本發(fā)明屬于仿生機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種蛇形機(jī)器人，特別是涉及一種具有正交關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的蛇形機(jī)器人。

背景技術(shù)：

蛇形機(jī)器人具有易于偽裝、隱蔽性強(qiáng)等特點(diǎn)，復(fù)雜地形通過(guò)能力強(qiáng)，能夠代替或部分代替操作人員完成危險(xiǎn)的工作，如偵查、搜救、巡邏、管道檢測(cè)和空間探索等。然而，現(xiàn)有的蛇形機(jī)器人通常存在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理、質(zhì)量分布不均勻，體型笨重、不夠靈活，空間自由度不夠好、冗余度不夠高等缺陷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種體積小巧、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、操作簡(jiǎn)單、運(yùn)動(dòng)靈活、空間自由度高的具有正交關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的蛇形機(jī)器人。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：

一種具有正交關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的蛇形機(jī)器人，包括通過(guò)多個(gè)關(guān)節(jié)連接件4依次首尾連接的一個(gè)蛇頭關(guān)節(jié)1、多個(gè)蛇身關(guān)節(jié)2和一個(gè)蛇尾關(guān)節(jié)3。每個(gè)所述蛇身關(guān)節(jié)2上均設(shè)有水平轉(zhuǎn)動(dòng)輸出的橫向舵機(jī)51和豎直轉(zhuǎn)動(dòng)輸出的縱向舵機(jī)52；所述關(guān)節(jié)連接件4為平板折成的u形結(jié)構(gòu)，包括水平板41和位于水平板41兩側(cè)并與水平板41垂直的兩個(gè)縱向板42；所述縱向板42與相鄰兩個(gè)蛇身關(guān)節(jié)2中前方蛇身關(guān)節(jié)2的縱向舵機(jī)52輸出軸50固定連接，所述水平板41與相鄰兩個(gè)蛇身關(guān)節(jié)2中后方蛇身關(guān)節(jié)2的橫向舵機(jī)51輸出軸50固定連接。

進(jìn)一步，所述蛇身關(guān)節(jié)2包括設(shè)置在蛇身支架21上用于與前方相鄰關(guān)節(jié)連接的橫向舵機(jī)51、與后方相鄰關(guān)節(jié)連接的縱向舵機(jī)52，以及用于供電的電池6和用于控制的電路板7；所述電池6與電路板7電連接，所述電路板7與橫向舵機(jī)51和縱向舵機(jī)52電連接。

進(jìn)一步，所述蛇頭關(guān)節(jié)1包括設(shè)置在蛇頭支架11上用于與后方相鄰關(guān)節(jié)連接的縱向舵機(jī)52，用于供電的電池6和用于控制的電路板7，以及設(shè)置在蛇頭支架11前端的蛇頭蓋12；所述電池6與電路板7電連接，所述電路板7與縱向舵機(jī)52電連接。

進(jìn)一步，所述蛇尾關(guān)節(jié)3包括設(shè)置在蛇尾支架31上用于與前方相鄰關(guān)節(jié)連接的橫向舵機(jī)51，用于供電的電池6和用于控制的電路板7，以及設(shè)置在蛇尾支架31后端的蛇尾蓋32；所述電池6與電路板7電連接，所述電路板7與橫向舵機(jī)51電連接。

進(jìn)一步，所述關(guān)節(jié)連接件4包括水平板41和位于水平板41兩側(cè)并與水平板41垂直的兩個(gè)縱向板42；所述水平板41上設(shè)有用于連接橫向舵機(jī)51的第三通孔43，所述縱向板42上設(shè)有用于連接縱向舵機(jī)52的第四通孔44；所述橫向舵機(jī)51、縱向舵機(jī)52的輸出軸50通過(guò)連接盤8實(shí)現(xiàn)與水平板41的第三通孔43和縱向板42的第四通孔44實(shí)現(xiàn)連接固定。

進(jìn)一步，所述橫向舵機(jī)51和縱向舵機(jī)52為結(jié)構(gòu)相同的長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，橫向舵機(jī)51和縱向舵機(jī)52的前、后表面53均為矩形，相對(duì)的兩個(gè)側(cè)面54均設(shè)有輸出軸50。

