CN110561402A - 一种被动分离式蛇形机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明的一种被动分离式蛇形机器人，包括头部，其包括头部壳体和设置于所述头部壳体的控制单元、外部环境探测单元和电池单元；体部，其包括多个依次连接形成链状结构的可分离式关节模块和设置于相邻两个所述可分离式关节模块之间的关节驱动电机；所述可分离式关节模块包括模块Ⅰ、模块Ⅱ和连接组件；当建筑物倒塌受到重力压迫时，被压迫那部分停止运动，未被压迫部分继续运动，传递动力，使得连接装置中的弹簧带动钢球与球形凹槽脱离，被压迫部分与整体分离，终止工作，未被压迫部分在蛇头的带领下继续工作，通过微型摄像头，将灾害场景传递给救援人员，提高救援工作效率。

Description

一种被动分离式蛇形机器人
技术领域
本发明涉及机器人领域，具体为一种被动分离式蛇形机器人。
背景技术
由于自然灾害(如地震)、恐怖活动等原因,在世界各地,灾难经常发生。巨大的灾害会造成大面积的建筑物坍塌和人员伤亡,灾害发生之后最紧急的事情就是救援那些困在废墟中的幸存者。但是在灾难救援中,救援人员只有非常短的时间在倒塌的楼房废墟中寻找幸存者。研究表明,如果这些幸存者在48小时之内得不到有效的救助，幸存的机会几乎为零。复杂危险的灾害现场给救援人员及幸存者带来了巨大的安全威胁,也会阻碍救援工作快速有效地进行。因此，现有技术中，出现了一些专门应对此类灾害救援工作的救援机器人，例如公开号为CN106695769B的发明专利公开了一种蛇形救援机器人，该蛇形机器人因地形适应性和运动灵活性，在灾后搜救得到了应用可在救援现场自主行进完成救援任务，然而在一次灾后往往伴随着二次灾害，机器人在二次灾害中常常因为垮塌等导致被重物压住无法动弹及工作。
为解决以上问题，本发明提供了一种被动分离式蛇形机器人，该机器人可以实现蜿蜒前进、后退等多种动作，同时，当建筑物倒塌受到重力压迫时，被压迫部分可自行与主体分离，未被压迫部分在蛇头的带领下继续工作，通过微型摄像头，将灾害场景传递给救援人员，提高救援工作效率。
发明内容
本发明的目的是提供一种被动分离式蛇形机器人，该蛇形机器人在部分节段被压迫后，其被压迫部分可自行与主体分离，使主体部分能够继续完成救援任务。
本发明的一种被动分离式蛇形机器人，包括：
头部，其包括头部壳体和设置于所述头部壳体的控制单元、外部环境探测单元和电池单元；
体部，其包括多个依次连接形成链状结构的可分离式关节模块和设置于相邻两个所述可分离式关节模块之间的关节驱动电机；
所述可分离式关节模块包括模块Ⅰ、模块Ⅱ和连接组件；所述模块Ⅰ前端设有用于固定安装所述关节驱动电机机身的电机安装座，模块Ⅰ后端设有圆形的连接凸台；所述连接凸台沿圆周方向均匀分布有多个半球形凹槽；所述模块Ⅱ前端设有可与所述连接凸台配合的凸环，模块Ⅱ后端设有与后一关节驱动电机的输出轴传动连接的安装孔；所述凸环沿圆周方向均匀分布有与所述半球形凹槽一一对应的通孔；所述连接组件包括外套于所述凸环的抱箍、位于所述通孔内的钢球和弹簧；所述弹簧一端固定连接于抱箍内壁，另一端固定连接于所述钢球并可将钢球压入所述半球凹槽内。
进一步，所述头部、体部的外表覆盖有硅胶层；所述硅胶层分布有防滑凸起；
进一步，所述电机安装座为设置于所述模块Ⅰ前端的卡槽；
进一步，所述连接凸台的外径由前端向后端逐渐增大；
进一步，所述抱箍包括两个相互铰接的半圆环结构的抱箍半体，其内壁沿圆周方向均匀分布有与弹簧一一对应的弹簧安装孔；
进一步，所述电池通过接触式线路为各个所述关节驱动电机供电。
