘303、连杆304、定位板305、连接板4、摆动部401、摆动电机402、摆板403、第一齿轮404、第二齿轮405、第三齿轮406、第四齿轮407、第一螺旋齿轮408、第二螺旋齿轮409、摆臂410、摆动轴411、第一定位架412、第二定位架413、第三定位盘5、蠕动部501、蠕动电机502、推动块503、丝杠504、第六齿轮505、伸缩块506、卡槽507、丝杠转孔6、第四定位盘7、转动部701、转板702、转动电机703、第七齿轮704、第八齿轮705、第三转轴706、第十齿轮707、第九齿轮708、第十二齿轮709、转动轴
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步的详细说明,但本发明并不限于这些实施例。
如图1、图2及图3所示,具有蠕动和摆动功能的蛇形机器人,包括蛇头1、蛇尾2及安装在所述蛇头1和蛇尾2之间且首尾顺次相连的多个关节模块,各关节模块均包括关节模块本体2,各关节模块本体3的前侧设置有摆动部4、中间设置有蠕动部5、后侧设置有转动部7;所述关节模块本体3包括两相互平行的定位盘,其分别为第一定位盘301和第二定位盘302第一、第二定位盘通过两根相互平行的连杆303相连,第一、第二定位盘之间还设置有加强架,所述加强架包括两块分别与第一、第二定位盘相连的定位板304以及连接两定位块的连接板305;各关节模块上均设置有用于对摆动部4、蠕动部5和转动部7进行控制的关节电机控制器,由于各关节模块的总体运动轨迹相同,但各关节模块在某一刻的动作轨迹不同,因此,蛇头1上设置有用于对各关节电机控制器进行控制的整机控制器。
如图2、图3及图4所示,所述摆动部4包括摆板402、摆动轴410和摆动电机401,摆动轴410安装在第一定位盘301的前侧,摆板402位于摆动轴410的前方,摆动电机401安装在第一、第二定位盘之间,摆动电机401通过第一齿轮传动机构驱动摆动轴410转动,摆板402通过摆臂409与摆动轴410固定连接;所述第一定位盘301的前方固连有第三定位盘413,第三定位盘413的前端设置有用于安装所述摆动轴410的第一定位架411;所述摆臂409呈U型,其一端与摆板402固连,另一端与摆动轴410的两端固连;所述第一齿轮传动机构包括安装在摆动电机401的输出轴上的第一齿轮403、与第一齿轮403相啮合的第二齿轮404、与第二齿轮404套置在同一转轴上的第三齿轮405、与第三齿轮405相啮合的第四齿轮406、与第四齿轮406套置在同一转轴上的第一螺旋齿轮407以及套置在摆动轴410上的第二螺旋齿轮408,所述第一、第二、第三及第四齿轮均位于第一定位盘301和第三定位盘413之间,第一、第三定位盘之间设置有用于安装第二、第三齿轮的第一转轴,第一螺旋齿轮407位于第三定位盘413的前方且位于第二螺旋齿轮408的下方,第四齿轮406和第一螺旋齿轮407安装在第二转轴上,第三定位盘413的前端面上设置有用于安装第二转轴的第二定位架412,第二转轴的一端安装在第一定位盘301上,另一端安装在第二定位架412上。
如图2及图3所示,所述蠕动部5包括伸缩块505和蠕动电机501,伸缩块505安装在关节模块本体3的中部,蠕动电机501安装在第一、第二定位盘之间,蠕动电机501通过丝杠机构驱动伸缩块505做直线伸缩运动;所述伸缩块505的一端位于第一、第二定位盘之间,另一端位于第二定位盘302的后侧,伸缩块505为中空结构,所述丝杠机构包括丝杠503及套置在丝杠503上的推动块502,伸缩块505上开设有用于对推动块502进行限位的卡槽506,第一、第二定位盘的相对位置处均开设有丝杠转孔507,蠕动电机501通过第三齿轮传动机构驱动丝杠503转动,第三齿轮传动机构包括第五齿轮和与第五齿轮相啮合的第六齿轮504,第五齿轮套置在蠕动电机501的输出轴上,第六齿轮504套置在丝杠503的一端,第五、第六齿轮均位于第一、第二定位盘之间。
如图2、图3及图5所示,所述转动部7包括转板701、转动轴709、转动电机702和用于测量转动轴709转过角度的电位计711,转动轴709安装在关节模块本体的后侧,转动电机702通过第二齿轮传动机构驱动转板701绕转动轴709转动;所述伸缩块505的后端与转板701之间设置有第四定位盘6,第四定位盘6与伸缩块505的后端固连、与转板701之间存在间隙,所述转动轴709安装在第四定位盘6和转板701之间,第四定位盘6与转板701之间还设置有第三转轴705,所述转动电机702位于第四定位盘6的后侧;所述第二齿轮传动机构包括安装在转动电机702的输出轴上的第七齿轮703、套置在第三转轴705上且与第七齿轮703相啮合的第八齿轮704、套置在第三转轴705上的第十齿轮706、套置在转动轴709上且与第十齿轮706相啮合的第九齿轮707、套置在转动轴709上的第十二齿轮708以及与第十二齿轮708相啮合的第十一齿轮710,所述电位计711安装在第十一齿轮710的齿轮轴的轴端且位于第二定位盘302和第四定位盘6之间;转动电机702运转时,带动第七齿轮703旋转,第七齿轮703带动第八齿轮704旋转,从而带动与第八齿轮704同样套置在第三转轴705上的第十齿轮706旋转,与第十齿轮706相啮合的第九齿轮707转动,进而带动转板701的转动,与第九齿轮707同样套置在转动轴709上的第十二齿轮带动第十一齿轮710的转动,进而带动电位计711的转动,从而测量转动轴709所转过的角度。
