CN219114064U - 一种仿生蛇形机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种仿生蛇形机器人，包括：头部，所述头部设置有传感器；颈部，所述颈部的一端连接至所述头部，所述颈部包含多个转动方向依次垂直设置的颈部舵机；躯干部，连接于所述颈部的另一端，所述躯干部包含多个躯干模块，相邻的躯干模块通过躯干关节连接，所述躯干关节包含两个转动方向互相垂直设置的躯干舵机；控制系统，连接至所述传感器、所述颈部舵机、所述躯干舵机。本申请能够保持头部的相对稳定，避免头部在机器人运动过程中剧烈的摆动，使得头部传感器能够稳定检测环境状态，每个关节有偏航、俯仰这两个自由度。这两个自由度分别用一个躯干舵机来驱动。

Description

一种仿生蛇形机器人

技术领域

本实用新型涉及蛇形机器人领域，具体指有一种仿生蛇形机器人。

背景技术

地震、矿难等灾害往往会造成巨大的人员伤亡，人员受困在废墟之中，亟需救援。传统的施救方法依赖人深入现场进行操作，存在者救援效率低、救援危险度高，无法深入进入废墟底下进行救援等严重缺陷。因此需要开发救援机器人来代替人进行搜救任务。但是由于废墟内部环境狭窄、复杂，所以旋翼飞行机器人、人形机器人、轮式移动机器人、腿式机器人等无法在这种环境中有效开展工作。蛇具有细长灵活的身体，可以在狭长环境中移动。因此蛇形机器人在废墟救援领域具有良好的应用前景。

但是由于废墟环境的复杂性，对蛇形机器人也提出了较高要求。现有的蛇形机器人存在结构简单，活动方式单一，以及环境感知能力弱等缺点。

针对上述的现有技术存在的问题设计一种仿生蛇形机器人是本实用新型研究的目的。

实用新型内容

针对上述现有技术存在的问题，本实用新型在于提供一种仿生蛇形机器人，能够有效解决上述现有技术存在的问题。

本实用新型的技术方案是：

一种仿生蛇形机器人，包括：

头部，所述头部设置有传感器；

颈部，所述颈部的一端连接至所述头部，所述颈部包含多个转动方向依次垂直设置的颈部舵机；

躯干部，连接于所述颈部的另一端，所述躯干部包含多个躯干模块，相邻的躯干模块通过躯干关节连接，所述躯干关节包含两个转动方向互相垂直设置的躯干舵机；

控制系统，连接至所述传感器、所述颈部舵机、所述躯干舵机。

进一步地，所述颈部舵机包含第一颈部舵机、第二颈部舵机、第三颈部舵机，所述第一颈部舵机的外壳固定设置于所述头部，所述第三颈部舵机的输出轴铰接于所述躯干部，所述第一颈部舵机和所述第二颈部舵机之间、所述第三颈部舵机和所述第二颈部舵机之间均通过相应的颈部U形支架组铰接。

进一步地，所述颈部U形支架组包含一横一纵且背对背相固接的U形支架。

进一步地，所述躯干舵机包含第一躯干舵机、第二躯干舵机，所述第一躯干舵机铰接至上一节躯干模块，所述第二躯干舵机铰接至下一节躯干模块，所述第一躯干舵机和所述第二躯干舵机之间通过相应的躯干U形支架组固定连接。

进一步地，所述躯干U形支架组包含一横一纵且背对背相固接的U形支架。

进一步地，所述头部、所述颈部、所述躯干模块均设置有螺纹，所述头部和所述颈部之间设通过所述螺纹连接有螺纹软管，相邻的躯干模块之间通过所述螺纹连接有螺纹软管。

进一步地，所述躯干模块包括外筒体，所述外筒体在其内部设置有拼接在一起的第一内筒体和第二内筒体，所述第一内筒体、所述第二内筒体、所述外筒体设置有互相对应的定位销孔，所述第一内筒体、所述第二内筒体通过定位销和所述定位销孔的配合固定安装于所述外筒体内。

进一步地，所述控制系统通过CAN总线连接至所述传感器、所述颈部舵机、所述躯干舵机。

本实用新型的优点：

本实用新型的颈部舵机的数量为多个，颈部舵机一横一纵依次交错设置，通过数量为多个以及转动方向依次垂直的设置，可以通过控制系统控制各个颈部舵机的转动，从而保持头部的相对稳定，避免头部在机器人运动过程中剧烈的摆动，使得头部传感器能够稳定检测环境状态。