本發(fā)明提供的一種具有正交關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的蛇形機(jī)器人，各個(gè)關(guān)節(jié)采用正交驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，可以提高蛇形機(jī)器人的靈活性和可操作性，能夠同時(shí)進(jìn)行蜿蜒運(yùn)動(dòng)(即水平面s形運(yùn)動(dòng))和蠕動(dòng)(即豎直面s形運(yùn)動(dòng))動(dòng)作。蛇身關(guān)節(jié)采用雙舵機(jī)正交驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，體積小巧，運(yùn)動(dòng)靈活，提高了復(fù)雜環(huán)境的通過(guò)性和操控性。蛇形機(jī)器人采用模塊化設(shè)計(jì)，可任意增加或減少蛇身模塊，拓展了蛇形機(jī)器人的應(yīng)用范圍；不同關(guān)節(jié)組件采用相同的舵機(jī)、關(guān)節(jié)連接件等部件，采用了減少了維修難度。

附圖說(shuō)明

圖1是蛇形機(jī)器人的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是蛇身關(guān)節(jié)整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是蛇身關(guān)節(jié)主視圖；

圖4是蛇身關(guān)節(jié)俯視圖；

圖5是蛇身關(guān)節(jié)右視圖；

圖6是蛇身支架結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7是關(guān)節(jié)連接件結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8是舵機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9是舵機(jī)連接盤結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10是電池結(jié)構(gòu)示意圖；

圖11是控制板結(jié)構(gòu)示意圖；

圖12是蛇頭關(guān)節(jié)整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖13是蛇頭關(guān)節(jié)主視圖；

圖14是蛇頭關(guān)節(jié)俯視圖；

圖15是蛇頭關(guān)節(jié)左視圖；

圖16是蛇頭支架結(jié)構(gòu)示意圖；

圖17是蛇頭蓋結(jié)構(gòu)示意圖；

圖18是蛇尾關(guān)節(jié)整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖19是蛇尾關(guān)節(jié)主視圖；

圖20是蛇尾關(guān)節(jié)俯視圖；

圖21是蛇尾關(guān)節(jié)左視圖；

圖22是蛇尾支架結(jié)構(gòu)示意圖；

圖23是蛇尾蓋結(jié)構(gòu)示意圖；

圖24是控制系統(tǒng)原理框圖；

圖25是主控系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖26是從控系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖1至26，進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明一種具有正交關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的蛇形機(jī)器人的具體實(shí)施方式。特別說(shuō)明的是：實(shí)施例中所述“前”、“前方”或“后”、“后方”等表述，僅表示當(dāng)蛇形機(jī)器人為直線狀態(tài)時(shí)的蛇尾至蛇頭方向或反方向，并不表示蛇形機(jī)器人前進(jìn)的方向；所述“蛇頭”和“蛇尾”僅為組件的名稱，并不表示蛇形機(jī)器人前進(jìn)時(shí)“蛇頭”必須向前。本發(fā)明一種具有正交關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的蛇形機(jī)器人不限于以下實(shí)施例的描述。

實(shí)施例1：

本實(shí)施例給出一種具有正交關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)蛇形機(jī)器人的具體實(shí)施方式。

如圖1所示，是一種具有正交關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的蛇形機(jī)器人，包括通過(guò)多個(gè)關(guān)節(jié)連接件4依次首尾連接的一個(gè)蛇頭關(guān)節(jié)1、多個(gè)蛇身關(guān)節(jié)2和一個(gè)蛇尾關(guān)節(jié)3。所述蛇頭關(guān)節(jié)1、蛇身關(guān)節(jié)2和蛇尾關(guān)節(jié)3均為近似長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，各關(guān)節(jié)沿垂直蛇身方向的縱截面的形狀基本一致，均為正方形或矩形，從而在確保狹窄空間的通過(guò)性。優(yōu)選的，為了保持穩(wěn)定減少側(cè)翻，截面為寬度大于高度的矩形。

