CN104787141B

CN104787141B - 一种蛇形机器人

Info

Publication number: CN104787141B
Application number: CN201510206738.8A
Authority: CN
Inventors: 杨超; 杨一超; 姜健生; 张振宇; 黄星星
Original assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Current assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2015-04-28
Filing date: 2015-04-28
Publication date: 2018-03-06
Anticipated expiration: 2035-04-28
Also published as: CN104787141A

Abstract

本发明涉及一种蛇形机器人，由若干段模块化蛇身单元首尾相接串联组成，每个模块化蛇身单元包括若干模块化蛇身段，连杆机构，驱动机构和驱动器；所述连杆机构穿插安装于模块化蛇身单元之间，所述驱动器安装于某段模块化蛇身段内部，所述连杆机构通过驱动机构与驱动器连接。本发明显著缩小蛇形机器人的体积，增加蛇形机器人内可利用空间，降低蛇形机器人的整体质量，简化蛇形机器人的控制系统，从而使蛇形机器人具有成本低，质量轻，运动灵活，动作可靠，可实现功能多样化的优点。

Description

一种蛇形机器人

技术领域

本发明涉及一种机器人结构，尤其涉及一种蛇形机器人。

背景技术

第一代机械蛇是结合相关理论，建立蛇的行波运动模型，其样机Solid snake利用垂直和水平方向正交的方式建立其蛇身来完成相关运动，这样以每两个正交关节组成一个单元体建立的机械蛇模型，其缺点在于蛇的自由度受到了极大的限制，从而使得其能实现的动作具有很大的局限性。

目前，机械蛇大致发展至第二代。第二代机械蛇，包括美国，日本，以色列，德国以及我国等后续研发的一些机械蛇，均采用了模块化设计的形式，虽然较大程度上增强了其灵动性和机动性，使得其可以实现更多复杂的动作，但这些基本都是采用了小段蛇身相连的形式，并以一舵机驱动一小段蛇身的形式，这就造成了现有机械蛇关节化的问题，也造成了整个机械蛇使用了大量舵机的现象，这既增加了其重量，减少了可利用空间还十分浪费资源，与我们当今全球的环保概念相背离。

发明内容

针对上述的技术缺陷，本发明的目的是提供一种蛇形机器人，通过利用曲柄连杆机构设计蛇身内部运动结构的蛇形机器人。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种蛇形机器人，由若干段模块化蛇身单元首尾相接串联组成，每个模块化蛇身单元包括若干模块化蛇身段，连杆机构，驱动机构和驱动器；所述连杆机构穿插安装于模块化蛇身单元之间，所述驱动器安装于某段模块化蛇身段内部，所述连杆机构通过驱动机构与驱动器连接。

第一种优选方式为：所述模块化蛇身单元包括第一左驱动蛇身段、第一右驱动蛇身段，第一左边蛇身段、第一右边蛇身段和中蛇身段；所述连杆机构包括第一长连杆、第二长连杆、第三长连杆、第四长连杆、第一短连杆、第二短连杆，所述第一长连杆、第二长连杆、第三长连杆、第四长连杆的结构尺寸相同，所述第一短连杆、第二短连杆的结构尺寸相同；所述驱动机构包括曲柄接杆和第一曲柄；所述第一长连杆和第二长连杆分别通过第一孔与第一左驱动蛇身段上的两个孔铰接，通过第四孔与中蛇身段上的两个孔铰接；所述第三长连杆和第四长连杆分别通过第一孔与第一右驱动蛇身段上的两个孔铰接，通过第四孔与中蛇身段上的两个孔铰接；所述第一长连杆与第三长连杆通过第三孔与第二短连杆铰接；所述第二长连杆与第四长连杆通过第三孔与第一短连杆铰接；所述曲柄接杆中的第五孔与第一曲柄上的孔铰接，曲柄接杆的左接杆滑槽与第三长连杆上的第二孔铰接，右接杆滑槽与第四长连杆上的第二孔铰接；所述第一左边蛇身段、第一右边蛇身段的中部有第一带槽接板，第一销钉通过两根长连杆中部的第一长杆滑槽和第一左边蛇身段、第一右边蛇身段中部的第一带槽接板连接；所述第一左驱动蛇身段通过第一蛇身连接孔和第一蛇身连接槽与第一左边蛇身段连接，所述第一左边蛇身段通过第一蛇身连接槽和第二蛇身连接孔与中蛇身段相连；所述中蛇身段通过第二蛇身连接孔和第一蛇身连接槽与第一右边蛇身段连接，所述右边蛇身段通过第一蛇身连接槽和第一蛇身连接孔与第一右驱动蛇身段连接，依次串联组成模块化蛇身单元；所述第一驱动器安装在第一右驱动蛇身段上，所述第一曲柄与第一驱动器连接。

