CN108177140B - 一种多用途蛇形机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多用途蛇形机器人，包括蛇头、蛇身、液压杆和十字万向节，所述蛇头包括蛇头架、动力转向轮、蛇头控制器，所述蛇身包括蛇身架、随动轮、蛇身控制器；相邻的蛇头与蛇身之间、两节蛇身之间通过设置在两侧的扭动装置连接，左右各一套可以独立控制伸缩，扭动装置由液压杆与十字万向节组成。动力转向轮为液压结构，由液压缸和多个同步液压杆组成，其顶部为扇形结构、外表面带有橡胶材质的防滑凹槽。动力转向轮设有左右两个，分别与蛇头控制器电连接，可由蛇头控制器分别控制伸缩，改变其直径大小，实现主动转向。本发明采用模块化设计、易于连接，可灵活设计其节数；控制灵活、机动性强；可夹持多种工具设备，实现多种特殊用途。
Description
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，更具体地涉及一种多用途蛇形机器人。
背景技术
蛇形机器人是一种新型的仿生物机器人，它实现了像蛇一样的“无肢运动”，是机器人运动方式的一个重大突破，被国际机器人业界称为“最富于现实感的机器人”。蛇形机器人在许多领域有着广泛的应用前景，如在有辐射、有剧毒、地震、狭小管道等不适宜人工作的场合，这些优势已经在部分生产应用中得到了证实。目前，蛇形机器人的驱动采用复杂结构的动力元件，因蛇形机器人适于在狭小空间和狭长管道内运动，在某些特殊应用场合，空间内不允许引入动力元件。因而现有蛇形机器人的驱动方式限制了蛇形机器人的应用。
卡耐基梅隆大学的一个团队发明了用于搜索和救援的遥控蛇形机器人Murphy，配有照明灯、摄像机和通话器，不仅能够使操控者看到被困在碎石中的人而且也能够与之进行交流。英国OC机器人公司的研究人员开发出了激光蛇，这种2.1米长、10厘米宽的机器人能够发射出切割金属的激光束。机器人Heartlander能够像毛毛虫一样移动，1.2厘米宽，能够通过胸骨下的一个小切口进入胸腔。中国台湾和春技术学院的一个团队研制出了BioCleaner2号机器人，能够在水中游动并且使用西瓦氏菌能够分解毒素，而且吸收金属的化学过程能够为机器人提供电能。挪威科技工业研究院打造了一种名为AnnaKonda的蛇形机器人，配备的液压泵和喷嘴使它能够从前端喷出水，用于狭小空间中救火。麻省理工学院机器人实验室的一位教授，打造了一种能像蚯蚓一样爬行的机器人，它的“肌肉”是由形状记忆合金制成的，这种合金受热就会从弯曲恢复原状。伍斯特理工学院的一位教授，设计出一种软机器人，它能够像蛇一样借助波浪运动向前移动，这种运动使它能够进入传统机器人无法到达的狭窄空间。
发明内容
本发明的目的。
克服现有技术的不足，提供一种多用途蛇形机器人，且该蛇形机器人采用模块化设计、易于连接，可灵活设计其节数；控制灵活、机动性强。
本发明所采用的技术方案。
一种多用途蛇形机器人，包括蛇头、蛇身、液压杆和十字万向节，所述蛇头包括蛇头架、动力转向轮、蛇头控制器，所述蛇身包括蛇身架、随动轮、蛇身控制器；相邻的蛇头与蛇身之间、两节蛇身之间通过设置在两侧的扭动装置连接，扭动装置由液压杆与十字万向节组成，左右各一套，可以独立控制，当左侧一套伸出时，右侧一套缩进，反之亦然，实现蛇身扭动。
更进一步，所述动力转向轮为液压结构，由液压缸和多个同步液压杆组成，所述同步液压杆顶部为扇形结构，其外表面带有防滑凹槽，材质为金属或橡胶。
更进一步，所述动力转向轮有两个，分别位于蛇头架的左右两侧，分别与蛇头控制器电连接，可由蛇头控制器分别控制伸缩，改变左右轮直径大小，实现左右转向。
更进一步，所述蛇身设置有一个或多个，每个蛇身包含有多个随动轮，且对称地设置在蛇身架左右两侧，其外表面带有防滑凹槽，材质为金属或橡胶。
更进一步，所述蛇头控制器和蛇身控制器均采用数字信号处理器TMS320F28，蛇头控制器与每个蛇身控制器通过Zigbee模块实现无线通信连接，蛇头控制器发送指令信号，接收蛇身状态信号。
更进一步，所述蛇头架为中空结构，内置蓄电池、伺服电机，分别与蛇头控制器电连接，蓄电池为伺服电机和蛇头控制器提供电能，伺服电机驱动动力转向轮转动。
更进一步，所述蛇头架上设置前照灯、摄像头、探测器，分别与蛇头控制器电连接，蛇头控制器给前照灯发出控制信号，接收摄像头、探测器的检测信号，前照灯为LED灯，摄像头为CCD摄像头，探测器类型为地形扫描声呐探测器。
