蛇形偵查機(jī)器人的制作方法
【專(zhuān)利摘要】蛇形偵查機(jī)器人，它涉及一種機(jī)器人。本實(shí)用新型為了解決現(xiàn)有的蛇形機(jī)器人存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜，并且制造成本高的問(wèn)題。本實(shí)用新型包括多個(gè)驅(qū)動(dòng)單元、頭部和多個(gè)連接桿，相鄰兩個(gè)驅(qū)動(dòng)單元之間通過(guò)一個(gè)連接桿可轉(zhuǎn)動(dòng)連接，頭部固定設(shè)置在多個(gè)驅(qū)動(dòng)單元的一端，所述每個(gè)驅(qū)動(dòng)單元均包括第一舵機(jī)、第一連接件、第二舵機(jī)和第二連接件，第一舵機(jī)豎直可轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置在第一連接件內(nèi)，第二連接件水平設(shè)置，且第二連接件與第一連接件之間固定連接，第二舵機(jī)平行可轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置在第二連接件上，連接桿的一端與一個(gè)驅(qū)動(dòng)單元中的第一舵機(jī)連接，連接桿的另一端與相鄰一個(gè)驅(qū)動(dòng)單元的第二舵機(jī)連接。本實(shí)用新型用于偵查。
【專(zhuān)利說(shuō)明】蛇形偵查機(jī)器人
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種機(jī)器人，具體涉及一種蛇形偵查機(jī)器人。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，蛇形機(jī)器人的研究受到了國(guó)內(nèi)外的廣泛關(guān)注，并取得了許多進(jìn)展。蛇形機(jī)器人比傳統(tǒng)的兩足式機(jī)器人或者履帶機(jī)器人具有更好的運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性和環(huán)境適應(yīng)能力，適合在水下地下管道、凹凸不平或泥濘的地面、墻壁之間的狹小裂縫、外星球失重狀態(tài)等特殊的環(huán)境中運(yùn)動(dòng)，具有廣闊的應(yīng)用前景。蛇形機(jī)器人的結(jié)構(gòu)大體上是由多模塊串聯(lián)而成。模塊框架是蛇形機(jī)器人的主體結(jié)構(gòu)，可以起到傳遞運(yùn)動(dòng)、保護(hù)機(jī)體、裝載機(jī)器人所需部件等多種功能。目前蛇形機(jī)器人采用的框架結(jié)構(gòu)主要有剛性管、功能模塊以及柔性結(jié)構(gòu)三種。
[0003]蛇形機(jī)器人各個(gè)模塊關(guān)節(jié)之間的連接方式對(duì)蛇形機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)有很大的影響，關(guān)節(jié)的連接方式?jīng)Q定了蛇形機(jī)器人可以做什么樣的運(yùn)動(dòng)。常見(jiàn)的關(guān)節(jié)連接方式是平行關(guān)節(jié)，正交關(guān)節(jié)，P-R關(guān)節(jié)和萬(wàn)向節(jié)等。其中平行關(guān)節(jié)只有一個(gè)自由度，使得蛇形機(jī)器人只能完成二維平面上的一些簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)，但是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于控制；正交關(guān)節(jié)則是由一個(gè)垂直關(guān)節(jié)和一個(gè)平行關(guān)節(jié)組成，這樣本來(lái)只有一個(gè)自由度的關(guān)節(jié)連接起來(lái)以后就具有了水平方向和垂直方向上運(yùn)動(dòng)的能力，以完成不完整的三維空間運(yùn)動(dòng)，具有較多的運(yùn)動(dòng)模式；P_R關(guān)節(jié)和萬(wàn)向節(jié)一樣都可以進(jìn)行完整三維空間運(yùn)動(dòng)，具有很好的空間靈活性。正交關(guān)節(jié)、P-R節(jié)和萬(wàn)向節(jié)都具有空間運(yùn)動(dòng)的能力，目前應(yīng)用較多的還是正交關(guān)節(jié)，因其相關(guān)的分析和計(jì)算要比其它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單一些。
[0004]有些蛇形機(jī)器人采取帶輪子的模塊串聯(lián)而成，運(yùn)動(dòng)由輪子驅(qū)動(dòng)或蛇體內(nèi)的行波傳播產(chǎn)生。這樣的蛇形機(jī)器人便于控制，但是降低了機(jī)器人對(duì)于外部環(huán)境的適應(yīng)性；另一類(lèi)是只由剛性連桿組成的鏈狀結(jié)構(gòu)，運(yùn)動(dòng)由關(guān)節(jié)之間的扭轉(zhuǎn)作用產(chǎn)生。機(jī)器人各個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)主要由驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生。目前機(jī)器人大多采用伺服電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)器。相比其他驅(qū)動(dòng)方式如氣動(dòng)、液壓等，這種驅(qū)動(dòng)方式更為簡(jiǎn)單有效。綜合蛇形機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀，現(xiàn)有的蛇形機(jī)器人存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜，并且制造成本高的問(wèn)題。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本實(shí)用新型的目的是為了解決現(xiàn)有的蛇形機(jī)器人存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜，并且制造成本高的問(wèn)題，進(jìn)而提供一種蛇形偵查機(jī)器人。
