具有蠕動和擺動功能的蛇形機器人的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種具有蠕動和擺動功能的蛇形機器人，包括蛇頭、蛇尾及安裝在所述蛇頭和蛇尾之間且首尾順次相連的多個關節(jié)模塊，各關節(jié)模塊均包括關節(jié)模塊本體，各關節(jié)模塊本體的前側設置有擺動部、中間設置有蠕動部、后側設置有轉動部。本發(fā)明在傳統(tǒng)的蛇形擺動運動的基礎上增加了蠕動運動功能，使得蛇形機器人不僅可以在寬闊空間中實現(xiàn)蛇形的蜿蜒擺動運動，還可以在狹窄空間中實現(xiàn)類似于蚯蚓的蠕動運動，擴大了蛇形機器人的環(huán)境適應能力。
【專利說明】具有蠕動和擺動功能的蛇形機器人
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種蛇形機器人，尤其涉及一種具有蠕動和擺動功能的蛇形機器人?！颈尘凹夹g】
[0002]蛇形機器人是一種模仿蛇的運動機理和行為方式研制出的新型仿生機器人，它因具有身體細長，橫截面小，形狀可變等特點，而能夠在障礙物密集的狹窄空間中穿行，并可攀爬跨越障礙物?，F(xiàn)有的蛇形機器人一般由多個關節(jié)模塊組成，關節(jié)模塊的內(nèi)部結構為液壓、氣動或者電動，具有單自由度或多自由度的運動方式。為了實現(xiàn)不平整地面的蛇形運動，蛇形機器人的關節(jié)模塊一般采取相鄰關節(jié)按照相差90°的方式連接，使得蛇形機器人具有在水平和豎直兩個方向的擺動能力。然而，目前的蛇形機器人為了實現(xiàn)蛇形運動，必須利用關節(jié)模塊的動作驅動機身作周期性的擺動動作，這種擺動動作必須占用較大的擺動空間，當蛇形機器人穿越狹小空間，例如管道時，由于受擺動空間過小的限制，蛇形機器人的關節(jié)無法擺動，使得蛇形機器人喪失了運動能力，從而限制了蛇形機器人在復雜環(huán)境下的工作能力。
[0003]由此可見,現(xiàn)有技術有待于進一步的改進和提聞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為避免上述現(xiàn)有技術存在的不足之處，提供了一種具有蠕動和擺動功能的蛇形機器人。
[0005]本發(fā)明所采用的技術方案為:
[0006]具有蠕動和擺動功能的蛇形機器人，包括蛇頭、蛇尾及安裝在所述蛇頭和蛇尾之間且首尾順次相連的多個關節(jié)模塊，各關節(jié)模塊均包括關節(jié)模塊本體，各關節(jié)模塊本體的前側設置有擺動部、中間設置有蠕動部、后側設置有轉動部。
[0007]所述關節(jié)模塊本體包括兩相互平行的定位盤，其分別為第一定位盤和第二定位盤，第一、第二定位盤通過兩根相互平行的連桿相連。
[0008]所述擺動部包括擺板、擺動軸和擺動電機，擺動軸安裝在第一定位盤的前側，擺板位于擺動軸的前方，擺動電機安裝在第一、第二定位盤之間，擺動電機通過第一齒輪傳動機構驅動擺動軸轉動，擺板通過擺臂與擺動軸固定連接。
[0009]所述蠕動部包括伸縮塊和蠕動電機，伸縮塊安裝在關節(jié)模塊本體的中部，蠕動電機安裝在第一、第二定位盤之間，蠕動電機通過絲杠機構驅動伸縮塊做直線伸縮運動。
[0010]所述轉動部包括轉板、轉動軸、轉動電機和用于測量轉動軸轉過角度的電位計,轉動軸安裝在關節(jié)模塊本體的后側，轉動電機通過第二齒輪傳動機構驅動轉板繞轉動軸轉動。
[0011]所述轉動部包括轉板、轉動軸和轉動電機，轉動軸安裝在關節(jié)模塊本體的后側，轉動電機通過第二齒輪傳動機構驅動轉板繞轉動軸轉動。