更进一步，所述蛇头架上设置有一个或多个机械手，夹持各种特殊用途的工具设备，工具设备可以与蛇头控制器电连接。
更进一步，所述液压杆包括伸缩杆、油腔、第一密封环、第二密封环；所述伸缩杆与油腔前端滑动匹配，伸缩杆随着油腔内部油压的变化而伸缩；所述油腔后端固定在蛇身架上的凹形开口处，油腔后端设有油路开口。
更进一步，所述蛇身架为中空结构，内置蓄电池、油泵和储油罐，分别安装于蛇身内部底面或侧壁，油泵包含电机、出油管和进油管，油泵进油管与储油罐连接，油泵出油管穿过蛇身架上的凹形开口与液压杆的油腔开口连接，每个蛇身架内部设置左右两个油泵，分别与蛇身控制器电连接，接收蛇身控制器的指令信号，当左侧一套进油时，带动左侧伸缩杆伸出，右侧一套出油，带动右侧伸缩杆缩进，反之亦然。
本发明所产生的技术效果。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：采用模块化设计，易于连接，可灵活设计其节数；空心结构、隐藏式设计；蛇头和蛇身均可独立灵活控制、机动性强；多个机械手可夹持多种工具设备，实现多种特殊用途。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为本发明扭动装置连接示意图。
图3为本发明蛇身剖视图。
图4为本发明蛇头示意图。
蛇头架1、动力转向轮2、小机械手3、大机械手4、摄像头5、前照灯6、蛇头控制器7、探测器8、液压杆9、蛇身架10、十字万向节11、随动轮12、蛇身控制器13、油泵出油管14、油泵15、油泵进油管16、储油罐17、伸缩杆18、油腔19、第一密封环20、第二密封环21。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
实施例1
本发明提出的一种多用途蛇形机器人，如图1所示，包括蛇头、蛇身、液压杆9和十字万向节11，蛇头包括蛇头架1、动力转向轮2、蛇头控制器7，蛇身包括蛇身架10、随动轮12、蛇身控制器13；相邻的蛇头与蛇身之间、两节蛇身之间通过设置在两侧的扭动装置连接，扭动装置由液压杆与十字万向节组成，左右各一套，可以独立控制，当左侧一套伸出时，右侧一套缩进，反之亦然，实现蛇身扭动。
动力转向轮为液压结构，由液压缸和4个同步液压杆组成，同步液压杆顶部为扇形结构，其外表面带有橡胶材质的防滑凹槽。动力转向轮有两个，分别位于蛇头架的左右两侧，分别与蛇头控制器电连接，可由蛇头控制器分别控制伸缩，改变左右轮直径大小，调节左右轮差速，实现左右转向。
实施例2
本发明提出的一种多用途蛇形机器人，如图1所示，包括蛇头、蛇身、液压杆9和十字万向节11，蛇头包括蛇头架1、动力转向轮2、蛇头控制器7，蛇身包括蛇身架10、随动轮12、蛇身控制器13；相邻的蛇头与蛇身之间、两节蛇身之间通过设置在两侧的扭动装置连接，扭动装置由液压杆与十字万向节组成，左右各一套，可以独立控制，当左侧一套伸出时，右侧一套缩进，反之亦然，实现蛇身扭动。
蛇身设置有3个，每个蛇身包含有4个随动轮，且对称地设置在蛇身架左右两侧，其外表面带有金属材质的防滑凹槽。
蛇头控制器和蛇身控制器均采用数字信号处理器TMS320F28，蛇头控制器与3个蛇身控制器通过Zigbee模块实现无线通信连接，蛇头控制器发送指令信号，接收蛇身状态信号。
实施例3
本发明提出的一种多用途蛇形机器人，如图1所示，包括蛇头、蛇身、液压杆9和十字万向节11，蛇头包括蛇头架1、动力转向轮2、蛇头控制器7，蛇身包括蛇身架10、随动轮12、蛇身控制器13；相邻的蛇头与蛇身之间、两节蛇身之间通过设置在两侧的扭动装置连接，扭动装置由液压杆与十字万向节组成，左右各一套，可以独立控制，当左侧一套伸出时，右侧一套缩进，反之亦然，实现蛇身扭动。
如图2所示，液压杆包括伸缩杆18、油腔19、第一密封环20、第二密封环21，伸缩杆与油腔前端滑动匹配，伸缩杆随着油腔内部油压的变化而伸缩；所述油腔后端固定在蛇身架上的凹形开口处，油腔后端设有油路开口。
如图3所示，蛇身架为中空结构，内置蓄电池、油泵15和储油罐17，分别安装于蛇身内部底面或侧壁，油泵包含电机、出油管和进油管，油泵进油管16与储油罐连接，油泵出油管穿过蛇身架上的凹形开口与液压杆的油腔开口连接，每个蛇身架内部设置左右两个油泵，分别与蛇身控制器电连接，接收蛇身控制器的指令信号，当左侧一套进油时，带动左侧伸缩杆伸出，右侧一套出油，带动右侧伸缩杆缩进，反之亦然。
实施例4
