具有適應(yīng)不平整地面能力的蛇形機器人的制作方法
【專利摘要】一種具有適應(yīng)不平整地面能力的蛇形機器人，由多個關(guān)節(jié)模塊連接構(gòu)成，該蛇形機器人還包括控制系統(tǒng)，關(guān)節(jié)模塊包括機身，機身與控制系統(tǒng)相連，多個關(guān)節(jié)模塊的機身相互連接，機身下部設(shè)置有懸掛系統(tǒng)，懸掛系統(tǒng)包括對稱安裝在機身左右兩側(cè)的兩個懸掛子系統(tǒng)和行走輪，懸掛子系統(tǒng)包括檢測裝置和與檢測裝置相連的導(dǎo)桿，檢測裝置與控制系統(tǒng)相連，兩個懸掛子系統(tǒng)上的導(dǎo)桿均通過鉸鏈連接有連桿，兩側(cè)懸掛子系統(tǒng)的連桿經(jīng)鉸鏈連接到行走輪。本發(fā)明改進了蛇形機器人關(guān)節(jié)模塊的結(jié)構(gòu)，簡化了現(xiàn)有蛇形機器人的控制方式，增強了蛇形機器人在不平整地面上的適應(yīng)能力。
【專利說明】 具有適應(yīng)不平整地面能力的蛇形機器人
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于機械【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種機器人，具體的說，涉及一種具有適應(yīng)不平整地面能力的蛇形機器人。
【背景技術(shù)】
[0002]蛇形機器人具有身體細長，橫截面小，形狀可變等特點，能夠在障礙物密集的狹窄空間中穿行，并可以攀爬跨越障礙物。
[0003]蛇形機器人一般由多個關(guān)節(jié)模塊組成，各個關(guān)節(jié)模塊之間互相連接。關(guān)節(jié)模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)為液壓、氣動或者電動，具有單自由度或者多自由度運動方式，關(guān)節(jié)模塊與地面通過輪與地面接觸。雖關(guān)節(jié)模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能各有不同，但輪與地面是否能夠保持可靠穩(wěn)定的接觸才是蛇形機器人能否成功運動的唯一因素。
[0004]當(dāng)蛇形機器人爬行在不平整地面時，目前的蛇形機器人通過調(diào)整關(guān)節(jié)模塊之間的夾角使得關(guān)節(jié)模塊上的輪與地面接觸能夠被保持，但這種方法存在兩個關(guān)鍵問題。首先，根據(jù)蛇形運動規(guī)律計算得到的關(guān)節(jié)模塊間的夾角，需要實時修正才能夠保持輪與地面的接觸，為了進行這種實時的修正計算，不僅需要使用傳感器獲取地面的信息，而且對蛇形機器人的控制器的計算能力提出了很高的要求，增加了蛇形機器人的復(fù)雜程度，增加了研制和維護成本，也降低了可靠性。其次，輪與地面之間的接觸力的大小同樣對蛇形機器人的運動有著很大影響，目前的蛇形機器人僅能夠保證輪與地面發(fā)生接觸，但是無法有效地控制調(diào)整輪與地面之間的接觸力大小，這也限制了蛇形機器人在不平整地面上的運動能力。這些都限制了蛇形機器人在不平整地面上的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的以上不足，提供一種可更好調(diào)整輪與地面接觸力，獲得更穩(wěn)定爬行效果的具有適應(yīng)不平整地面能力的蛇形機器人。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種具有適應(yīng)不平整地面能力的蛇形機器人，由多個關(guān)節(jié)模塊連接構(gòu)成，該蛇形機器人還包括控制系統(tǒng)，關(guān)節(jié)模塊包括機身，機身與控制系統(tǒng)相連，多個關(guān)節(jié)模塊的機身相互連接，機身下部設(shè)置有懸掛系統(tǒng)，懸掛系統(tǒng)包括對稱安裝在機身左右兩側(cè)的兩個懸掛子系統(tǒng)和行走輪，懸掛子系統(tǒng)包括檢測裝置和與檢測裝置相連的導(dǎo)桿，檢測裝置與控制系統(tǒng)相連，兩個懸掛子系統(tǒng)上的導(dǎo)桿均通過鉸鏈連接有連桿，兩側(cè)懸掛子系統(tǒng)的連桿經(jīng)鉸鏈連接到行走輪。
[0007]優(yōu)選的是:檢測裝置包括相互連接的力傳感器和線彈簧，線彈簧與導(dǎo)桿相連，力傳感器與控制系統(tǒng)相連。
[0008]優(yōu)選的是:檢測裝置包括相互連接的力傳感器和線彈簧，力傳感器與導(dǎo)桿相連，力傳感器還與控制系統(tǒng)相連。
