CN115194729A - 一种蛇形机器人橡胶气囊驱动装置及工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种蛇形机器人橡胶气囊驱动装置及工作方法，包括若干节圆形骨架沿着蛇身长度方向等距离排列，每两个圆形骨架之间用四个管状橡胶气囊连接，每个管状橡胶气囊与充气管道连接，充气管道设置在圆形骨架中心的圆孔中，并且与气源系统连接，通过气源系统控制充气管道及管状橡胶气囊与气泵的通与断。管状橡胶气囊处于通气状态时在压力空气的作用下伸长变形，断开时处于放气状态，管状橡胶气囊收缩回原来长度，通过管状橡胶气囊的伸长和收缩带动圆形骨架移动，驱动蛇形机器人进行各种运动。
Description
技术领域
本发明涉及一种蛇形机器人驱动装置及工作方法，属于仿生机械领域，特别是涉及一 种蛇形机器人橡胶气囊驱动方式与装置。
背景技术
目前蛇形机器人成为机器人研究的一个热点，蛇形机器人的驱动方式主要有电机直驱 式和拉线式两种方式，如申请号CN202110629904.0，蛇头模块、蛇身模块组与蛇尾模块 组与俯仰舵机和俯仰辅助转动轴相连；CN202110427508.X，一种球铰拉线可变辅助轮式蛇 形机器人。
电机直驱式是在每个关节模块中内置电机驱动关节运动，拉线式驱动方式是通过外置 驱动源拉动钢丝绳，进而驱动各关节运动。这两种方式均属于机械驱动方式，机械驱动方 式蛇形机器人结构复杂，尺寸大而笨重，并且大多数依靠轮子转动而前进，因此不能在沙 漠、沼泽、森林等复杂地形条件下运动。所以，开发一种能够在复杂地形条件下运动的蛇 形机器人是本领域亟待解决的技术问题。
发明内容
鉴于现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种蛇形机器人橡胶气囊驱 动装置，用以解决机械驱动方式结构复杂，尺寸大而笨重等各种问题。
为了解决上述技术问题，本发明提出的一种蛇形机器人橡胶气囊驱动装置，包括有沿 着蛇形机器人长度方向均等分布的若干节圆形骨架和粘贴有逆鳞的包裹圆形骨架的管状 外皮，所述每两节圆形骨架间由四条管状橡胶气囊连接，所述管状橡胶气囊一端设置有充 气口与充气管道连接，所述充气管道设置在圆形骨架中心的圆形孔内。
进一步的，所述圆形骨架为径向尺寸远大于轴向尺寸的薄板，在圆形薄板中心设置有 大圆形孔，用于穿过充气管道，在圆形薄板外边缘处设置上、下、左、右四个小圆形孔，用于连接管状橡胶气囊。
进一步的，所述管状橡胶气囊是用乳胶类材料制成，充气后可伸长变形，放气后恢复 原来长度。
进一步的，所述包裹圆形骨架的管状外皮可以用普通布、塑料薄膜、薄橡胶材料等制 成，在贴地面一侧粘有逆鳞，所述逆鳞呈椭圆状，沿着前进方向与管状外皮粘贴一半。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：通过气动橡胶囊驱动装置和方式，可以 取代机械驱动装置，使驱动装置结构简单，体积缩小，重量大幅减轻；通过管状外皮粘有的逆鳞与地面产生的摩擦力，有效解决了蛇形机器人依赖轮子前进的问题，使蛇形机器人能够适应沙漠、沼泽、森林等复杂地形条件下的运动，其应用性更加广泛。
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
附图说明
图1为本发明实施例构造主视图图；
图2为本发明实施例构造左视图图；
图3为本发明实施例蜿蜒示意图；
图4为本发明实施例气源系统图；
图中：A1、B1、C1、D1每一节的圆形骨架，A2、A2上、A2下、A2左、A2右、B2、C2、D2每一节的管状橡胶气囊，A3、B3、C3、D3每一节的充气口，4-充气管道，5-管状外皮，6-逆鳞。
具体实施方式
如图1～4所示，一种蛇形机器人气动橡胶囊驱动装置，包括有沿着蛇形机器人长度方 向均等分布的若干节圆形骨架和粘贴有逆鳞的包裹圆形骨架的管状外皮，所述每两节圆形 骨架间由四条管状橡胶气囊连接，所述管状橡胶气囊一端设置有充气口与充气管道连接， 所述充气管道设置在圆形骨架中心的圆形孔内。