本发明中的蛇形机器人包括首尾顺次相连的多个关节模块,其中,前一个关节模块的摆板402固定在后一个关节模块的转板701上,实现了关节模块间的串行连接,使得蛇形机器人具有摆动、绕转动轴扭转以及沿蛇形机器人的机身伸缩的功能;当蛇形机器人身处不同的作业环境时,关节电机控制器会控制与作业环境相适应的电机进行运转,从而使蛇形机器人进行不同的运动,增强了蛇形机器人的环境适应能力。
本发明中未述及的部分采用或借鉴已有技术即可实现。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“中部”、“上”、“下”、“前”、“后”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
此外,术语“第一”、“第二”、“第三”及“第四”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
尽管本文较多地使用了蛇头1、关节模块本体3、第一定位盘301、连接板305、摆动板4、摆板402、摆臂409、蠕动部5、蠕动电机501、丝杠503、卡槽506、转动部7、转动电机702、第九齿轮704等术语,但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质;把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
需要进一步说明的是,本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明的精神所作的举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代,但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (7)
1.具有蠕动和摆动功能的蛇形机器人,其特征在于:包括蛇头、蛇尾及安装在所述蛇头和蛇尾之间且首尾顺次相连的多个关节模块,各关节模块均包括关节模块本体,各关节模块本体的前侧设置有摆动部、中间设置有蠕动部、后侧设置有转动部;所述关节模块本体包括两相互平行的定位盘,其分别为第一定位盘和第二定位盘,第一、第二定位盘通过两根相互平行的连杆相连;所述摆动部包括摆板、摆动轴和摆动电机,摆动轴安装在第一定位盘的前侧,摆板位于摆动轴的前方,摆动电机安装在第一、第二定位盘之间,摆动电机通过第一齿轮传动机构驱动摆动轴转动,摆板通过摆臂与摆动轴固定连接;所述第一定位盘的前方固连有第三定位盘,第三定位盘的前端设置有用于安装所述摆动轴的第一定位架;所述摆臂呈U型,其一端与摆板固连,另一端与摆动轴的两端固连;所述第一齿轮传动机构包括安装在摆动电机的输出轴上的第一齿轮、与第一齿轮相啮合的第二齿轮、与第二齿轮套置在同一转轴上的第三齿轮、与第三齿轮相啮合的第四齿轮、与第四齿轮套置在同一转轴上的第一螺旋齿轮以及套置在摆动轴上的第二螺旋齿轮,所述第一、第二、第三及第四齿轮均位于第一定位盘和第三定位盘之间,第一、第三定位盘之间设置有用于安装第二、第三齿轮的第一转轴,第一螺旋齿轮位于第三定位盘的前方且位于第二螺旋齿轮的下方,第四齿轮和第一螺旋齿轮安装在第二转轴上,第三定位盘的前端面上设置有用于安装第二转轴的第二定位架,第二转轴的一端安装在第一定位盘上,另一端安装在第二定位架上。
2.根据权利要求1所述的具有蠕动和摆动功能的蛇形机器人,其特征在于:所述蠕动部包括伸缩块和蠕动电机,伸缩块安装在关节模块本体的中部,蠕动电机安装在第一、第二定位盘之间,蠕动电机通过丝杠机构驱动伸缩块做直线伸缩运动。
3.根据权利要求2所述的具有蠕动和摆动功能的蛇形机器人,其特征在于:所述转动部包括转板、转动轴、转动电机和用于测量转动轴转过角度的电位计,转动轴安装在关节模块本体的后侧,转动电机通过第二齿轮传动机构驱动转板绕转动轴转动。
4.根据权利要求2所述的具有蠕动和摆动功能的蛇形机器人,其特征在于:所述伸缩块的一端位于第一、第二定位盘之间,另一端位于第二定位盘的后侧,伸缩块为中空结构,所述丝杠机构包括丝杠及套置在丝杠上的推动块,伸缩块上开设有用于对推动块进行限位的卡槽,第一、第二定位盘的相对位置处均开设有丝杠转孔,蠕动电机通过第三齿轮传动机构驱动丝杠转动,第三齿轮传动机构包括第五齿轮和与第五齿轮相啮合的第六齿轮,第五齿轮套置在蠕动电机的输出轴上,第六齿轮套置在丝杠的一端,第五、第六齿轮均位于第一、第二定位盘之间。
5.根据权利要求3所述的具有蠕动和摆动功能的蛇形机器人,其特征在于:所述伸缩块的后端与转板之间设置有第四定位盘,第四定位盘与伸缩块的后端固连、与转板之间存在间隙,所述转动轴安装在第四定位盘和转板之间,第四定位盘与转板之间还设置有第三转轴,所述转动电机位于第四定位盘的后侧;所述第二齿轮传动机构包括安装在转动电机的输出轴上的第七齿轮、套置在第三转轴上且与第七齿轮相啮合的第八齿轮、套置在第三转轴上的第十齿轮、套置在转动轴上且与第十齿轮相啮合的第九齿轮、套置在转动轴上的第十二齿轮以及与第十二齿轮相啮合的第十一齿轮,所述电位计安装在第十一齿轮的齿轮轴的轴端且位于第二定位盘和第四定位盘之间。
6.根据权利要求1所述的具有蠕动和摆动功能的蛇形机器人,其特征在于:各关节模块上均设置有用于对摆动部、蠕动部和转动部进行控制的关节电机控制器,蛇头上设置有用于对各关节电机控制器进行控制的整机控制器。
7.根据权利要求1所述的具有蠕动和摆动功能的蛇形机器人,其特征在于:第一、第二定位盘之间还设置有加强架,所述加强架包括两块分别与第一、第二定位盘相连的定位板以及连接两定位块的连接板。
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