[0009]優(yōu)選的是:懸掛子系統(tǒng)包括安裝在機身下部的滑塊，連桿穿過滑塊中，連桿可在滑塊內(nèi)部自由滑動。[0010]優(yōu)選的是:行走輪中心安裝有輪軸，輪軸的兩端均連接有連接塊，連接塊的末端通過轉(zhuǎn)軸連接到機身下部，連接塊可繞轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動。
[0011]優(yōu)選的是:機身上設(shè)置有連掛系統(tǒng)，連掛系統(tǒng)包括設(shè)置在機身前端的關(guān)節(jié)和設(shè)置在機身后端的關(guān)節(jié)槽，后一關(guān)節(jié)模塊的關(guān)節(jié)連接到前一關(guān)節(jié)模塊的關(guān)節(jié)槽內(nèi)。
[0012]本發(fā)明的有益效果是:
[0013](I)本發(fā)明改進了蛇形機器人關(guān)節(jié)模塊的結(jié)構(gòu)，提供了兩種蛇形機器人關(guān)節(jié)模塊結(jié)構(gòu)和控制方式，在關(guān)節(jié)模塊中設(shè)置了檢測裝置，檢測裝置采用力傳感器和線彈簧，并提供了兩種力傳感器和線彈簧的連接方式，在蛇形機器人運動過程中實時檢測關(guān)節(jié)模塊的輪與地面的接觸力，并將力反饋會控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)將根據(jù)反饋的力調(diào)整各個關(guān)節(jié)模塊的角度。這種控制方式不需要經(jīng)過復(fù)雜的控制運算，簡化了現(xiàn)有蛇形機器人的控制方式，可獲得更穩(wěn)定的控制效果。
[0014](2)該蛇形機器人的行走輪安裝在輪軸上，輪軸通過滑塊連接到機身，輪軸可繞連接塊轉(zhuǎn)動，連接塊與機身之間也是活動連接，這種結(jié)構(gòu)改善了蛇形機器人輪與地面的接觸模式，結(jié)構(gòu)靈活，更適合蛇形機器人在不平整地面上行駛，擴大了蛇形機器人在不平整地面上的適應(yīng)能力。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]附圖1為本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]附圖2為本發(fā)明實施例1關(guān)節(jié)模塊結(jié)構(gòu)主視示意圖。
[0017]附圖3為本發(fā)明實施例1關(guān)節(jié)模塊結(jié)構(gòu)左視示意圖
[0018]附圖4為本發(fā)明實施例1關(guān)節(jié)模塊各部件連接關(guān)系示意圖。
[0019]附圖5為本發(fā)明實施例2關(guān)節(jié)模塊結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]附圖6為本發(fā)明實施例2關(guān)節(jié)模塊各部件連接關(guān)系示意圖。
[0021]附圖7為本發(fā)明實施例2關(guān)節(jié)模塊結(jié)構(gòu)左視示意圖。
【具體實施方式】
[0022]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細的說明。
實施例1
[0023]如圖1所示:
[0024]具有適應(yīng)不平整地面能力的蛇形機器人，由多個關(guān)節(jié)模塊連接構(gòu)成，關(guān)節(jié)模塊包括機身1，機身I上設(shè)置有連掛系統(tǒng)，連掛系統(tǒng)包括設(shè)置在機身前端的關(guān)節(jié)9和設(shè)置在機身后端的關(guān)節(jié)槽12，后一關(guān)節(jié)模塊的關(guān)節(jié)9連接到前一關(guān)節(jié)模塊的關(guān)節(jié)槽12內(nèi)。
[0025]如圖2、圖3和圖4所示:
[0026]該具有適應(yīng)不平整地面能力的蛇形機器人還包括控制系統(tǒng)，機身I與控制系統(tǒng)相連，機身I下部設(shè)置有懸掛系統(tǒng)11，懸掛系統(tǒng)11包括對稱安裝在機身左右兩側(cè)的兩個懸掛子系統(tǒng)和行走輪8，懸掛子系統(tǒng)包括檢測裝置和與檢測裝置相連的導(dǎo)桿，檢測裝置包括相互固定連接的力傳感器3和線彈簧2，力傳感器3固定設(shè)置在機身I下方，線彈簧2與導(dǎo)桿5相連，力傳感器3與控制系統(tǒng)相連，兩個懸掛子系統(tǒng)上的導(dǎo)桿5均通過鉸鏈6連接有連桿7，兩側(cè)懸掛子系統(tǒng)的連桿7經(jīng)鉸鏈8連接到行走輪10。[0027]機身下部固定設(shè)置有滑塊4，連桿5穿過滑塊4中，連桿5可在滑塊4內(nèi)部自由滑動。