[0012]所述第一定位盤的前方固連有第三定位盤，第三定位盤的前端設置有用于安裝所述擺動軸的第一定位架；所述擺臂呈U型，其一端與擺板固連，另一端與擺動軸的兩端固連；所述第一齒輪傳動機構包括安裝在擺動電機的輸出軸上的第一齒輪、與第一齒輪相嚙合的第二齒輪、與第二齒輪套置在同一轉軸上的第三齒輪、與第三齒輪相嚙合的第四齒輪、與第四齒輪套置在同一轉軸上的第一螺旋齒輪以及套置在擺動軸上的第二螺旋齒輪，所述第一、第二、第三及第四齒輪均位于第一定位盤和第三定位盤之間，第一、第三定位盤之間設置有用于安裝第二、第三齒輪的第一轉軸，第一螺旋齒輪位于第三定位盤的前方且位于第二螺旋齒輪的下方，第四齒輪和第一螺旋齒輪安裝在第二轉軸上，第三定位盤的前端面上設置有用于安裝第二轉軸的第二定位架，第二轉軸的一端安裝在第一定位盤上，另一端安裝在第二定位架上。
[0013]所述伸縮塊的一端位于第一、第二定位盤之間，另一端位于第二定位盤的后側，伸縮塊為中空結構，所述絲杠機構包括絲杠及套置在絲杠上的推動塊，伸縮塊上開設有用于對推動塊進行限位的卡槽，第一、第二定位盤的相對位置處均開設有絲杠轉孔，蠕動電機通過第三齒輪傳動機構驅動絲杠轉動，第三齒輪傳動機構包括第五齒輪和與第五齒輪相嚙合的第六齒輪，第五齒輪套置在蠕動電機的輸出軸上，第六齒輪套置在絲杠的一端，第五、第六齒輪均位于第一、第二定位盤之間。
[0014]所述伸縮塊的后端與轉板之間設置有第四定位盤，第四定位盤與伸縮塊的后端固連、與轉板之間存在間隙，所述轉動軸安裝在第四定位盤和轉板之間，第四定位盤與轉板之間還設置有第三轉軸，所述轉動電機位于第四定位盤的后側；所述第二齒輪傳動機構包括安裝在轉動電機的輸出軸上的第七齒輪、套置在第三轉軸上且與第七齒輪相嚙合的第八齒輪、套置在第三轉軸上的第十齒輪、套置在轉動軸上且與第十齒輪相嚙合的第九齒輪、套置在轉動軸上的第十二齒輪以及與第十二齒輪相嚙合的第十一齒輪，所述電位計安裝在第i 齒輪的齒輪軸的軸端且位于第二定位盤和第四定位盤之間。
[0015]各關節(jié)模塊上均設置有用于對擺動部、蠕動部和轉動部進行控制的關節(jié)電機控制器，蛇頭上設置有用于對各關節(jié)電機控制器進行控制的整機控制器。
[0016]第一、第二定位盤之間還設置有加強架，所述加強架包括兩塊分別與第一、第二定位盤相連的定位板以及連接兩定位塊的連接板。
[0017]由于采用了上述技術方案，本發(fā)明所取得的有益效果為:
[0018]1、本發(fā)明在傳統(tǒng)的蛇形擺動運動的基礎上增加了蠕動運動功能，使得蛇形機器人不僅可以在寬闊空間中實現(xiàn)蛇形的蜿蜒擺動運動，還可以在狹窄空間中實現(xiàn)類似于蚯蚓的蠕動運動，擴大了蛇形機器人的環(huán)境適應能力。
[0019]2、本發(fā)明結構緊湊，自動化程度較高，安裝維護方便。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明的結構示意圖。
[0021]圖2為本發(fā)明中的關節(jié)模塊從一側看過去的結構示意圖。
[0022]圖3為本發(fā)明中的關節(jié)模塊從另一側看過去的結構示意圖。
[0023]圖4為圖3中A處的局部放大圖。
[0024]圖5為圖3中B處的局部放大圖。
[0025]其中，[0026]1、蛇頭2、蛇尾3、關節(jié)模塊本體301、第一定位盤302、第二定位盤303、連桿304、定位板305、連接板4、擺動部401、擺動電機402、擺板403、第一齒輪404、第二齒輪405、第三齒輪406、第四齒輪407、第一螺旋齒輪408、第二螺旋齒輪409、擺臂410、擺動軸411、第一定位架412、第二定位架413、第三定位盤5、蠕動部501、蠕動電機502、推動塊503、絲杠504、第六齒輪505、伸縮塊506、卡槽507、絲杠轉孔6、第四定位盤7、轉動部701、轉板702、轉動電機703、第七齒輪704、第八齒輪705、第三轉軸706、第十齒輪707、第九齒輪708、第十二齒輪709、轉動軸
【具體實施方式】