[0006]本實(shí)用新型的技術(shù)方案是:蛇形偵查機(jī)器人包括多個(gè)驅(qū)動(dòng)單元A，所述蛇形偵查機(jī)器人還包括頭部C和多個(gè)連接桿B，相鄰兩個(gè)驅(qū)動(dòng)單元A之間通過(guò)一個(gè)連接桿B可轉(zhuǎn)動(dòng)連接，頭部C固定設(shè)置在多個(gè)驅(qū)動(dòng)單元A的一端，所述每個(gè)驅(qū)動(dòng)單元A均包括第一舵機(jī)1、第一連接件2、第二舵機(jī)3和第二連接件4，第一舵機(jī)I豎直可轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置在第一連接件2內(nèi)，第二連接件4水平設(shè)置，且第二連接件4與第一連接件2之間固定連接，第二舵機(jī)3平行可轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置在第二連接件4上，連接桿B的一端與一個(gè)驅(qū)動(dòng)單元A中的第一舵機(jī)I連接，連接桿B的另一端與相鄰一個(gè)驅(qū)動(dòng)單元A的第二舵機(jī)3連接。[0007]所述連接桿B為Z字形連接桿。
[0008]所述第一連接件2和第二連接件4均為槽型連接桿。
[0009]所述槽型連接桿的底面和側(cè)面均設(shè)有螺紋孔5。
[0010]所述螺紋孔5的直徑為3cm。
[0011 ] 所述蛇形偵查機(jī)器人還包括多個(gè)螺栓6，第二連接件4與第一連接件2之間通過(guò)多個(gè)螺栓6固定連接。
[0012]本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下效果:
[0013]1.本實(shí)用新型的蛇形機(jī)器人在平面上的運(yùn)動(dòng)大致可分解為兩個(gè)步驟:首先是借由蛇形機(jī)器人關(guān)節(jié)處舵機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)使蛇形機(jī)器人的形狀發(fā)生改變，其次這種形狀的改變與蛇形機(jī)器人與地面之間的摩擦力產(chǎn)生向前的合力，驅(qū)動(dòng)蛇形機(jī)器人向前運(yùn)動(dòng)。也即蛇形機(jī)器人形狀的改變(關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩一關(guān)節(jié)角度)及由此而來(lái)的慣性運(yùn)動(dòng)(關(guān)節(jié)角度一慣性方位)最終導(dǎo)致機(jī)器人運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變。
[0014]2.本實(shí)用新型的單元模塊化，使其具有可重構(gòu)性，此時(shí)蛇形機(jī)器人就可以根據(jù)模塊的不同組合來(lái)改變其形狀和大小，以此來(lái)適應(yīng)不同工作環(huán)境和任務(wù)的需求。并且由于單元模塊化使本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單靈活，可以在不同的環(huán)境中實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)形式。這樣設(shè)計(jì)出來(lái)的蛇形機(jī)器人具有很高的通用性、魯棒性和經(jīng)濟(jì)性，即極大的增加了蛇形機(jī)器人的環(huán)境適應(yīng)能力，又減少了制造成本，避免了繁雜的重復(fù)性工作。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1是本實(shí)用新型的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]【具體實(shí)施方式】一:結(jié)合圖1說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式包括多個(gè)驅(qū)動(dòng)單元A，所述蛇形偵查機(jī)器人還包括頭部C和多個(gè)連接桿B，相鄰兩個(gè)驅(qū)動(dòng)單元A之間通過(guò)一個(gè)連接桿B可轉(zhuǎn)動(dòng)連接，頭部C固定設(shè)置在多個(gè)驅(qū)動(dòng)單元A的一端，所述每個(gè)驅(qū)動(dòng)單元A均包括第一舵機(jī)1、第一連接件2、第二舵機(jī)3和第二連接件4，第一舵機(jī)I豎直可轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置在第一連接件2內(nèi)，第二連接件4水平設(shè)置，且第二連接件4與第一連接件2之間固定連接，第二舵機(jī)3平行可轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置在第二連接件4上，連接桿B的一端與一個(gè)驅(qū)動(dòng)單元A中的第一舵機(jī)I連接，連接桿B的另一端與相鄰一個(gè)驅(qū)動(dòng)單元A的第二舵機(jī)3連接。
[0017]作為一種優(yōu)選方式，本實(shí)施方式的連接桿B為Z字形連接桿。
[0018]作為一種優(yōu)選方式，本實(shí)施方式的第一連接件2和第二連接件4均為槽型連接桿。
[0019]作為一種優(yōu)選方式，本實(shí)施方式的槽型連接桿的底面和側(cè)面均設(shè)有螺紋孔5。
[0020]作為一種優(yōu)選方式，本實(shí)施方式的螺紋孔5的直徑為3cm。