[0028]行走輪10中心安裝有輪軸9，輪軸9的兩端均連接有連接塊13，連接塊13的末端通過轉(zhuǎn)軸14連接到機身下部，連接塊13可繞轉(zhuǎn)軸14轉(zhuǎn)動。
[0029]該蛇形機器人在路面上行走時，位于懸掛系統(tǒng)11底部的行走輪10與地面接觸，當(dāng)遇到起伏路面或障礙物時，行走輪10與地面的接觸角度和行走輪10與地面的接觸力都將發(fā)生變化，這種力的變化通過與行走輪10相連接的連桿7傳遞到導(dǎo)桿5，經(jīng)導(dǎo)桿5傳遞到線彈簧3，再經(jīng)線彈簧3傳遞到力傳感器2，力傳感器2檢測到行走輪10與地面的接觸力，并將接觸力傳遞到控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)根據(jù)力傳感器2反饋的值調(diào)整力傳感器2所在機身I的運動角度，從而調(diào)整機身I與地面之間的接觸力，使蛇形機器人獲得穩(wěn)定的運動效果。
[0030]實施例2
[0031]如圖5、圖6和圖7所示，
[0032]與實施例1不同的是，檢測裝置包括相互連接的力傳感器3和線彈簧2，線彈簧2和力傳感器3均固定連接在機身I下方，線彈簧2與導(dǎo)桿5相連，力傳感器3與控制系統(tǒng)相連。
[0033]該蛇形機器人在路面上行走時，位于懸掛系統(tǒng)11底部的行走輪10與地面接觸，當(dāng)遇到起伏路面或障礙物時，行走輪10與地面的接觸角度和行走輪10與地面的接觸力都將發(fā)生變化，這種力的變化通過與行走輪10相連接的連桿7傳遞到導(dǎo)桿5，經(jīng)導(dǎo)桿5傳遞到力傳感器2，再經(jīng)力傳感器2傳遞到控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)根據(jù)力傳感器2反饋的值調(diào)整力傳感器2所在機身I的運動角度，從而調(diào)整機身I與地面之間的接觸力，使蛇形機器人獲得穩(wěn)定的運動效果。
【權(quán)利要求】
1.一種具有適應(yīng)不平整地面能力的蛇形機器人，由多個關(guān)節(jié)模塊連接構(gòu)成，其特征在于:該蛇形機器人還包括控制系統(tǒng)，所述的關(guān)節(jié)模塊包括機身，機身與控制系統(tǒng)相連，多個關(guān)節(jié)模塊的機身相互連接，機身下部設(shè)置有懸掛系統(tǒng)，懸掛系統(tǒng)包括對稱安裝在機身左右兩側(cè)的兩個懸掛子系統(tǒng)和行走輪，懸掛子系統(tǒng)包括檢測裝置和與檢測裝置相連的導(dǎo)桿，檢測裝置與控制系統(tǒng)相連，兩個懸掛子系統(tǒng)上的導(dǎo)桿均通過鉸鏈連接有連桿，兩側(cè)懸掛子系統(tǒng)的連桿經(jīng)鉸鏈連接到行走輪。
2.如權(quán)利要求1所述的具有適應(yīng)不平整地面能力的蛇形機器人，其特征在于:所述的檢測裝置包括相互連接的力傳感器和線彈簧，線彈簧與導(dǎo)桿相連，力傳感器與控制系統(tǒng)相連。
3.如權(quán)利要求1所述的具有適應(yīng)不平整地面能力的蛇形機器人，其特征在于:所述的檢測裝置包括相互連接的力傳感器和線彈簧，力傳感器與導(dǎo)桿相連，力傳感器還與控制系統(tǒng)相連。
4.如權(quán)利要求1所述的具有適應(yīng)不平整地面能力的蛇形機器人，其特征在于:所述的懸掛子系統(tǒng)包括安裝在機身下部的滑塊，連桿穿過滑塊中，連桿可在滑塊內(nèi)部自由滑動。
5.如權(quán)利要求1所述的具有適應(yīng)不平整地面能力的蛇形機器人，其特征在于:所述的行走輪中心安裝有輪軸，輪軸的兩端均連接有連接塊，連接塊的末端通過轉(zhuǎn)軸連接到機身下部，連接塊可繞轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動。
6.如權(quán)利要求1或2或3或4所述的具有適應(yīng)不平整地面能力的蛇形機器人，其特征在于:所述的機身上設(shè)置有連掛系統(tǒng)，連掛系統(tǒng)包括設(shè)置在機身前端的關(guān)節(jié)和設(shè)置在機身后端的關(guān)節(jié)槽，后一關(guān)節(jié)模塊的關(guān)節(jié)連接到前一關(guān)節(jié)模塊的關(guān)節(jié)槽內(nèi)。
【文檔編號】B62D57/02GK103909989SQ201410066594
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年2月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月20日
【發(fā)明者】馬書根, 孫翊, 張磊 申請人:青島海藝自動化技術(shù)有限公司