[0027]下面結合附圖和具體的實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明，但本發(fā)明并不限于這些實施例。
[0028]如圖1、圖2及圖3所示，具有蠕動和擺動功能的蛇形機器人，包括蛇頭1、蛇尾2及安裝在所述蛇頭I和蛇尾2之間且首尾順次相連的多個關節(jié)模塊，各關節(jié)模塊均包括關節(jié)模塊本體2，各關節(jié)模塊本體3的前側設置有擺動部4、中間設置有蠕動部5、后側設置有轉動部7 ;所述關節(jié)模塊本體3包括兩相互平行的定位盤，其分別為第一定位盤301和第二定位盤302第一、第二定位盤通過兩根相互平行的連桿303相連，第一、第二定位盤之間還設置有加強架，所述加強架包括兩塊分別與第一、第二定位盤相連的定位板304以及連接兩定位塊的連接板305 ;各關節(jié)模塊上均設置有用于對擺動部4、蠕動部5和轉動部7進行控制的關節(jié)電機控制器，由于各關節(jié)模塊的總體運動軌跡相同，但各關節(jié)模塊在某一刻的動作軌跡不同，因此，蛇頭I上設置有用于對各關節(jié)電機控制器進行控制的整機控制器。
[0029]如圖2、圖3及圖4所示，所述擺動部4包括擺板402、擺動軸410和擺動電機401，擺動軸410安裝在第一定位盤301的前側，擺板402位于擺動軸410的前方，擺動電機401安裝在第一、第二定位盤之間，擺動電機401通過第一齒輪傳動機構驅動擺動軸410轉動，擺板402通過擺臂409與擺動軸410固定連接；所述第一定位盤301的前方固連有第三定位盤413，第三定位盤413的前端設置有用于安裝所述擺動軸410的第一定位架411 ;所述擺臂409呈U型，其一端與擺板402固連，另一端與擺動軸410的兩端固連；所述第一齒輪傳動機構包括安裝在擺動電機401的輸出軸上的第一齒輪403、與第一齒輪403相卩齒合的第二齒輪404、與第二齒輪404套置在同一轉軸上的第三齒輪405、與第三齒輪405相嚙合的第四齒輪406、與第四齒輪406套置在同一轉軸上的第一螺旋齒輪407以及套置在擺動軸410上的第二螺旋齒輪408，所述第一、第二、第三及第四齒輪均位于第一定位盤301和第三定位盤413之間，第一、第三定位盤之間設置有用于安裝第二、第三齒輪的第一轉軸，第一螺旋齒輪407位于第三定位盤413的前方且位于第二螺旋齒輪408的下方，第四齒輪406和第一螺旋齒輪407安裝在第二轉軸上，第三定位盤413的前端面上設置有用于安裝第二轉軸的第二定位架412，第二轉軸的一端安裝在第一定位盤301上，另一端安裝在第二定位架412上。
[0030]如圖2及圖3所示，所述蠕動部5包括伸縮塊505和蠕動電機501，伸縮塊505安裝在關節(jié)模塊本體3的中部，蠕動電機501安裝在第一、第二定位盤之間，蠕動電機501通過絲杠機構驅動伸縮塊505做直線伸縮運動；所述伸縮塊505的一端位于第一、第二定位盤之間，另一端位于第二定位盤302的后側，伸縮塊505為中空結構，所述絲杠機構包括絲杠503及套置在絲杠503上的推動塊502，伸縮塊505上開設有用于對推動塊502進行限位的卡槽506，第一、第二定位盤的相對位置處均開設有絲杠轉孔507，蠕動電機501通過第三齒輪傳動機構驅動絲杠503轉動，第三齒輪傳動機構包括第五齒輪和與第五齒輪相嚙合的第六齒輪504，第五齒輪套置在蠕動電機501的輸出軸上，第六齒輪504套置在絲杠503的一端，第五、第六齒輪均位于第一、第二定位盤之間。