[0021]作為一種優(yōu)選方式，本實(shí)施方式的蛇形偵查機(jī)器人還包括多個(gè)螺栓6，第二連接件4與第一連接件2之間通過(guò)多個(gè)螺栓6固定連接。
[0022]工作原理:
[0023]通過(guò)控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)問(wèn)題主要在于怎樣協(xié)調(diào)各個(gè)關(guān)節(jié)組成的單元體之間的通信和實(shí)現(xiàn)各單元之間的協(xié)調(diào)控制。一般采用的是上下位機(jī)兩級(jí)計(jì)算機(jī)控制方案，由上位機(jī)完成對(duì)蛇形機(jī)器人的實(shí)時(shí)監(jiān)控，姿態(tài)跟蹤，在線仿真，路徑規(guī)劃等，下位機(jī)則主要是單片機(jī)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)板，負(fù)責(zé)接受并傳達(dá)上位機(jī)的指令，收集和處理蛇形機(jī)器人自帶的傳感器傳來(lái)的各種信息并傳送給上位機(jī)等等。當(dāng)信號(hào)指令傳輸?shù)蕉鄠€(gè)驅(qū)動(dòng)單元A時(shí)，多個(gè)驅(qū)動(dòng)單元A的第一舵機(jī)I和第二舵機(jī)3通過(guò)第一連接件2和第二連接件4來(lái)實(shí)行整個(gè)行動(dòng)操作。
[0024]蛇形機(jī)器人的控制主要是通過(guò)調(diào)整機(jī)器人各項(xiàng)參數(shù)使蛇形機(jī)器人以給定的運(yùn)動(dòng)軌跡以及速度運(yùn)動(dòng)，在能實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制的情況下機(jī)器人應(yīng)當(dāng)有能力自行調(diào)整運(yùn)動(dòng)方式、運(yùn)動(dòng)軌跡以及速度等實(shí)現(xiàn)避障、攀爬等運(yùn)動(dòng)繼而完成任務(wù)。
[0025]蛇形機(jī)器人的控制方法主要可分為兩大類(lèi)。一類(lèi)是基于蛇形機(jī)器人的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行控制，包括基于運(yùn)動(dòng)學(xué)模型的控制以及基于動(dòng)力學(xué)模型的控制?；谶\(yùn)動(dòng)學(xué)模型控制時(shí)主要是通過(guò)改變蛇形機(jī)器人運(yùn)動(dòng)時(shí)的蜿蜒曲線來(lái)進(jìn)行，基于動(dòng)力學(xué)模型控制時(shí)主要是建立相應(yīng)的力學(xué)方程并由此衍生出運(yùn)動(dòng)方程，然后對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的控制。另一類(lèi)則是基于傳感器進(jìn)行控制，這種控制方法一般應(yīng)用于蛇形機(jī)器人的姿態(tài)跟蹤以及路徑規(guī)劃。
【權(quán)利要求】
1.一種蛇形偵查機(jī)器人，它包括多個(gè)驅(qū)動(dòng)單元(A)，其特征在于:所述蛇形偵查機(jī)器人還包括頭部(C)和多個(gè)連接桿(B)，相鄰兩個(gè)驅(qū)動(dòng)單元(A)之間通過(guò)一個(gè)連接桿(B)可轉(zhuǎn)動(dòng)連接，頭部(C)固定設(shè)置在多個(gè)驅(qū)動(dòng)單元(A)的一端，所述每個(gè)驅(qū)動(dòng)單元(A)均包括第一舵機(jī)(I)、第一連接件(2)、第二舵機(jī)(3)和第二連接件(4)，第一舵機(jī)(I)豎直可轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置在第一連接件(2)內(nèi)，第二連接件(4)水平設(shè)置，且第二連接件(4)與第一連接件(2)之間固定連接，第二舵機(jī)(3)平行可轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置在第二連接件(4)上，連接桿(B)的一端與一個(gè)驅(qū)動(dòng)單元(A)中的第一舵機(jī)(I)連接，連接桿(B)的另一端與相鄰一個(gè)驅(qū)動(dòng)單元(A)的第二舵機(jī)(3)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蛇形偵查機(jī)器人，其特征在于:所述連接桿(B)為Z字形連接桿。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的蛇形偵查機(jī)器人，其特征在于:所述第一連接件(2)和第二連接件(4)均為槽型連接桿。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的蛇形偵查機(jī)器人，其特征在于:所述槽型連接桿的底面和側(cè)面均設(shè)有螺紋孔(5)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的蛇形偵查機(jī)器人，其特征在于:所述螺紋孔(5)的直徑為3cm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蛇形偵查機(jī)器人，其特征在于:所述蛇形偵查機(jī)器人還包括多個(gè)螺栓(6)，第二連接件(4)與第一連接件(2)之間通過(guò)多個(gè)螺栓(6)固定連接。
【文檔編號(hào)】B25J9/06GK203726486SQ201420111692
【公開(kāi)日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2014年3月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月13日
【發(fā)明者】王妍瑋, 孟浩, 張藝漫 申請(qǐng)人:哈爾濱石油學(xué)院, 王妍瑋