本发明提出的一种多用途蛇形机器人，如图1所示，包括蛇头、蛇身、液压杆9和十字万向节11，蛇头包括蛇头架1、动力转向轮2、蛇头控制器7，蛇身包括蛇身架10、随动轮12、蛇身控制器13；相邻的蛇头与蛇身之间、两节蛇身之间通过设置在两侧的扭动装置连接，扭动装置由液压杆与十字万向节组成，左右各一套，可以独立控制，当左侧一套伸出时，右侧一套缩进，反之亦然，实现蛇身扭动。
蛇头架为中空结构，内置蓄电池、伺服电机，分别与蛇头控制器电连接，蓄电池为伺服电机和蛇头控制器提供电能，伺服电机驱动动力转向轮转动。
如图4所示，蛇头架上设置前照灯6、摄像头5、探测器8，分别与蛇头控制器7电连接，蛇头控制器给前照灯发出控制信号，接收摄像头、探测器的检测信号，前照灯为LED灯，摄像头为CCD摄像头，探测器类型为地形扫描声呐探测器。
蛇头架上设置有小机械手3、大机械手4，夹持各种特殊用途的工具设备，工具设备可以与蛇头控制器电连接。
实际工作时，摄像头5或地形扫描声呐8实时扫描路况，并将路况信息传输给蛇头控制器7，蛇头控制器7控制蛇头两侧动力转向轮2，令其中一个伸张，使其直径变大，另一个收缩，使其直径变小，车轮角速度相同，车轮直径不同，从而实现蛇头机动转向，同时蛇头控制器7根据路况信息，通过Zigbee模块实现无线通信连接，将指令发送给蛇身控制器13，蛇身控制器根据指令分别控制两个液压杆其中一个伸张，而另一个收缩，相邻蛇身之间、蛇身与蛇头之间会快速产生角度差，达到模仿蛇身弯曲的效果。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (8)
1.一种多用途蛇形机器人，其特征在于：包括蛇头、蛇身、液压杆和十字万向节，所述蛇头包括蛇头架、动力转向轮、蛇头控制器，所述蛇身包括蛇身架、随动轮、蛇身控制器；相邻的蛇头与蛇身之间、两节蛇身之间通过设置在两侧的扭动装置连接，扭动装置由液压杆与十字万向节组成，左右各一套且独立控制，当左侧一套伸出时，右侧一套缩进，实现蛇身扭动；
所述动力转向轮有两个，分别位于蛇头架的左右两侧，分别与蛇头控制器电连接，由蛇头控制器分别控制伸缩，改变左右轮直径大小，实现左右转向；
所述蛇身设置有一个或多个，每个蛇身包含有多个随动轮，且对称地设置在蛇身架左右两侧，其外表面带有防滑凹槽，材质为金属或橡胶；
所述动力转向轮为液压结构，由液压缸和多个同步液压杆组成，所述同步液压杆顶部为扇形结构。
2.根据权利要求1所述的多用途蛇形机器人，其特征在于：同步液压杆外表面带有防滑凹槽，材质为金属或橡胶。
3.根据权利要求1所述的多用途蛇形机器人，其特征在于：所述蛇头控制器和蛇身控制器均采用数字信号处理器TMS320F28，蛇头控制器与每个蛇身控制器通过Zigbee模块实现无线通信连接，蛇头控制器发送指令信号，接收蛇身状态信号。
4.根据权利要求1所述的多用途蛇形机器人，其特征在于：所述蛇头架为中空结构，内置蓄电池、伺服电机，分别与蛇头控制器电连接，蓄电池为伺服电机和蛇头控制器提供电能，伺服电机驱动动力转向轮转动。
5.根据权利要求1所述的多用途蛇形机器人，其特征在于：所述蛇头架上设置前照灯、摄像头、探测器，分别与蛇头控制器电连接，蛇头控制器给前照灯发出控制信号，接收摄像头、探测器的检测信号，前照灯为LED灯，摄像头为CCD摄像头，探测器类型为地形扫描声呐探测器。
6.根据权利要求1所述的多用途蛇形机器人，其特征在于：所述蛇头架上设置有一个或多个机械手，夹持工具设备，工具设备与蛇头控制器电连接。
7.根据权利要求1所述的多用途蛇形机器人，其特征在于：所述液压杆包括伸缩杆、油腔、第一密封环、第二密封环；所述伸缩杆与油腔前端滑动匹配，伸缩杆随着油腔内部油压的变化而伸缩；所述油腔后端固定在蛇身架上的凹形开口处，油腔后端设有油路开口。
8.根据权利要求1或7所述的多用途蛇形机器人，其特征在于：所述蛇身架为中空结构，内置蓄电池、油泵和储油罐，分别安装于蛇身内部底面或侧壁，油泵包含电机、出油管和进油管，油泵进油管与储油罐连接，油泵出油管穿过蛇身架上的凹形开口与液压杆的油腔开口连接，每个蛇身架内部设置左右两个油泵，分别与蛇身控制器电连接，接收蛇身控制器的指令信号，当左侧一套进油时，带动左侧伸缩杆伸出，右侧一套出油，带动右侧伸缩杆缩进。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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