第二种优选方式为：所述模块化蛇身单元包括驱动蛇身段，第二左边蛇身段、第二右边蛇身段，第一左被动蛇身段，第一右被动蛇身段；所述连杆机构包括第五长连杆、第六长连杆、第七长连杆、第八长连杆、第三短连杆、第四短连杆，所述第五长连杆、第六长连杆、第七长连杆、第八长连杆的结构尺寸相同，所述第三短连杆、第四短连杆的结构尺寸相同；所述驱动机构包括第二曲柄；第五长连杆、第六长连杆通过第六孔与驱动蛇身段上的两个孔铰接，通过第九孔与第一左被动蛇身段上的两个孔铰接；第七长连杆、第八长连杆通过第六孔与驱动蛇身段上的两个孔铰接，通过第九孔与第一右被动蛇身段上的两个孔铰接；第五长连杆与第七长连杆通过第七孔与第四短连杆连接；第六长连杆与第八长连杆通过第七孔与第三短连杆连接；两个短连杆上有短连杆中部滑槽，第二曲柄上有曲柄滑槽，驱动蛇身段上有驱动段带槽接板；第二销钉穿过短连杆中部滑槽、曲柄滑槽和驱动段带槽接板；两个短连杆上有短连杆端部滑槽，第二销钉穿过短连杆端部滑槽并与长连杆上第七孔连接；第二左边蛇身段、第二右边蛇身段中部有第二带槽接板；第二销钉通过两根长连杆中部的第二长杆滑槽和第二左边蛇身段、第二右边蛇身段中部的第二带槽接板连接；驱动蛇身段与第二左边蛇身段、第二右边蛇身段通过第四蛇身连接孔与第二蛇身连接槽相连；第一左被动蛇身段、第一右被动蛇身段与第二左边蛇身段、第二右边蛇身段通过第三蛇身连接孔与第二蛇身连接槽相连，依次串联组成模块化蛇身单元；所述第二驱动器安装在驱动蛇身段上，所述第二曲柄与第二驱动器连接。

第三种优选方式为：所述模块化蛇身单元包括中驱动蛇身段，第三左边蛇身段、第三右边蛇身段；所述连杆机构为五槽连杆，所述驱动机构为第三曲柄；所述五槽连杆上设有一个中部滑槽、两个方形滑槽和两个端部滑槽，方形滑槽与端部滑槽相对于五槽连杆中心轴对称布置；第三销钉固定于第三曲柄上，第三销钉穿过中部滑槽将第三曲柄与五槽连杆连接；中驱动蛇身段上的矩形连接柱通过五槽连杆上的方形滑槽；第三左边蛇身段、第三右边蛇身段上的圆形连接柱通过五槽连杆上的端部滑槽；中驱动蛇身段与第三左边蛇身段、第三右边蛇身段通过第五蛇身连接孔与第六蛇身连接孔相连，依次串联组成模块化蛇身单元；所述第三驱动器安装在中驱动蛇身段，所述第三曲柄与第三驱动器连接。

与现有技术相比，本发明具有如下突出的实质性特点和显著的优点：

本发明显著缩小蛇形机器人的体积，增加蛇形机器人内可利用空间，降低蛇形机器人的整体质量，简化蛇形机器人的控制系统，从而使蛇形机器人具有成本低，质量轻，运动灵活，动作可靠，可实现功能多样化的优点。

附图说明

图1是一种蛇形机器人的整体结构图。

图2是实施例1的模块化蛇身单元结构示意图。

图3是实施例1的连杆机构结构示意图。

图4是实施例1的连杆示意图。

图5是实施例1的模块化蛇身段结构示意图。

图6是实施例2的模块化蛇身单元结构示意图。

图7是实施例2的连杆机构结构示意图。

图8是实施例2的连杆机构结构示意图。

图9是实施例2的模块化蛇身段结构示意图。

图10是实施例3的模块化蛇身单元结构示意图。

图11是实施例3的连杆机构结构示意图。

图12是实施例3的模块化蛇身段结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施例进一步阐述。

如图1所示，一种蛇形机器人，其特征在于，由若干段模块化蛇身单元首尾相接串联组成，每个模块化蛇身单元包括若干模块化蛇身段，连杆机构，驱动机构和驱动器；所述连杆机构穿插安装于模块化蛇身单元之间，所述驱动器安装于某段模块化蛇身段内部，所述连杆机构通过驱动机构与驱动器连接。

