CN107813305A - 一种基于柔性伸缩关节的蛇形仿生机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于柔性伸缩关节的蛇形仿生机器人，属于仿生机器人领域。它包括机器蛇头、第一蛇身、第二蛇身和机器蛇尾；机器蛇头采用蛇头关节与第一蛇身相连，第一蛇身采用蛇身关节与第二蛇身相连，第二蛇身采用蛇尾关节与机器蛇尾相连；第一蛇身的前端装设有第一电机，第二蛇身的前端装设有第二电机；第一电机或第二电机可选为舵机或步进电机，第一电机和第二电机同步反向转动。本发明的机器人关节柔性更好，运动姿态更接近于蛇的运动姿态，且耗能低。

Description

一种基于柔性伸缩关节的蛇形仿生机器人
技术领域
本发明主要涉及仿生机器人领域，特指一种基于柔性伸缩关节的蛇形仿生机器人。
背景技术
特殊机器人，尤其是“无足”机器人，能够在辐射、剧毒、黑暗或狭小管道等不适宜人类工作的场合，具有广泛的应用前景。现有的仿生机器人均具有刚性关节，即关节无法伸缩，这样的机器人难以模拟生物蛇的运动姿态，在非定点工程中能难以帮助人类完成需要完成的工作。因此，设计一种具有蛇姿态运动的仿生机器人具有一定的意义。
发明内容
本发明需解决的技术问题是：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种高度弯曲前进、具有柔性伸缩关节的蛇形仿生机器人。
为了解决上述问题，本发明提出的解决方案为：一种基于柔性伸缩关节的蛇形仿生机器人，包括机器蛇头、第一蛇身、第二蛇身和机器蛇尾，所述机器蛇头采用蛇头关节与所述第一蛇身相连，所述第一蛇身采用蛇身关节与所述第二蛇身相连，所述第二蛇身采用蛇尾关节与所述机器蛇尾相连。
所述蛇头关节包括蛇头关节弹簧A和蛇头关节弹簧B，所述蛇头关节弹簧A和所述蛇头关节弹簧B为两种类型不同的弹簧，一种为螺旋压缩弹簧，另一种为扭转弹簧。
所述蛇身关节包括蛇身关节弹簧A和蛇身关节弹簧B，所述蛇身关节弹簧A和所述蛇身关节弹簧B为两种类型不同的弹簧，一种为螺旋压缩弹簧，另一种为扭转弹簧。
所述蛇头关节包括蛇尾关节弹簧A和蛇尾关节弹簧B，所述蛇尾关节弹簧A和所述蛇尾关节弹簧B为两种类型不同的弹簧，一种为螺旋压缩弹簧，另一种为扭转弹簧。
所述蛇头关节、蛇身关节、蛇尾关节中的所述螺旋压缩弹簧与所述扭转弹簧交叉布置。
所述第一蛇身的前端装设有第一电机，所述第二蛇身的前端装设有第二电机；所述第一电机或所述第二电机可选为舵机或步进电机；所述第一电机和所述第二电机同步反向转动。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
(1)本发明的一种基于柔性伸缩关节的蛇形仿生机器人，具有四部分与三个柔性关节，从而使得其运动曲线更加任意，更加接近于蛇的运动姿态。
(2)本发明的一种基于柔性伸缩关节的蛇形仿生机器人，采用螺旋压缩弹簧与扭转弹簧并联的方式组成运动关节，且两种类型的弹簧交叉安装，从而使得两个电机驱动蛇身在水平面内更加容易转向，弹簧变形储存势能，并通过反向转动带动整个机器人前进。由此可知，本发明的机器人关节柔性更好，运动姿态更接近于蛇的运动姿态，且耗能低。
附图说明
图1是本发明的一种基于柔性伸缩关节的蛇形仿生机器人的结构示意图。
图中，1—机器蛇头；2—第一蛇身；3—第二蛇身；4—机器蛇尾；51—蛇头关节弹簧A；52—蛇头关节弹簧B；61—蛇身关节弹簧A；62—蛇身关节弹簧B；71—蛇尾关节弹簧A；72—蛇尾关节弹簧B；8—第一电机；9—第二电机。
具体实施方式
以下将结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
参见图1所示，本发明的一种基于柔性伸缩关节的蛇形仿生机器人，包括机器蛇头1、第一蛇身2、第二蛇身3和机器蛇尾4，机器蛇头1采用蛇头关节与第一蛇身2相连，第一蛇身2采用蛇身关节与第二蛇身3相连，第二蛇身3采用蛇尾关节与机器蛇尾4相连。
参见图1所示，蛇头关节包括蛇头关节弹簧A51和蛇头关节弹簧B52，蛇头关节弹簧A51和蛇头关节弹簧B52为两种类型不同的弹簧，一种为螺旋压缩弹簧，另一种为扭转弹簧。
参见图1所示，蛇身关节包括蛇身关节弹簧A61和蛇身关节弹簧B62，蛇身关节弹簧A61和蛇身关节弹簧B62为两种类型不同的弹簧，一种为螺旋压缩弹簧，另一种为扭转弹簧。
参见图1所示，蛇头关节包括蛇尾关节弹簧A71和蛇尾关节弹簧B72，蛇尾关节弹簧A71和蛇尾关节弹簧B72为两种类型不同的弹簧，一种为螺旋压缩弹簧，另一种为扭转弹簧。
参见图1所示，蛇头关节、蛇身关节、蛇尾关节中的螺旋压缩弹簧与扭转弹簧交叉布置。
参见图1所示，蛇身2的前端装设有第一电机8，第二蛇身3的前端装设有第二电机9；第一电机8或第二电机9可选为舵机或步进电机。
参见图1所示，第一电机8和第二电机9同步反向转动。
柔性关节的实施事例1：连接机器蛇头1与第一蛇身2的蛇头关节弹簧A51选用螺旋压缩弹簧，蛇头关节弹簧B52选用扭转弹簧；连接第一蛇身2与第二蛇身3的蛇身关节弹簧A61选用扭转弹簧，蛇身关节弹簧B62选用螺旋压缩弹簧；连接第二蛇身3与机器蛇尾4的蛇尾关节弹簧A71选用螺旋压缩弹簧，蛇尾关节弹簧B72选用扭转弹簧。
柔性关节的实施事例2：连接机器蛇头1与第一蛇身2的蛇头关节弹簧A51选用扭转弹簧，蛇头关节弹簧B52选用螺旋压缩弹簧；连接第一蛇身2与第二蛇身3的蛇身关节弹簧A61选用螺旋压缩弹簧，蛇身关节弹簧B62选用扭转弹簧；连接第二蛇身3与机器蛇尾4的蛇尾关节弹簧A71选用扭转弹簧，蛇尾关节弹簧B72选用螺旋压缩弹簧。
工作原理：第一电机8转动，带动第一蛇身2相对于机器蛇头1转动，从而使得蛇头关节弹簧A51、蛇头关节弹簧B52发生扭转变形，储存弹性势能；与此同时，第二电机9反向同步转动，带动第二蛇身3相对于机器蛇尾4转动，从而使得蛇尾关节A71、蛇尾关节弹簧B72发生扭转变形，储存弹性势能；第一蛇身2与第二蛇身3的反向相对转动，使得蛇身关节弹簧A61和蛇身关节弹簧B62发生变形，储存势能；第一电机8和第二电机9停止后，上述关节弹簧将所储存的弹性势能释放出来，转变为机器蛇头1、第一蛇身2、第二蛇身3和机器蛇尾4的转动动能，从而在地面侧向摩擦力的作用下使得整体向前运动。