如圖2至5所示，蛇身關(guān)節(jié)2的蛇身支架21中設(shè)置有水平轉(zhuǎn)動(dòng)輸出的橫向舵機(jī)51和豎直轉(zhuǎn)動(dòng)輸出的縱向舵機(jī)52。所述橫向舵機(jī)51縱向舵機(jī)52的輸出方向在空間中垂直正交。優(yōu)選的，橫向舵機(jī)51和縱向舵機(jī)52可以采用結(jié)構(gòu)相同的舵機(jī)5，根據(jù)安裝位置和角度的不同，從功能上區(qū)分為橫向舵機(jī)51和縱向舵機(jī)52。如圖8所示，舵機(jī)5為長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，舵機(jī)5的前、后表面53為矩形，相對(duì)的兩個(gè)側(cè)面54均設(shè)有輸出軸50。

如圖7所示，所述關(guān)節(jié)連接件4為平板折成的u形結(jié)構(gòu)，包括水平板41和位于水平板41兩側(cè)并與水平板41垂直的兩個(gè)縱向板42。所述縱向板42與相鄰兩個(gè)蛇身關(guān)節(jié)2中前方蛇身關(guān)節(jié)2的縱向舵機(jī)52輸出軸50固定連接，所述水平板41與相鄰兩個(gè)蛇身關(guān)節(jié)2中后方蛇身關(guān)節(jié)2的橫向舵機(jī)51輸出軸50固定連接。優(yōu)選的，所述水平板41上設(shè)有用于連接橫向舵機(jī)51的第三通孔43，所述縱向板42上設(shè)有用于連接縱向舵機(jī)52的第四通孔44；所述橫向舵機(jī)51、縱向舵機(jī)52的輸出軸50通過(guò)的連接盤8實(shí)現(xiàn)與水平板41的第三通孔43和縱向板42的第四通孔44實(shí)現(xiàn)連接固定。所述水平板41和縱向板42上還設(shè)有用于安裝連接盤8的連接盤螺絲孔45，通過(guò)螺絲實(shí)現(xiàn)各部件的連接固定。通過(guò)關(guān)節(jié)連接件4，各關(guān)節(jié)之間在橫向和縱向兩個(gè)方向上均能夠在-135至135度之間雙向自由轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使各關(guān)節(jié)間具有較大的運(yùn)動(dòng)范圍，提高了蛇形機(jī)器人的靈活性。

如圖9所示，是連接盤8的結(jié)構(gòu)示意圖。連接盤8的主要作用，是實(shí)現(xiàn)舵機(jī)輸出軸50與關(guān)節(jié)連接件4之間的連接固定和傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)。

如圖12至23所示，蛇頭關(guān)節(jié)1上還設(shè)有縱向舵機(jī)52，蛇尾關(guān)節(jié)3上還設(shè)有縱向舵機(jī)，采用與蛇身關(guān)節(jié)2上的兩種舵機(jī)相同的方式，分別連接在由蛇身關(guān)節(jié)2組成的蛇身的前端和末端。

本實(shí)施例的益處在于：蛇形機(jī)器人的各個(gè)關(guān)節(jié)采用正交驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，可以提高蛇形機(jī)器人的靈活性和可操作性，能夠同時(shí)進(jìn)行蜿蜒運(yùn)動(dòng)(即水平面s形運(yùn)動(dòng))和蠕動(dòng)(即豎直面s形運(yùn)動(dòng))動(dòng)作。同時(shí)，蛇身關(guān)節(jié)采用雙舵機(jī)正交驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，體積小巧，運(yùn)動(dòng)靈活，提高了復(fù)雜環(huán)境的通過(guò)性和操控性。以及，蛇形機(jī)器人采用模塊化設(shè)計(jì)，可任意增加或減少蛇身模塊，拓展了蛇形機(jī)器人的應(yīng)用范圍；不同關(guān)節(jié)組件采用相同的舵機(jī)、關(guān)節(jié)連接件等部件，采用了減少了維修難度。

實(shí)施例2：

根據(jù)實(shí)施例1所述的蛇形機(jī)器人，本實(shí)施例給出所述蛇身關(guān)節(jié)的進(jìn)一步實(shí)施方式。

如圖2至7所示，一種蛇形機(jī)器人的蛇身關(guān)節(jié)，包括設(shè)置在蛇身支架21上用于與前方相鄰關(guān)節(jié)連接的橫向舵機(jī)51、與后方相鄰關(guān)節(jié)連接的縱向舵機(jī)52，以及用于供電的電池6和用于控制的電路板7。所述電池6與電路板7電連接，所述電路板7與橫向舵機(jī)51和縱向舵機(jī)52電連接。