实施列1：

如图2至图5所示，所述模块化蛇身单元包括第一左驱动蛇身段10、第一右驱动蛇身段14，第一左边蛇身段11、第一右边蛇身段13和中蛇身段12；所述连杆机构包括第一长连杆1、第二长连杆2、第三长连杆5、第四长连杆6、第一短连杆3、第二短连杆4，所述第一长连杆1、第二长连杆2、第三长连杆5、第四长连杆6的结构尺寸相同，所述第一短连杆3、第二短连杆4的结构尺寸相同；所述驱动机构包括曲柄接杆7和第一曲柄8；所述第一长连杆1和第二长连杆2分别通过第一孔19与第一左驱动蛇身段10上的两个孔铰接，通过第四孔23与中蛇身段12上的两个孔铰接；所述第三长连杆5和第四长连杆6分别通过第一孔19与第一右驱动蛇身段14上的两个孔铰接，通过第四孔23与中蛇身段12上的两个孔铰接；所述第一长连杆1与第三长连杆5通过第三孔22与第二短连杆4铰接；所述第二长连杆2与第四长连杆6通过第三孔22与第一短连杆3铰接；所述曲柄接杆7中的第五孔24与第一曲柄8上的孔铰接，曲柄接杆7的左接杆滑槽25与第三长连杆5上的第二孔20铰接，右接杆滑槽26与第四长连杆6上的第二孔20铰接；所述第一左边蛇身段11、第一右边蛇身段13的中部有第一带槽接板30，第一销钉9通过两根长连杆中部的第一长杆滑槽21和第一左边蛇身段11、第一右边蛇身段13中部的第一带槽接板30连接；所述第一左驱动蛇身段10通过第一蛇身连接孔27和第一蛇身连接槽28与第一左边蛇身段11连接，所述第一左边蛇身段11通过第一蛇身连接槽28和第二蛇身连接孔29与中蛇身段12相连；所述中蛇身段12通过第二蛇身连接孔29和第一蛇身连接槽28与第一右边蛇身段13连接，所述右边蛇身段13通过第一蛇身连接槽28和第一蛇身连接孔27与第一右驱动蛇身段14连接，依次串联组成模块化蛇身单元；所述第一驱动器15安装在第一右驱动蛇身段14上，所述第一曲柄8与第一驱动器15连接。

实施列2：

如图6至图9所示，所述模块化蛇身单元包括驱动蛇身段33，第二左边蛇身段32、第二右边蛇身段34，第一左被动蛇身段31，第一右被动蛇身段35；所述连杆机构包括第五长连杆36、第六长连杆37、第七长连杆40、第八长连杆41、第三短连杆38、第四短连杆39，所述第五长连杆36、第六长连杆37、第七长连杆40、第八长连杆41的结构尺寸相同，所述第三短连杆38、第四短连杆39的结构尺寸相同；所述驱动机构包括第二曲柄48；第五长连杆36、第六长连杆37通过第六孔45与驱动蛇身段33上的两个孔铰接，通过第九孔50与第一左被动蛇身段31上的两个孔铰接；第七长连杆40、第八长连杆41通过第六孔45与驱动蛇身段33上的两个孔铰接，通过第九孔50与第一右被动蛇身段35上的两个孔铰接；第五长连杆36与第七长连杆40通过第七孔46与第四短连杆39连接；第六长连杆37与第八长连杆41通过第七孔46与第三短连杆38连接；两个短连杆上有短连杆中部滑槽42，第二曲柄48上有曲柄滑槽，驱动蛇身段33上有驱动段带槽接板55；第二销钉44穿过短连杆中部滑槽42、曲柄滑槽和驱动段带槽接板55；两个短连杆上有短连杆端部滑槽43，第二销钉44穿过短连杆端部滑槽43并与长连杆上第七孔46连接；第二左边蛇身段32、第二右边蛇身段34中部有第二带槽接板54；第二销钉44通过两根长连杆中部的第二长杆滑槽47和第二左边蛇身段32、第二右边蛇身段34中部的第二带槽接板54连接；驱动蛇身段33与第二左边蛇身段32、第二右边蛇身段34通过第四蛇身连接孔53与第二蛇身连接槽52相连；第一左被动蛇身段31、第一右被动蛇身段35与第二左边蛇身段32、第二右边蛇身段34通过第三蛇身连接孔51与第二蛇身连接槽52相连，依次串联组成模块化蛇身单元；所述第二驱动器56安装在驱动蛇身段33上，所述第二曲柄48与第二驱动器56连接。