在本发明实施例中，所述圆形骨架A1、B1、C1...为径向尺寸远大于轴向尺寸的薄板， 在圆形薄板中心设置有大圆形孔，用于穿过充气管道，在圆形薄板外边缘处设置上、下、 左、右四个小圆形孔，用于连接管状橡胶气囊。
在本发明实施例中，所述管状橡胶气囊A2、B2、C2...是用乳胶类材料制成，充气后可伸长变形，放气后恢复原来长度。
在本发明实施例中，所述包裹圆形骨架的管状外皮5可以用普通布、塑料薄膜、薄橡 胶材料等制成，在贴地面一侧粘有逆鳞6，所述逆鳞呈椭圆状，沿着前进方向与管状外皮粘贴一半。
在本发明实施例中，所述8条充气管道均与气源系统连接，并且通过二位三通电磁换 向阀控制充气管道与气泵的通与断。联通时充气管道及与之连接的管状橡胶气囊处于通气 状态，此时管状橡胶气囊在压力空气的作用下伸长变形；断开时充气管道及与之连接的管 状橡胶气囊处于放气状态，此时管状橡胶气囊收缩回原来长度。
本实施例的工作原理：首先，按照前述的技术特征将各个圆形骨架A1、B1、C1...用管状橡胶气囊A2、B2、C2...连接，同时将各个充气管道接穿入圆形骨架中心的圆形孔内，并且将各个管状橡胶气囊用充气口A3、B3、C3...与相应充气管道4连接，各个充气管道 与气源系统连接，最后将管状外皮5包裹在圆形骨架外。
蛇形机器人的运动方式主要有蜿蜒运动、伸缩运动和缠绕攀爬运动，下面以蛇形机器 人第一节的逐一说明三种运动的实施方式：
1.蜿蜒运动通过控制气源系统给最左、最右两个充气管道4充气，在最左、最右两个充气管道4与A2、B2、C2...中的A2左、B2左、C2左...或A2右、B2右、C2右...间 差连接时，(本系统中共计8个充气管道，见图2)，即形成A2左、B2右、C2左、D2右... 的连接，然后再变换为A2右、B2左、C2右、D2左...，依此交替变换，蛇形机器人即可 形成水平面内的蜿蜒运动，见图3。
当控制气源系统给最上、最下两个充气管道4充气，在最上、最下两个充气管道4与A2、B2、C2...中的A2上、B2上、C2上...或A2下、B2下、C2下...间差连接时，即形 成A2上、B2下、C2上、D2下...的连接，然后再变换为A2下、B2上、C2下、D2上...， 依此交替变换，此时蛇形机器人即可形成铅垂面内的蜿蜒运动。
2.伸缩运动
控制气源系统给最上、最下、最左、最右四个充气管道4充气，在最上、最下、最左、最右四个充气管道分别与A2、B2、C2...中的A2上、A2下、A2左、A2右以及C2上、C2 下、C2左、C2右...间差连接时，即形成A2、C2、E2、G2...的连接，然后再变换为B2、 D2、F2、H2...，依此交替变换，此时蛇形机器人即可形成伸缩运动。
3.缠绕攀爬运动
控制气源系统给最上、最下、最左、最右四个充气管道4充气，在最下和最右两个充气管道分别与A2下、A2右、B2下、B2右、C2下、C2右...连接时，蛇形机器人即可以 形成向左螺旋盘上的状态，在向左螺旋盘上的状态下，同时再使最上和最左两个充气管道 分别与A2上、A2左、C2上、C2左、E2上、E2左...间差连接时，蛇形机器人即可形成螺 旋缠绕攀爬运动。同理，也可以形成向右螺旋缠绕攀爬运动的状态，详细过程就不再赘述。
在圆形骨架中心的大圆形孔中，共设置有8条充气管道4，除了前边所述的最上、最下、最左、最右四个充气管道之外，还有4条设置在最上、最下、最左、最右之间，由这 些作为补充的充气管道，可以根据蛇形机器人的特殊运动要求，例如：蛇头抬起、上半身 直立、弯曲幅度增大...等，而选择适当的管状橡胶气囊组A、B、C、D...进行连接，以实 现这些特殊运动要求。
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可以得出其他各种形 式的由气动橡胶囊驱动装置驱动的机器人及其仿生机械，凡依本发明申请专利范围所做的 均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (5)