本发明的有益效果：本蛇形机器人可以实现蜿蜒前进、后退等多种动作，蛇体的每个关节模块由连接装置连接，当建筑物倒塌受到重力压迫时，被压迫那部分停止运动，未被压迫部分继续运动，传递动力，使得连接装置中的弹簧带动钢球与球形凹槽脱离，被压迫部分与整体分离，终止工作，未被压迫部分在蛇头的带领下继续工作，通过微型摄像头，将灾害场景传递给救援人员，提高救援工作效率。
附图说明
图1为本发明的蛇形机器人的整体结构示意图；
图2a为本发明的蛇形机器人头部的俯视图；
图2b为本发明的蛇形机器人头部的主视图；
图3为本发明的可分离式关节模块的示意图；
图4为本发明的模块Ⅰ的示意图；
图5为本发明的模块Ⅱ的示意图；
图6为本发明的连接组件的剖视图；
图7为本发明的抱箍的示意图。
附图标记：蛇头1、关节驱动电机2、可分离式关节模块3、微型摄像机1-1、头部壳体1-2、控制单元1-3、电池单元1-4、模块Ⅰ3-1、连接组件3-2、模块Ⅱ3-3、半球凹槽3-1-1、连接凸台3-1-2、电机安装座3-1-3、抱箍3-2-1、弹簧3-2-2、钢球3-2-3、凸环3-3-1、通孔3-3-2、安装孔3-3-3。
具体实施方式
以下将结合实施例对本发明涉及的被动分离式蛇形机器人进一步详细说明。
如图1所示，本实施例的一种被动分离式蛇形机器人，包括：
头部，其包括头部壳体1-2和设置于所述头部壳体1-2的控制单元1-3、外部环境探测单元和电池单元1-4；如图2所示，头部壳体1-2为盖状结构，其前端面设有作为外部探测单元使用的微型摄像机1-1，可将救灾现场的图像传回监控中心，方便救援人员制定救援计划；当然探测单元不仅限于摄像头等视觉探测器，也可根据需求搭载距离、力觉、听觉等其他现有的探测设备。头部壳体1-2内安装有控制单元1-3和电池单元1-4，控制单元1-3控制整个机器人的动作，电池单元1-4为蛇形机器人运作提供必要的动力源，其机械与电路结构均采用现有技术，在此不赘述；
体部，其包括多个依次连接形成链状结构的可分离式关节模块3和设置于相邻两个所述可分离式关节模块3之间的关节驱动电机2；关节驱动电机2用于驱动相邻两个可分离式关节模块3相对转动，使整个蛇形机器人可以实现蜿蜒前进、后退等多种动作。
所述可分离式关节模块3包括模块Ⅰ3-1、模块Ⅱ3-3和连接组件3-2；如图4所述，所述模块Ⅰ3-1前端设有用于固定安装所述关节驱动电机2机身的电机安装座3-1-3，模块Ⅰ3-1后端设有圆形的连接凸台3-1-2(本文中“前端”指的是朝向头部的一端，另一端为“后端”)；所述连接凸台3-1-2沿圆周方向均匀分布有四个半球形凹槽；如图5所示，所述模块Ⅱ3-3前端设有可与所述连接凸台3-1-2配合的凸环3-3-1(即该凸环3-3-1的内径大于凸台3-1-2的外径)，模块Ⅱ3-3后端设有与后一关节驱动电机2的输出轴传动连接的安装孔3-3-3，该安装孔3-3-3可采用内齿形孔，关节驱动电机2的输出轴加工出齿形并通过齿形与该安装孔3-3-3传动连接；所述凸环3-3-1沿圆周方向均匀分布有与所述半球形凹槽一一对应的四个通孔3-3-2；如图6所示，所述连接组件3-2包括外套于所述凸环3-3-1的抱箍3-2-1、位于所述通孔3-3-2内的钢球3-2-3和弹簧3-2-2；所述弹簧3-2-2一端固定连接于抱箍3-2-1内壁，另一端固定连接于所述钢球3-2-3并可将钢球3-2-3压入所述半球凹槽3-1-1内，安装时，先将凸环3-3-1上的四个通孔3-3-2与凸台3-1-2上四个半球凹槽3-1-1相对，然后将钢球3-2-3和弹簧3-2-2装入四个通孔3-3-2内，最后利用抱箍3-2-1将凸环3-3-1箍紧，实现通孔3-3-2的封闭并将弹簧3-2-2压缩，同时，弹簧3-2-2的外端可卡入弹簧3-2-2座内，使其与卡箍连接，此时压缩的弹簧3-2-2将推动钢球3-2-3嵌入半球凹槽3-1-1内，弹簧3-2-2和钢球3-2-3可作为“销”将凸环3-3-1和凸台3-1-2相互连接；当建筑物倒塌受到重力压迫时，被压迫那部分停止运动，未被压迫部分继续运动，凸环3-3-1的通孔3-3-2与凸台3-1-2的凹槽将产生相对错开的趋势，使钢球3-2-3产生退出半球凹槽3-1-1的趋势，当其超过弹簧3-2-2的压紧力时，钢球3-2-3将克服弹簧3-2-2压紧力从半球凹槽3-1-1中脱出，被压迫部分与整体分离，终止工作。