[0031] 如圖2、圖3及圖5所示，所述轉動部7包括轉板701、轉動軸709、轉動電機702和用于測量轉動軸709轉過角度的電位計711，轉動軸709安裝在關節(jié)模塊本體的后側，轉動電機702通過第二齒輪傳動機構驅動轉板701繞轉動軸709轉動；所述伸縮塊505的后端與轉板701之間設置有第四定位盤6，第四定位盤6與伸縮塊505的后端固連、與轉板701之間存在間隙，所述轉動軸709安裝在第四定位盤6和轉板701之間，第四定位盤6與轉板701之間還設置有第三轉軸705，所述轉動電機702位于第四定位盤6的后側；所述第二齒輪傳動機構包括安裝在轉動電機702的輸出軸上的第七齒輪703、套置在第三轉軸705上且與第七齒輪703相嚙合的第八齒輪704、套置在第三轉軸705上的第十齒輪706、套置在轉動軸709上且與第十齒輪706相嚙合的第九齒輪707、套置在轉動軸709上的第十二齒輪708以及與第十二齒輪708相嚙合的第十一齒輪710，所述電位計711安裝在第十一齒輪710的齒輪軸的軸端且位于第二定位盤302和第四定位盤6之間；轉動電機702運轉時，帶動第七齒輪703旋轉，第七齒輪703帶動第八齒輪704旋轉，從而帶動與第八齒輪704同樣套置在第三轉軸705上的第十齒輪706旋轉，與第十齒輪706相嚙合的第九齒輪707轉動，進而帶動轉板701的轉動，與第九齒輪707同樣套置在轉動軸709上的第十二齒輪帶動第十一齒輪710的轉動，進而帶動電位計711的轉動，從而測量轉動軸709所轉過的角度。
[0032]本發(fā)明中的蛇形機器人包括首尾順次相連的多個關節(jié)模塊，其中，前一個關節(jié)模塊的擺板402固定在后一個關節(jié)模塊的轉板701上，實現(xiàn)了關節(jié)模塊間的串行連接，使得蛇形機器人具有擺動、繞轉動軸扭轉以及沿蛇形機器人的機身伸縮的功能；當蛇形機器人身處不同的作業(yè)環(huán)境時，關節(jié)電機控制器會控制與作業(yè)環(huán)境相適應的電機進行運轉，從而使蛇形機器人進行不同的運動，增強了蛇形機器人的環(huán)境適應能力。
[0033]本發(fā)明中未述及的部分采用或借鑒已有技術即可實現(xiàn)。
[0034]在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術語“中部”、“上”、“下”、“前”、“后”、“頂”、“底”
等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。
[0035]此外，術語“第一”、“第二”、“第三”及“第四”僅用于描述目的，而不能理解為指示
或暗示相對重要性。
[0036]盡管本文較多地使用了蛇頭1、關節(jié)模塊本體3、第一定位盤301、連接板305、擺動板4、擺板402、擺臂409、蠕動部5、蠕動電機501、絲杠503、卡槽506、轉動部7、轉動電機702、第九齒輪704等術語，但并不排除使用其它術語的可能性。使用這些術語僅僅是為了更方便地描述和解釋本發(fā)明的本質(zhì)；把它們解釋成任何一種附加的限制都是與本發(fā)明精神相違背的。
[0037]需要進一步說明的是，本文中所描述的具體實施例僅僅是對本發(fā)明的精神所作的舉例說明。本發(fā)明所屬【技術領域】的技術人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，但并不會偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權利要求書所定義的范圍。
【權利要求】
1.具有蠕動和擺動功能的蛇形機器人，其特征在于:包括蛇頭、蛇尾及安裝在所述蛇頭和蛇尾之間且首尾順次相連的多個關節(jié)模塊，各關節(jié)模塊均包括關節(jié)模塊本體，各關節(jié)模塊本體的前側設置有擺動部、中間設置有蠕動部、后側設置有轉動部。
2.根據(jù)權利要求1所述的具有蠕動和擺動功能的蛇形機器人，其特征在于:所述關節(jié)模塊本體包括兩相互平行的定位盤，其分別為第一定位盤和第二定位盤，第一、第二定位盤通過兩根相互平行的連桿相連。