本申请通过躯干关节连接各个躯干模块，两个转动方向互相垂直设置的躯干舵机使得躯干模块可以扭曲，实现模仿蛇运动的效果。躯干舵机可以看作是模仿蛇形的一组关节，躯干的各个相邻模块之间通过具有两个自由度的关节来连接。每个关节有偏航、俯仰这两个自由度。这两个自由度分别用一个躯干舵机来驱动。躯干舵机通过U形万向支架组来连接，构成万向节型关节。

本申请通过螺纹软管的密封作用使得机器人具有三防能力，两栖运动能力。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为图1隐藏部分螺纹软管的示意图。

图3为颈部的结构爆炸示意图。

图4为躯干模块的结构爆炸示意图。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员理解，现将实施例结合附图对本实用新型的结构作进一步详细描述：

实施例一

参考图1，一种仿生蛇形机器人，包括：

头部1，所述头部设置有传感器(未画出)；头部1的前端安装有深度相机、面阵激光雷达、LED灯、气体传感器其中的一种或多种，头部1里面安装有机器人主控制器、陀螺仪、通讯模组、扬声器、麦克风、颈部控制器等其中的一种或多种，用于对环境进行探测，以及提供相应的灯光反馈等，同时可以对采集到的传感器数据进行处理，可以对机器人所处的环境状态进行准确识别。本实施例中，传感器不是本申请的核心部件，在此不具体展开其工作原理以及其结构组成。

颈部2，所述颈部2的一端连接至所述头部1，所述颈部2包含多个转动方向依次垂直设置的颈部舵机201；

本实施例的颈部包含颈部舵机201，而且颈部舵机201的转动方向依次垂直设置，从而能够对头部1起到支撑、转动的效果。同时，为了达到更好的头部1稳定的效果，本申请的颈部舵机201的数量为多个，例如本实施例的颈部舵机201的数量为三个，则颈部舵机201一横一纵依次交错设置，通过数量为多个以及转动方向依次垂直的设置，可以通过控制系统控制各个颈部舵机201的转动，从而保持头部1的相对稳定，避免头部1在机器人运动过程中剧烈的摆动，使得头部1传感器能够稳定检测环境状态。

躯干部3，连接于所述颈部2的另一端，所述躯干部3包含多个躯干模块301，相邻的躯干模块301通过躯干关节连接，所述躯干关节包含两个转动方向互相垂直设置的躯干舵机302；

本实施例中，通过躯干部3、颈部2、头部1依次相连从而组成机器人。所述躯干部3包含多个躯干模块301，多个躯干模块301仿形形成蛇形，通过躯干关节连接各个躯干模块301，两个转动方向互相垂直设置的躯干舵机302使得躯干模块301可以扭曲，实现模仿蛇运动的效果。

控制系统(未画出)，连接至所述传感器、所述颈部舵机201、所述躯干舵机301。例如控制系统可以控制各个舵机的运动，从而实现模仿蛇蜿蜒前行、翻滚、挪动、螺旋爬行等动作，同时保持头部1稳定。

参考图3，进一步地，所述颈部舵机201包含第一颈部舵机2011、第二颈部舵机2012、第三颈部舵机2013，所述第一颈部舵机2011的外壳固定设置于所述头部1，所述第三颈部舵机2013的输出轴铰接于所述躯干部2，所述第一颈部舵机2013和所述第二颈部舵机之间2012、所述第三颈部舵机2013和所述第二颈部舵机2012之间均通过相应的颈部U形支架组202铰接。通过上述结构的设置，头部1固定连接至颈部2的一端，从而能够在颈部2活动时使头部1始终跟随颈部2活动，便于控制头部1。

进一步地，所述颈部U形支架组202包含一横一纵且背对背相固接的U形支架。参考图3，一组颈部U形支架组202包含两个U形支架，两个U形支架的底端背对相接，同时，两个U形支架的开口端分别连接上一个舵机和下一个舵机，两个U形支架之间是固定连接的，舵机的外壳或者输出轴连接至U形支架，从而能够通过舵机控制U形支架转动，实现所需要的动作。

进一步地，参考图4，所述躯干舵机包含第一躯干舵机3021、第二躯干舵机3022，所述第一躯干舵机3021铰接至上一节躯干模块301，所述第二躯干舵机3022铰接至下一节躯干模块301，所述第一躯干舵机3021和所述第二躯干舵机3022之间通过相应的躯干U形支架组303固定连接。