如圖6所示，所述蛇身支架21為前、后方開(kāi)放的立方體框架結(jié)構(gòu)，居中位置設(shè)有用于安裝橫向舵機(jī)51、電池6和電路板7的矩形結(jié)構(gòu)的第一倉(cāng)體211，靠后位置設(shè)有用于安裝縱向舵機(jī)52的u形結(jié)構(gòu)的第二倉(cāng)體212；所述蛇身支架21底部的蛇身底板213為矩形結(jié)構(gòu)，上面設(shè)有用于安裝橫向舵機(jī)51輸出軸50的第二通孔214；所述蛇身支架的第一倉(cāng)體211、第二倉(cāng)體212、蛇身底板213上還設(shè)有用于安裝固定橫向舵機(jī)51、電池6和電路板7的多個(gè)第二螺絲孔215。優(yōu)選的，所示所述蛇身支架21可由金屬板彎折而成，也可通過(guò)3d打印成型。

如圖2至5所示，蛇身支架21上設(shè)置有橫向舵機(jī)51和縱向舵機(jī)52。所述橫向舵機(jī)51通過(guò)螺絲縱向安裝固定在第一倉(cāng)體211內(nèi)部，橫向舵機(jī)51的一個(gè)輸出軸50為豎直向上方向，可沿水平平面雙向轉(zhuǎn)動(dòng)，另一個(gè)輸出軸50容納在于蛇身底板213的第二通孔214中；所述縱向舵機(jī)52通過(guò)螺絲橫向安裝固定在第二倉(cāng)體212中，縱向舵機(jī)52的輸出軸50為水平且垂直于蛇身方向，可沿豎直平面雙向轉(zhuǎn)動(dòng)。所述電池6緊鄰橫向舵機(jī)51豎直安裝在第一倉(cāng)體211中。所述電路板7安裝在第一倉(cāng)體211中位于橫向舵機(jī)51后方。

本實(shí)施例的益處在于：每個(gè)所述蛇身關(guān)節(jié)2同時(shí)具有基于正交方向的兩個(gè)輸出軸，不僅可以同時(shí)完成兩個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)，具有較高的靈活性，同時(shí)還進(jìn)一步縮小了蛇身關(guān)節(jié)的體積，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高，易于維修和拓展。

實(shí)施例3：

根據(jù)實(shí)施例1所述的蛇形機(jī)器人，本實(shí)施例給出所述蛇頭關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步實(shí)施方式。

如圖12至17所示，所述蛇形機(jī)器人的蛇頭關(guān)節(jié)包括設(shè)置在蛇頭支架11上用于與后方相鄰關(guān)節(jié)連接的縱向舵機(jī)52，用于供電的電池6和用于控制的電路板7，以及設(shè)置在蛇頭支架11前端的蛇頭蓋12。所述電池6與電路板7電連接，所述電路板7與縱向舵機(jī)52電連接。

如圖16所示，所述頭部支架11為前、后方開(kāi)放的立方體框架結(jié)構(gòu)，前部設(shè)有用于安裝電池6和電路板7并連接蛇頭蓋12的矩形結(jié)構(gòu)的第三倉(cāng)體111，后部設(shè)有用于安裝縱向舵機(jī)的u形結(jié)構(gòu)的第四倉(cāng)體112。所述第三倉(cāng)體111和第四倉(cāng)體112的底部為頭部支架11矩形結(jié)構(gòu)的底板11為矩形結(jié)構(gòu)。所述第三倉(cāng)體111前方還設(shè)有支撐固定電路板7的第一擋板114。所述頭部支架的第三倉(cāng)體111、第四倉(cāng)體112、頭部底板113上還設(shè)有用于安裝固定縱向舵機(jī)52、電池6、電路板7和蛇頭蓋的多個(gè)第一螺絲孔116，以實(shí)現(xiàn)各部件的連接固定。

