CN103950479A - 具有适应不平整地面能力的蛇形机器人 - Google Patents
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Abstract
一种具有适应不平整地面能力的蛇形机器人，由多个关节模块连接构成，该蛇形机器人还包括控制系统，所述的关节模块包括机身，机身与控制系统相连，多个关节模块的机身相互连接，机身下部设置有悬挂系统，悬挂系统包括对称安装在机身左右两侧的两个悬挂子系统，悬挂子系统包括检测装置和与检测装置相连的导杆，检测装置与控制系统相连，悬挂子系统还包括安装于机身上的轮架，轮架上安装有滑块，导杆穿过滑块内，并可在滑块内自由滑动，两侧悬挂子系统的导杆的下端通过轮轴连接，轮轴上设置有轮。本发明改进了蛇形机器人关节模块的结构，简化了现有蛇形机器人的控制方式，增强了蛇形机器人在不平整地面上的适应能力。
Description
技术领域
本发明属于机械技术领域，涉及一种机器人，具体的说，涉及一种可在不平整地面上扒形的，具有适应不平整地面能力的蛇形机器人。
背景技术
蛇形机器人具有身体细长，横截面小，形状可变等特点，能够在障碍物密集的狭窄空间中穿行，并可以攀爬跨越障碍物。
蛇形机器人一般由多个关节模块组成，各个关节模块之间互相连接。关节模块内部结构为液压、气动或者电动，具有单自由度或者多自由度运动方式，关节模块与地面通过轮与地面接触。虽关节模块的内部结构和功能各有不同，但轮与地面是否能够保持可靠稳定的接触才是蛇形机器人能否成功运动的唯一因素。
当蛇形机器人爬行在不平整地面时，目前的蛇形机器人通过调整关节模块之间的夹角使得关节模块上的轮与地面接触能够被保持，但这种方法存在两个关键问题。首先，根据蛇形运动规律计算得到的关节模块间的夹角，需要实时修正才能够保持轮与地面的接触，为了进行这种实时的修正计算，不仅需要使用传感器获取地面的信息，而且对蛇形机器人的控制器的计算能力提出了很高的要求，增加了蛇形机器人的复杂程度，增加了研制和维护成本，也降低了可靠性。其次，轮与地面之间的接触力的大小同样对蛇形机器人的运动有着很大影响，目前的蛇形机器人仅能够保证轮与地面发生接触，但是无法有效地控制调整轮与地面之间的接触力大小，这也限制了蛇形机器人在不平整地面上的运动能力。这些都限制了蛇形机器人在不平整地面上的应用。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的以上不足，提供一种可更好调整轮与地面接触力，获得更稳定爬行效果的具有适应不平整地面能力的蛇形机器人。
本发明的技术方案是：一种具有适应不平整地面能力的蛇形机器人，由多个关节模块连接构成，该蛇形机器人还包括控制系统，所述的关节模块包括机身，机身与控制系统相连，多个关节模块的机身相互连接，机身下部设置有悬挂系统，悬挂系统包括对称安装在机身左右两侧的两个悬挂子系统，悬挂子系统包括检测装置和与检测装置相连的导杆，检测装置与控制系统相连，悬挂子系统还包括安装于机身上的轮架，轮架上安装有滑块，导杆穿过滑块内，并可在滑块内自由滑动，两侧悬挂子系统的导杆的下端通过轮轴连接，轮轴上设置有轮。
优选的是：检测装置包括安装于机身上的力传感器，力传感器与控制系统相连，力传感器下方安装有线弹簧，线弹簧的下端与导杆相连。
优选的是：检测装置包括安装在机身上的线弹簧和位移传感器，位移传感器与控制系统相连，线弹簧安装在机身的下端面上，位移传感器安装在机身下端延伸出的竖柄上，位于线弹簧的下部，线弹簧的下端连接有导杆连接。
优选的是：机身上设置有连挂系统，连挂系统包括设置在机身前端的关节和设置在机身后端的关节槽，后一关节模块的关节连接到前一关节模块的关节槽内。
本发明的有益效果是：
(1)本发明改进了蛇形机器人关节模块的结构，提供了两种蛇形机器人关节模块结构和控制方式，a、在关节模块中设置了力传感器，在蛇形机器人运动过程中实时检测关节模块的轮与地面的接触力，并将力反馈会控制系统，控制系统将根据反馈的力调整各个关节模块的角度。b、在关节模块中设置了位移传感器，在蛇形机器人运动过程中通过实时检测与位移传感器相连的导杆的位移而检测关节模块的轮与地面的相对位移，并将检测值反馈会控制系统，控制系统将根据反馈的力调整相应关节模块的角度。这两种控制方式都简化了现有蛇形机器人的控制方式。
(2)该蛇形机器人的轮安装在轮轴上，轮轴通过导杆安装到线弹簧上，导杆同时还穿过滑块中，滑块限制了导杆的运动轨迹，也对轮的运动方式起到限制作用。这种结构改善了蛇形机器人轮与地面的接触模式，可在不平整地面上获取稳定的接触力，扩大了蛇形机器人在不平整地面上的适应能力。