未被压迫部分在蛇头1的带领下继续工作。当然，通过更换不同刚度的弹簧3-2-2可以调节可分离式关节模块3分离所需的拉力。
优选实施方案中，所述头部、体部的外表覆盖有硅胶层；所述硅胶层分布有防滑凸起；蛇形机器人工作时，硅胶层既能保持行进稳定(减振)又可以增大其与地面的摩檫力。
优选实施方案中，所述电机安装座3-1-3为设置于所述模块Ⅰ3-1前端的卡槽；如图4所示，模块Ⅰ3-1内设有两条对置的条形槽，其可与电机机身相互配合实现固定。
优选实施方案中，所述连接凸台3-1-2的外径由前端向后端逐渐增大；采用这种结构，若钢球3-2-3退出半球凹槽3-1-1且连接凸台3-1-2与凸环3-3-1未分离时，钢球3-2-3可自主再次嵌入至半球凹槽3-1-1内。
优选实施方案中，所述抱箍3-2-1包括两个相互铰接的半圆环结构的抱箍3-2-1半体，其内壁沿圆周方向均匀分布有与弹簧3-2-2一一对应的弹簧3-2-2安装孔3-3-3，如图7所示，抱箍3-2-1闭合后其内径与凸环3-3-1外径一致，确保能够箍紧凸环3-3-1；安装时，弹簧3-2-2的外端应卡入弹簧3-2-2安装孔3-3-3内。
优选实施方案中，所述电池通过接触式线路为各个所述关节驱动电机2供电，即可分离式关节模块3的模块Ⅰ3-1与模块Ⅱ3-3的电路通过触点实现连通，便于二者分离。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种被动分离式蛇形机器人，其特征在于，包括：
头部，其包括头部壳体和设置于所述头部壳体的控制单元、外部环境探测单元和电池单元；
体部，其包括多个依次连接形成链状结构的可分离式关节模块和设置于相邻两个所述可分离式关节模块之间的关节驱动电机；
所述可分离式关节模块包括模块Ⅰ、模块Ⅱ和连接组件；所述模块Ⅰ前端设有用于固定安装所述关节驱动电机机身的电机安装座，模块Ⅰ后端设有圆形的连接凸台；所述连接凸台沿圆周方向均匀分布有多个半球形凹槽；所述模块Ⅱ前端设有可与所述连接凸台配合的凸环，模块Ⅱ后端设有与后一关节驱动电机的输出轴传动连接的安装孔；所述凸环沿圆周方向均匀分布有与所述半球形凹槽一一对应的通孔；所述连接组件包括外套于所述凸环的抱箍、位于所述通孔内的钢球和弹簧；所述弹簧一端固定连接于抱箍内壁，另一端固定连接于所述钢球并可将钢球压入所述半球凹槽内。
2.根据权利要求1所述的一种被动分离式蛇形机器人，其特征在于：所述头部、体部的外表覆盖有硅胶层；所述硅胶层分布有防滑凸起。
3.根据权利要求1所述的一种被动分离式蛇形机器人，其特征在于：所述电机安装座为设置于所述模块Ⅰ前端的卡槽。
4.根据权利要求1所述的一种被动分离式蛇形机器人，其特征在于：所述连接凸台的外径由前端向后端逐渐增大。
5.根据权利要求1所述的一种被动分离式蛇形机器人，其特征在于：所述抱箍包括两个相互铰接的半圆环结构的抱箍半体，其内壁沿圆周方向均匀分布有与弹簧一一对应的弹簧安装孔。
6.根据权利要求1所述的一种被动分离式蛇形机器人，其特征在于：所述电池通过接触式线路为各个所述关节驱动电机供电。
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