如圖18至21所示，所述橫向舵機(jī)51通過(guò)螺絲橫向安裝固定在第五倉(cāng)體311中，橫向舵機(jī)51的輸出軸50為水平且垂直于蛇尾方向，可沿豎直平面雙向轉(zhuǎn)動(dòng)。所述電池6安裝在第五倉(cāng)體311中。

如圖11所示，所述電路板7為矩形結(jié)構(gòu)，上面設(shè)有攝像頭模塊和照明模塊，以實(shí)現(xiàn)照明和獲取現(xiàn)場(chǎng)視頻的功能。同時(shí)，所述第一擋板114上設(shè)有與攝像頭位置一致用于輔助支撐固定攝像頭的凹槽115，加強(qiáng)對(duì)攝像頭模塊的固定支撐。所述蛇頭蓋12上設(shè)有與攝像頭模塊和照明模塊位置一致的攝像頭通孔123和照明通孔124。

如圖17所示，所述蛇頭蓋12的前部為弧形流線結(jié)構(gòu)，攝像頭模塊和照明模塊位于蛇頭蓋12的中央位置，可以獲得最佳的視頻拍攝視角，同時(shí)還提高了黑暗環(huán)境中的視頻質(zhì)量。

本實(shí)施例的益處在于：所述蛇頭關(guān)節(jié)1的縱向舵機(jī)52可以驅(qū)動(dòng)蛇頭關(guān)節(jié)1向上或向下轉(zhuǎn)動(dòng)，相鄰的蛇身關(guān)節(jié)2的橫向舵機(jī)51可以驅(qū)動(dòng)蛇頭關(guān)節(jié)1向左或向右轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使蛇頭具備了很高的靈活性。通過(guò)設(shè)置攝像頭模塊和照明模塊，可以實(shí)時(shí)獲取并回傳現(xiàn)場(chǎng)視頻。蛇頭關(guān)節(jié)具備的流線造型，提高了蛇形機(jī)器人在復(fù)雜地形的通過(guò)性能。

實(shí)施例4：

根據(jù)實(shí)施例1所述的蛇形機(jī)器人，本實(shí)施例給出所述蛇尾關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步實(shí)施方式。

如圖18至23所示，所述蛇形機(jī)器人的蛇尾關(guān)節(jié)包括設(shè)置在蛇尾支架31上用于與前方相鄰關(guān)節(jié)連接的橫向舵機(jī)51，用于供電的電池6和用于控制的電路板7，以及設(shè)置在蛇尾支架31后端的蛇尾蓋32。所述電池6與電路板7電連接，所述電路板7與橫向舵機(jī)51電連接。

如圖22所示，所述尾部支架31為前、后方開(kāi)放的立方體框架結(jié)構(gòu)，中間設(shè)有用于安裝橫向舵機(jī)51、電池6并連接蛇尾蓋32的矩形結(jié)構(gòu)的第五倉(cāng)體311。所述尾部支架31底部的蛇尾底板312上設(shè)有用于安裝橫向舵機(jī)51輸出軸50的第五通孔313。所述尾部支架31的第五倉(cāng)體311、蛇尾底板312上設(shè)有用于安裝固定橫向舵機(jī)51、電池6，以及連接蛇尾蓋31的多個(gè)第三螺絲孔215。

如圖18至21所示，所述橫向舵機(jī)51通過(guò)螺絲橫向安裝固定在第五倉(cāng)體311中，橫向舵機(jī)51的輸出軸50為水平且垂直于蛇尾方向，可沿豎直平面雙向轉(zhuǎn)動(dòng)。所述電池6安裝在第五倉(cāng)體311中。

如圖11所示，所述電路板7為矩形結(jié)構(gòu)。所述電路板7安裝在蛇尾蓋31內(nèi)部，電路板7上還設(shè)有激光測(cè)距傳感器、紅外熱源傳感器、溫濕度傳感器、大氣壓強(qiáng)傳感器和/或co傳感器等模塊，以實(shí)現(xiàn)外部環(huán)境感知功能。