3.根據(jù)權利要求2所述的具有蠕動和擺動功能的蛇形機器人，其特征在于:所述擺動部包括擺板、擺動軸和擺動電機，擺動軸安裝在第一定位盤的前側，擺板位于擺動軸的前方，擺動電機安裝在第一、第二定位盤之間，擺動電機通過第一齒輪傳動機構驅動擺動軸轉動，擺板通過擺臂與擺動軸固定連接。
4.根據(jù)權利要求2所述的具有蠕動和擺動功能的蛇形機器人，其特征在于:所述蠕動部包括伸縮塊和蠕動電機，伸縮塊安裝在關節(jié)模塊本體的中部，蠕動電機安裝在第一、第二定位盤之間,蠕動電機通過絲杠機構驅動伸縮塊做直線伸縮運動。
5.根據(jù)權利要求4所述的具有蠕動和擺動功能的蛇形機器人，其特征在于:所述轉動部包括轉板、轉動軸、轉動電機和用于測量轉動軸轉過角度的電位計，轉動軸安裝在關節(jié)模塊本體的后側，轉動電機通過第二齒輪傳動機構驅動轉板繞轉動軸轉動。
6.根據(jù)權利要求3所述的具有蠕動和擺動功能的蛇形機器人，其特征在于:所述第一定位盤的前方固連有第三定位盤，第三定位盤的前端設置有用于安裝所述擺動軸的第一定位架；所述擺臂呈U型，其一端與擺板固連，另一端與擺動軸的兩端固連；所述第一齒輪傳動機構包括安裝在擺動電機的輸出軸上的第一齒輪、與第一齒輪相嚙合的第二齒輪、與第二齒輪套置在同一轉軸上的第三齒輪、與第三齒輪相嚙合的第四齒輪、與第四齒輪套置在同一轉軸上的第一螺旋齒輪以及套置在擺動軸上的第二螺旋齒輪，所述第一、第二、第三及第四齒輪均位于第一定位盤和第三定位盤之間，第一、第三定位盤之間設置有用于安裝第二、第三齒輪的第一轉軸，第一螺旋齒輪位于第三定位盤的前方且位于第二螺旋齒輪的下方，第四齒輪和第一螺旋齒輪安裝在第二轉軸上，第三定位盤的前端面上設置有用于安裝第二轉軸的第二定位架，第二轉軸的一端安裝在第一定位盤上，另一端安裝在第二定位架上。
7.根據(jù)權利要求4所述的具有蠕動和擺動功能的蛇形機器人，其特征在于:所述伸縮塊的一端位于第一、第二定位盤之間，另一端位于第二定位盤的后側，伸縮塊為中空結構，所述絲杠機構包括絲杠及套置在絲杠上的推動塊，伸縮塊上開設有用于對推動塊進行限位的卡槽，第一、第二定位盤的相對位置處均開設有絲杠轉孔，蠕動電機通過第三齒輪傳動機構驅動絲杠轉動，第三齒輪傳動機構包括第五齒輪和與第五齒輪相嚙合的第六齒輪，第五齒輪套置在蠕動電機的輸出軸上，第六齒輪套置在絲杠的一端，第五、第六齒輪均位于第一、第二定位盤之間。
8.根據(jù)權利要求5所述的具有蠕動和擺動功能的蛇形機器人，其特征在于:所述伸縮塊的后端與轉板之間設置有第四定位盤，第四定位盤與伸縮塊的后端固連、與轉板之間存在間隙，所述轉動軸安裝在第四定位盤和轉板之間，第四定位盤與轉板之間還設置有第三轉軸，所述轉動電機位于第四定位盤的后側；所述第二齒輪傳動機構包括安裝在轉動電機的輸出軸上的第七齒輪、套置在第三轉軸上且與第七齒輪相嚙合的第八齒輪、套置在第三轉軸上的第十齒輪、套置在轉動軸上且與第十齒輪相嚙合的第九齒輪、套置在轉動軸上的第十二齒輪以及與第十二齒輪相嚙合的第十一齒輪，所述電位計安裝在第十一齒輪的齒輪軸的軸端且位于第二定位盤和第四定位盤之間。
9.根據(jù)權利要求1所述的具有蠕動和擺動功能的蛇形機器人，其特征在于:各關節(jié)模塊上均設置有用于對擺動部、蠕動部和轉動部進行控制的關節(jié)電機控制器，蛇頭上設置有用于對各關節(jié)電機控制器進行控制的整機控制器。
10.根據(jù)權利要求2所述的具有蠕動和擺動功能的蛇形機器人，其特征在于:第一、第二定位盤之間還設置有加強架，第一、第二定位盤之間還設置有加強架，所述加強架包括兩塊分別與第一、第二 定位盤相連的定位板以及連接兩定位塊的連接板。
【文檔編號】B25J17/00GK103909520SQ201410075903
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年3月4日 優(yōu)先權日:2014年3月4日
【發(fā)明者】馬書根, 孫翊, 王坤東, 張磊 申請人:青島海藝自動化技術有限公司