1.蛇形机器人橡胶气囊驱动装置及工作方法，其特征在于：包括有沿着蛇形机器人长度方向均等分布的若干节圆形骨架和粘贴有逆鳞的包裹圆形骨架的管状外皮，所述每两节圆形骨架间由四条管状橡胶气囊连接，所述管状橡胶气囊一端设置有充气口与充气管道连接，所述充气管道设置在圆形骨架中心的圆形孔内。
2.根据权利要求1所述的蛇形机器人橡胶气囊驱动装置及工作方法，其特征在于：所述圆形骨架为径向尺寸远大于轴向尺寸的薄板，在圆形薄板中心设置有大圆形孔，用于穿过充气管道，在圆形薄板外边缘处设置上、下、左、右四个小圆形孔，用于连接管状橡胶气囊。
3.根据权利要求1所述的蛇形机器人橡胶气囊驱动装置及工作方法，其特征在于：所述管状橡胶气囊是用乳胶类材料制成，充气后可伸长变形，放气后恢复原来长度。
4.根据权利要求1所述的蛇形机器人橡胶气囊驱动装置及工作方法，其特征在于：所述包裹圆形骨架的管状外皮可以用普通布、塑料薄膜、薄橡胶材料等制成，在贴地面一侧粘有逆鳞，所述逆鳞呈椭圆状，沿着前进方向与管状外皮粘贴一半。
5.蛇形机器人橡胶气囊驱动的工作方法，其特征在于，采用如权利要求1-4所述的任一种蛇形机器人橡胶气囊驱动装置，并按以下步骤进行：
步骤S1，连接：
按照前述的技术特征将各个圆形骨架A1、B1、C1...用管状橡胶气囊组A2、B2、C2...连接，同时将各个充气管道4穿入圆形骨架中心的圆形孔内，并且将各个管状橡胶气囊用充气口A3、B3、C3...与相应充气管道连接，各个充气管道与气源系统连接，最后将管状外皮5包裹在圆形骨架外。
步骤S2，运动：
S21蜿蜒运动：通过控制气源系统的二位三通电磁换向阀给最左、最右两个充气管道充气，在最左、最右两个充气管道与A2、B2、C2...管状橡胶气囊组中的A2左、B2左、C2左...或A2右、B2右、C2右...间差连接时，即形成A2左、B2右、C2左、D2右...的连接，此时蛇形机器人即可形成水平面内的弯曲变形；然后再变换为A2右、B2左、C2右、D2左...的连接，依此交替变换，蛇形机器人即可形成水平面内的蜿蜒运动。
当控制气源系统给最上、最下两个充气管道充气，在最上、最下两个充气管道与A2、B2、C2...中的A2上、B2上、C2上...或A2下、B2下、C2下...间差连接时，即形成A2上、B2下、C2上、D2下...的连接，此时蛇形机器人即可形成铅垂面内的弯曲变形；然后再变换为A2下、B2上、C2下、D2上...的连接，依此交替变换，此时蛇形机器人即可形成铅垂面内的蜿蜒运动。
S22伸缩运动：通过控制气源系统的二位三通电磁换向阀给最上、最下、最左、最右四个充气管道充气，在最上、最下、最左、最右四个充气管道分别与A2、B2、C2...管状橡胶气囊组中的A2上、A2下、A2左、A2右以及C2上、C2下、C2左、C2右...间差连接时，即形成A2、C2、E2、G2...的连接状态，此时蛇形机器人即可形成伸长变形；然后再变换为B2、D2、F2、H2...的连接，依此交替变换，此时蛇形机器人即可形成伸缩运动。
S23缠绕攀爬运动：通过控制气源系统的二位三通电磁换向阀给最上、最下、最左、最右四个充气管道充气，在最下和最右两个充气管道分别与A2下、A2右、B2下、B2右、C2下、C2右...管状橡胶气囊连接时，蛇形机器人即可以形成向左螺旋盘上的状态；在向左螺旋盘上的状态下，同时再使最上和最左两个充气管道分别与A2上、A2左、C2上、C2左、E2上、E2左...管状橡胶气囊间差连接时，蛇形机器人即可形成螺旋缠绕攀爬运动。同理，也可以形成向右螺旋缠绕攀爬运动的状态。
S24特殊运动：在圆形骨架中心的大圆形孔中，共设置有8条充气管道，除了前边所述的最上、最下、最左、最右四个充气管道之外，还有4条设置在最上、最下、最左、最右之间，这些作为补充的充气管道，可以根据蛇形机器人的特殊运动要求，例如：蛇头抬起、上半身直立、弯曲幅度增大...等，而选择适当的管状橡胶气囊组A、B、C、D...中的上、下、左、右管状橡胶气囊进行连接，以实现这些特殊运动要求。
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