所述躯干U形支架组303包含一横一纵且背对背相固接的U形支架。

本结构中，其工作原理颈部2的工作原理基本相同，不同的是本结构的舵机数量较少，这是因为颈部2为了支撑头部，对稳定性等均有极高的要求，而躯干部分只要能实现万向扭曲即可。躯干舵机可以看作是模仿蛇形的一组关节，躯干的各个相邻模块之间通过具有两个自由度的关节来连接。每个关节有偏航、俯仰这两个自由度。这两个自由度分别用一个躯干舵机来驱动。躯干舵机通过U形万向支架组来连接，构成万向节型关节。通过按照一定的节律、周期性控制各个关节的这两个自由度的转动角度，机器人的身体就可以以不同的运动模态来移动，适应不同的环境。

进一步地，所述头部1、所述颈部2、所述躯干模块301均设置有螺纹5，所述头部1和所述颈部2之间设通过所述螺纹5连接有螺纹软管4，相邻的躯干模块301之间通过所述螺纹5连接有螺纹软管4。

本实施例为了实现机器人的防水密封，同时又不影响机器人关节的灵活转动，模块的外壳通过螺纹管连接，螺纹软管4的密封作用使得机器人具有三防能力，两栖运动能力。

进一步地，所述躯干模块301包括外筒体3011，所述外筒体3011在其内部设置有拼接在一起的第一内筒体3012和第二内筒体3013，所述第一内筒体3012、所述第二内筒体3013、所述外筒体3011设置有互相对应的定位销孔3014，所述第一内筒体3012、所述第二内筒体3013通过定位销和所述定位销孔3014的配合固定安装于所述外筒体3011内。

本实施例中，第一内筒体3012和第二内筒体3013设置在外筒体3011的内部，第一内筒体3012用于提供传感器、控制系统、电池等的容腔，第二内筒体3013则用于提供对舵机、U形支架等的部分容腔，再通过螺纹软管4的配合，从而能够对这些部件起到密封保护的作用。

所述控制系统通过CAN总线连接至所述传感器、所述颈部舵机201、所述躯干舵机302。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，凡依本实用新型申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属于本实用新型的涵盖范围。

Claims (8)

1.一种仿生蛇形机器人，其特征在于：包括：

头部，所述头部设置有传感器；

颈部，所述颈部的一端连接至所述头部，所述颈部包含多个转动方向依次垂直设置的颈部舵机；

躯干部，连接于所述颈部的另一端，所述躯干部包含多个躯干模块，相邻的躯干模块通过躯干关节连接，所述躯干关节包含两个转动方向互相垂直设置的躯干舵机；

控制系统，连接至所述传感器、所述颈部舵机、所述躯干舵机。

2.根据权利要求1所述的一种仿生蛇形机器人，其特征在于：所述颈部舵机包含第一颈部舵机、第二颈部舵机、第三颈部舵机，所述第一颈部舵机的外壳固定设置于所述头部，所述第三颈部舵机的输出轴铰接于所述躯干部，所述第一颈部舵机和所述第二颈部舵机之间、所述第三颈部舵机和所述第二颈部舵机之间均通过相应的颈部U形支架组铰接。

3.根据权利要求2所述的一种仿生蛇形机器人，其特征在于：所述颈部U形支架组包含一横一纵且背对背相固接的U形支架。

4.根据权利要求1所述的一种仿生蛇形机器人，其特征在于：所述躯干舵机包含第一躯干舵机、第二躯干舵机，所述第一躯干舵机铰接至上一节躯干模块，所述第二躯干舵机铰接至下一节躯干模块，所述第一躯干舵机和所述第二躯干舵机之间通过相应的躯干U形支架组固定连接。

5.根据权利要求4所述的一种仿生蛇形机器人，其特征在于：所述躯干U形支架组包含一横一纵且背对背相固接的U形支架。

6.根据权利要求1所述的一种仿生蛇形机器人，其特征在于：所述头部、所述颈部、所述躯干模块均设置有螺纹，所述头部和所述颈部之间设通过所述螺纹连接有螺纹软管，相邻的躯干模块之间通过所述螺纹连接有螺纹软管。

7.根据权利要求1所述的一种仿生蛇形机器人，其特征在于：所述躯干模块包括外筒体，所述外筒体在其内部设置有拼接在一起的第一内筒体和第二内筒体，所述第一内筒体、所述第二内筒体、所述外筒体设置有互相对应的定位销孔，所述第一内筒体、所述第二内筒体通过定位销和所述定位销孔的配合固定安装于所述外筒体内。

8.根据权利要求1所述的一种仿生蛇形机器人，其特征在于：所述控制系统通过CAN总线连接至所述传感器、所述颈部舵机、所述躯干舵机。

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