如圖18和23所示，給出了所述蛇尾蓋31的兩種具體實(shí)施方式。所述蛇尾蓋31為后端開(kāi)放的矩形結(jié)構(gòu)，通過(guò)螺絲實(shí)現(xiàn)與尾部支架31的連接。所述蛇尾蓋31前端設(shè)有多個(gè)與攝像頭模塊、激光測(cè)距模塊、溫濕度傳感器、氣壓傳感器、熱成像傳感器和/或co傳感器等模塊匹配的多個(gè)第六通孔321。

本實(shí)施例的益處在于：所述蛇尾關(guān)節(jié)3的橫向舵機(jī)51可驅(qū)動(dòng)蛇尾關(guān)節(jié)向左或向右轉(zhuǎn)動(dòng)，相鄰的蛇身關(guān)節(jié)2的縱向舵機(jī)52可以驅(qū)動(dòng)蛇尾關(guān)節(jié)3向上或向下轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使蛇尾具備了很高的靈活性。通過(guò)設(shè)置多種傳感器，使蛇形機(jī)器人具備多種現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的感知獲取能力。

實(shí)施例5：

根據(jù)實(shí)施例1至4所述蛇形機(jī)器人及其關(guān)節(jié)組件結(jié)構(gòu)，本實(shí)施例給出一種具有分布式電源結(jié)構(gòu)的蛇形機(jī)器人的具體實(shí)施方式。

如圖1至23所示，一種具有分布式電源結(jié)構(gòu)的蛇形機(jī)器人，包括首尾依次連接的一個(gè)蛇頭關(guān)節(jié)1、多個(gè)蛇身關(guān)節(jié)2和一個(gè)蛇尾關(guān)節(jié)3。所述蛇頭關(guān)節(jié)1、蛇身關(guān)節(jié)2和蛇尾關(guān)節(jié)上各自設(shè)有用于驅(qū)動(dòng)蛇形機(jī)器人動(dòng)作的橫向舵機(jī)51和/或縱向舵機(jī)52、用于與其他關(guān)節(jié)組件電路板進(jìn)行無(wú)線通信并控制、驅(qū)動(dòng)舵機(jī)5工作的電路板7，以及用于為本關(guān)節(jié)組件的電路板7和舵機(jī)5供電的電池6。

本實(shí)施例的益處在于：通過(guò)在每個(gè)蛇頭關(guān)節(jié)、蛇身關(guān)節(jié)和蛇尾關(guān)節(jié)上分別設(shè)置獨(dú)立的用于供電的電池和用于控制、穩(wěn)壓、驅(qū)動(dòng)的電路板7，形成了分布式的供電結(jié)構(gòu)，不僅可以將電池的重量均勻分布在全部蛇身，結(jié)構(gòu)合理，易于驅(qū)動(dòng)控制，避免了獨(dú)立電源供電時(shí)電池不易安放、重量不均衡的問(wèn)題；而且還提高了蛇形機(jī)器人各組件之間的冗余度，當(dāng)一個(gè)或部分關(guān)節(jié)組件故障失效時(shí)，不影響蛇形機(jī)器人的整體功能。

實(shí)施例6：

根據(jù)實(shí)施例1至5所述的蛇形機(jī)器人及其關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，本實(shí)施例給出所述蛇形機(jī)器人控制系統(tǒng)的具體實(shí)施例。

如圖24所示，蛇形機(jī)器人的控制系統(tǒng)主要由主控系統(tǒng)、從控系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)組成。所述主控系統(tǒng)包括攝像頭模塊、激光測(cè)距模塊、溫濕度傳感器、氣壓傳感器、熱成像傳感器和co傳感器。其中，攝像頭模塊和熱成像傳感器以視頻形式展現(xiàn)在監(jiān)控系統(tǒng)中，可以實(shí)時(shí)采集到環(huán)境信息和人體感知信息。從控系統(tǒng)屬于運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，可配合主控系統(tǒng)的自主探測(cè)功能，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)步態(tài)的控制和調(diào)節(jié)，并采用zigbee無(wú)線傳輸方式與主控進(jìn)行通信，通過(guò)pwm信號(hào)控制舵機(jī)角度完成關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)。監(jiān)控系統(tǒng)屬于上層控制系統(tǒng)，主要負(fù)責(zé)蛇形機(jī)器人的整體控制和監(jiān)測(cè)，配有wifi和藍(lán)牙模塊，能夠與主控系統(tǒng)進(jìn)行圖像實(shí)時(shí)傳輸和多傳感器信息顯示。