Claims (1)

1.一种基于柔性伸缩关节的蛇形仿生机器人，包括机器蛇头(1)、第一蛇身(2)、第二蛇身(3)和机器蛇尾(4)，所述机器蛇头(1)采用蛇头关节与所述第一蛇身(2)相连，所述第一蛇身(2)采用蛇身关节与所述第二蛇身(3)相连，所述第二蛇身(3)采用蛇尾关节与所述机器蛇尾(4)相连，其特征在于：
所述蛇头关节包括蛇头关节弹簧A(51)和蛇头关节弹簧B(52)，所述蛇头关节弹簧A(51)和所述蛇头关节弹簧B(52)为两种类型不同的弹簧，一种为螺旋压缩弹簧，另一种为扭转弹簧；
所述蛇身关节包括蛇身关节弹簧A(61)和蛇身关节弹簧B(62)，所述蛇身关节弹簧A(61)和所述蛇身关节弹簧B(62)为两种类型不同的弹簧，一种为螺旋压缩弹簧，另一种为扭转弹簧；
所述蛇头关节包括蛇尾关节弹簧A(71)和蛇尾关节弹簧B(72)，所述蛇尾关节弹簧A(71)和所述蛇尾关节弹簧B(72)为两种类型不同的弹簧，一种为螺旋压缩弹簧，另一种为扭转弹簧；
所述蛇头关节、蛇身关节、蛇尾关节中的所述螺旋压缩弹簧与所述扭转弹簧交叉布置；
所述第一蛇身(2)的前端装设有第一电机(8)，所述第二蛇身(3)的前端装设有第二电机(9)；所述第一电机(8)或所述第二电机(9)可选为舵机或步进电机；
所述第一电机(8)和所述第二电机(9)同步反向转动。
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