实施列3：

如图10至图12所示，所述模块化蛇身单元包括中驱动蛇身段57，第三左边蛇身段58、第三右边蛇身段59；所述连杆机构为五槽连杆62，所述驱动机构为第三曲柄61；所述五槽连杆62上设有一个中部滑槽63、两个方形滑槽64和两个端部滑槽65，方形滑槽64与端部滑槽65相对于五槽连杆62中心轴对称布置；第三销钉66固定于第三曲柄61上，第三销钉66穿过中部滑槽63将第三曲柄61与五槽连杆62连接；中驱动蛇身段57上的矩形连接柱70通过五槽连杆62上的方形滑槽64；第三左边蛇身段58、第三右边蛇身段59上的圆形连接柱68通过五槽连杆62上的端部滑槽65；中驱动蛇身段57与第三左边蛇身段58、第三右边蛇身段59通过第五蛇身连接孔67与第六蛇身连接孔69相连，依次串联组成模块化蛇身单元；所述第三驱动器60安装在中驱动蛇身段57，所述第三曲柄62与第三驱动器60连接。

Claims

1.一种蛇形机器人，由若干段模块化蛇身单元首尾相接串联组成，每个模块化蛇身单元包括若干模块化蛇身段，连杆机构，驱动机构和驱动器；所述连杆机构穿插安装于模块化蛇身单元之间，所述驱动器安装于某段模块化蛇身段内部，所述连杆机构通过驱动机构与驱动器连接；其特征在于，所述模块化蛇身单元包括第一左驱动蛇身段（10）、第一右驱动蛇身段（14），第一左边蛇身段（11）、第一右边蛇身段（13）和中蛇身段（12）；所述连杆机构包括第一长连杆（1）、第二长连杆（2）、第三长连杆（5）、第四长连杆（6）、第一短连杆（3）、第二短连杆（4）；所述第一长连杆（1）、第二长连杆（2）、第三长连杆（5）、第四长连杆（6）的结构尺寸相同，所述第一短连杆（3）、第二短连杆（4）的结构尺寸相同；所述驱动机构包括曲柄接杆（7）和第一曲柄（8）；所述第一长连杆（1）和第二长连杆（2）分别通过第一孔（19）与第一左驱动蛇身段（10）上的两个孔铰接，通过第四孔（23）与中蛇身段（12）上的两个孔铰接；所述第三长连杆（5）和第四长连杆（6）分别通过第一孔（19）与第一右驱动蛇身段（14）上的两个孔铰接，通过第四孔（23）与中蛇身段（12）上的两个孔铰接；所述第一长连杆（1）与第三长连杆（5）通过第三孔（22）与第二短连杆（4）铰接；所述第二长连杆（2）与第四长连杆（6）通过第三孔（22）与第一短连杆（3）铰接；所述曲柄接杆（7）中的第五孔（24）与第一曲柄（8）上的孔铰接，曲柄接杆（7）的左接杆滑槽（25）与第三长连杆（5）上的第二孔（20）铰接，右接杆滑槽（26）与第四长连杆（6）上的第二孔（20）铰接；所述第一左边蛇身段（11）、第一右边蛇身段（13）的中部有第一带槽接板（30），第一销钉（9）通过两根长连杆中部的第一长杆滑槽（21）和第一左边蛇身段（11）、第一右边蛇身段（13）中部的第一带槽接板（30）连接；所述第一左驱动蛇身段（10）通过第一蛇身连接孔（27）和第一蛇身连接槽（28）与第一左边蛇身段（11）连接，所述第一左边蛇身段（11）通过第一蛇身连接槽（28）和第二蛇身连接孔（29）与中蛇身段（12）相连；所述中蛇身段（12）通过第二蛇身连接孔（29）和第一蛇身连接槽（28）与第一右边蛇身段（13）连接，所述第一右边蛇身段（13）通过第一蛇身连接槽（28）和第一蛇身连接孔（27）与第一右驱动蛇身段（14）连接，依次串联组成模块化蛇身单元；第一驱动器（15）安装在第一右驱动蛇身段（14）上，第一曲柄（8）与第一驱动器（15）连接。