附图说明
附图1为本发明整体结构示意图。
附图2为本发明实施例1关节模块结构示意图。
附图3为本发明实施例1关节模块各部件连接关系示意图。
附图4为本发明实施例2关节模块结构示意图。
附图5为本发明实施例2关节模块各部件连接关系示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步详细的说明。
如图1所示：
该具有适应不平整地面能力的蛇形机器人，由多个关节模块连接构成，关节模块包括机身1，机身1上设置有连挂系统，连挂系统包括设置在机身前端的关节9和设置在机身后端的关节槽11，后一关节模块的关节9连接到前一关节模块的关节槽11内。
如图2和图3所示：
该具有适应不平整地面能力的蛇形机器人还包括控制系统，机身1与控制系统相连，机身1下部设置有悬挂系统10，悬挂系统10包括对称安装在机身左右两侧的两个悬挂子系统，悬挂子系统包括固定安装于机身上的力传感器2，力传感器2与控制系统相连，力传感器2下方固定安装有线弹簧3，悬挂子系统还包括固定安装于机身上的轮架4，轮架4上固定安装有滑块5，线弹簧3下端连接有导杆6，导杆6穿过滑块5内，并可在滑块5内自由滑动，滑块5限制了导杆6的运动路径，连接两个悬挂子系统的导杆6下端通过轮轴7连接，轮轴7上设置有轮8，轮8可在轮轴7上自由转动。
该具有适应不平整地面能力的蛇形机器人在路面上行走时，位于悬挂系统10底部的轮8与地面接触，当遇到起伏路面或障碍物时，轮8与地面的接触力将发生变化，其接触力通过悬挂子系统上的轮杆6传递到线弹簧3，并经线弹簧3传递到力传感器2。力传感器2检测到接触力的变化，并将检测值传递到控制系统，控制系统根据力传感器2反馈的值调整力传感器2所在机身1的运动角度，从而调整机身1与地面之间的接触力，使蛇形机器人获得稳定的运动效果。
实施例2
如图4和图5所示，该实施例与实施例1不同的是，悬挂系统包括对称安装在机身1左右两侧的两个悬挂子系统，悬挂子系统包括固定安装在机身上的线弹簧12和位移传感器14，位移传感器14与控制系统相连，线弹簧12安装在机身1的下端面上，位移传感器14固定安装在机身1下端延伸出的竖柄13上，位于线弹簧12的下部；悬挂子系统还包括固定安装于机身上的轮架4，轮架4上固定安装有滑块5，滑块5位于位移传感器14的下部，线弹簧12的下端连接有导杆6连接，导杆6穿过滑块5内，导杆6与位移传感器14相连接，并可在滑块5内自由滑动，连接两个悬挂子系统的导杆6下端通过轮轴7连接，轮轴7上设置有轮8，轮8可沿轮轴7自由转动。
该蛇形机器人在路面上行走时，位于悬挂系统10底部的轮8与地面接触，当在平坦路面上行走时，轮8与机身1的相对位置不会发生变化，当遇到起伏路面或障碍物时，轮8将随路面的起伏发生竖直位置上的相对位移，此时，与轮8相连接的轮轴7将带动导杆6产生运动，导杆6与位移传感器14相连，位移传感器14检测导杆6产生的相对位移，并将检测值反馈到控制系统，控制系统根据位移传感器14反馈的位移值调整位移传感器14所在机身1的运动，从而调整轮8与地面之间的接触力，使蛇形机器人获得稳定的运动效果。
Claims (4)
1.一种具有适应不平整地面能力的蛇形机器人，由多个关节模块连接构成，其特征在于：该蛇形机器人还包括控制系统，所述的关节模块包括机身，机身与控制系统相连，多个关节模块的机身相互连接，机身下部设置有悬挂系统，悬挂系统包括对称安装在机身左右两侧的两个悬挂子系统，悬挂子系统包括检测装置和与检测装置相连的导杆，检测装置与控制系统相连，悬挂子系统还包括安装于机身上的轮架，轮架上安装有滑块，导杆穿过滑块内，并可在滑块内自由滑动，两侧悬挂子系统的导杆的下端通过轮轴连接，轮轴上设置有轮。
2.如权利要求1所述的具有适应不平整地面能力的蛇形机器人，其特征在于：所述的检测装置包括安装于机身上的力传感器，力传感器与控制系统相连，力传感器下方安装有线弹簧，线弹簧的下端与导杆相连。
3.如权利要求1所述的具有适应不平整地面能力的蛇形机器人，其特征在于：所述的检测装置包括安装在机身上的线弹簧和位移传感器，位移传感器与控制系统相连，线弹簧安装在机身的下端面上，位移传感器安装在机身下端延伸出的竖柄上，位于线弹簧的下部，线弹簧的下端连接有导杆连接。
4.如权利要求1或2或3所述的具有适应不平整地面能力的蛇形机器人，其特征在于：所述的机身上设置有连挂系统，连挂系统包括设置在机身前端的关节和设置在机身后端的关节槽，后一关节模块的关节连接到前一关节模块的关节槽内。
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