2.一种蛇形机器人，由若干段模块化蛇身单元首尾相接串联组成，每个模块化蛇身单元包括若干模块化蛇身段，连杆机构，驱动机构和驱动器；所述连杆机构穿插安装于模块化蛇身单元之间，所述驱动器安装于某段模块化蛇身段内部，所述连杆机构通过驱动机构与驱动器连接；其特征在于，所述模块化蛇身单元包括驱动蛇身段（33），第二左边蛇身段（32）、第二右边蛇身段（34），第一左被动蛇身段（31），第一右被动蛇身段（35）；所述连杆机构包括第五长连杆（36）、第六长连杆（37）、第七长连杆（40）、第八长连杆（41）、第三短连杆（38）、第四短连杆（39），所述第五长连杆（36）、第六长连杆（37）、第七长连杆（40）、第八长连杆（41）的结构尺寸相同，所述第三短连杆（38）、第四短连杆（39）的结构尺寸相同；所述驱动机构包括第二曲柄（48）；第五长连杆（36）、第六长连杆（37）通过第六孔（45）与驱动蛇身段（33）上的两个孔铰接，通过第九孔（50）与第一左被动蛇身段（31）上的两个孔铰接；第七长连杆（40）、第八长连杆（41）通过第六孔（45）与驱动蛇身段（33）上的两个孔铰接，通过第九孔（50）与第一右被动蛇身段（35）上的两个孔铰接；第五长连杆（36）与第七长连杆（40）通过第七孔（46）与第四短连杆（39）连接；第六长连杆（37）与第八长连杆（41）通过第七孔（46）与第三短连杆（38）连接；两个短连杆上有短连杆中部滑槽（42），第二曲柄（48）上有曲柄滑槽，驱动蛇身段（33）上有驱动段带槽接板（55）；第二销钉（44）穿过短连杆中部滑槽（42）、曲柄滑槽和驱动段带槽接板（55）；两个短连杆上有短连杆端部滑槽（43），第二销钉（44）穿过短连杆端部滑槽（43）并与长连杆上第七孔（46）连接；第二左边蛇身段（32）、第二右边蛇身段（34）中部有第二带槽接板（54）；第二销钉（44）通过两根长连杆中部的第二长杆滑槽（47）和第二左边蛇身段（32）、第二右边蛇身段（34）中部的第二带槽接板（54）连接；驱动蛇身段（33）与第二左边蛇身段（32）、第二右边蛇身段（34）通过第四蛇身连接孔（53）与第二蛇身连接槽（52）相连；第一左被动蛇身段（31）、第一右被动蛇身段（35）与第二左边蛇身段（32）、第二右边蛇身段（34）通过第三蛇身连接孔（51）与第二蛇身连接槽（52）相连，依次串联组成模块化蛇身单元；第二驱动器（56）安装在驱动蛇身段（33）上，第二曲柄（48）与第二驱动器（56）连接。

3.一种蛇形机器人，由若干段模块化蛇身单元首尾相接串联组成，每个模块化蛇身单元包括若干模块化蛇身段，连杆机构，驱动机构和驱动器；所述连杆机构穿插安装于模块化蛇身单元之间，所述驱动器安装于某段模块化蛇身段内部，所述连杆机构通过驱动机构与驱动器连接；其特征在于，所述模块化蛇身单元包括中驱动蛇身段（57），第三左边蛇身段（58）、第三右边蛇身段（59）；所述连杆机构为五槽连杆（62），所述驱动机构为第三曲柄（61）；所述五槽连杆（62）上设有一个中部滑槽（63）、两个方形滑槽（64）和两个端部滑槽（65），方形滑槽（64）与端部滑槽（65）相对于五槽连杆（62）中心轴对称布置；第三销钉（66）固定于第三曲柄（61）上，第三销钉（66）穿过中部滑槽（63）将第三曲柄（61）与五槽连杆（62）连接；中驱动蛇身段（57）上的矩形连接柱（70）通过五槽连杆（62）上的方形滑槽（64）；第三左边蛇身段（58）、第三右边蛇身段（59）上的圆形连接柱（68）通过五槽连杆（62）上的端部滑槽（65）；中驱动蛇身段（57）与第三左边蛇身段（58）、第三右边蛇身段（59）通过第五蛇身连接孔（67）与第六蛇身连接孔（69）相连，依次串联组成模块化蛇身单元；第三驱动器（60）安装在中驱动蛇身段（57），第三曲柄（61）与第三驱动器（60）连接。