在蛇身機(jī)器人的多個(gè)關(guān)節(jié)中，所述主控系統(tǒng)僅設(shè)置一套，優(yōu)選可以安裝在蛇頭關(guān)節(jié)或蛇尾關(guān)節(jié)中，當(dāng)然也可以根據(jù)需要安裝在蛇身關(guān)節(jié)中。所述從控系統(tǒng)安裝在主控系統(tǒng)所在關(guān)節(jié)之外的其他每一個(gè)關(guān)節(jié)。實(shí)施例中所述的“電路板”，是主控系統(tǒng)和從控系統(tǒng)的主要載體，其物理形式可以是一塊獨(dú)立的電路板，也可以是多塊獨(dú)立電路板的組合，具體可以根據(jù)所在關(guān)節(jié)的空間形狀靈活設(shè)計(jì)。實(shí)施例中給出的多種類型的傳感器，可根據(jù)使用需要，靈活設(shè)置在不同的關(guān)節(jié)上，或者在多個(gè)關(guān)節(jié)上設(shè)置同一類型的傳感器，以實(shí)現(xiàn)冗余檢測(cè)，提高設(shè)備工作的可靠性。

如圖25所示，是所述主控系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)示意圖。主控系統(tǒng)主要由核心處理器、無(wú)線通信模塊、攝像頭和各類傳感器組成。主控系統(tǒng)通過(guò)藍(lán)牙模塊來(lái)接收監(jiān)控系統(tǒng)的控制指令和獲取各傳感器的參數(shù)，同時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)發(fā)出的指令確定蛇形機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)步態(tài)并將傳感器參數(shù)顯示在app上。主控系統(tǒng)采用wifi模塊與監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行通信，可實(shí)時(shí)采集到攝像頭的圖像信息，系統(tǒng)為攝像頭配備了照明電路以便于在黑暗的環(huán)境下能夠獲取高清的圖像。具體的，主控板集成了核心處理器stm32f103和co傳感器、溫濕度傳感器、大氣壓強(qiáng)傳感器、紅外熱源傳感器以及激光傳感器，同時(shí)采用cc2530協(xié)調(diào)器與從控制器進(jìn)行zigbee通信，利用cc2541藍(lán)牙模塊對(duì)各個(gè)傳感器參數(shù)進(jìn)行傳輸。供電系統(tǒng)由可充放電鋰電池模塊和穩(wěn)壓模塊組成，為整個(gè)蛇形機(jī)器人提供能量需求，并分布于蛇形機(jī)器人的每一個(gè)關(guān)節(jié)之中。

如圖26所示，是所述從控系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)示意圖。采用意法半導(dǎo)體公司推出的一款成本低、引腳少、低功耗的stm8s003f3p6作為從控系統(tǒng)的核心處理器，采用hitec公司推出的6v供電的大扭矩舵機(jī)，采用7.4v、250mah的鋰電池，確保蛇形機(jī)器人能夠連續(xù)工作1h以上。在從控系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，主控系統(tǒng)通過(guò)cc2530協(xié)調(diào)器以無(wú)線傳輸方式向從控系統(tǒng)中的cc2530終端節(jié)點(diǎn)下發(fā)指令，并經(jīng)過(guò)終端節(jié)點(diǎn)以串口通訊方式將指令傳達(dá)給核心處理器來(lái)驅(qū)動(dòng)舵機(jī)完成相應(yīng)的步態(tài)操作。為了便于蛇形機(jī)器人的移動(dòng)和滿足供電需求，采用7.4v鋰電池供電方案，經(jīng)過(guò)rt9193電壓轉(zhuǎn)換芯片將電壓轉(zhuǎn)換為3.3v為從控板供電，并通過(guò)串聯(lián)一個(gè)二極管將7.4v電壓降為6v，以保證舵機(jī)的可靠運(yùn)行。

所述監(jiān)控系統(tǒng)以app形式集成在手持終端上，完成采集信息的監(jiān)測(cè)與顯示功能。

本實(shí)施例所述的蛇形機(jī)器人的控制系統(tǒng)，可采用多種運(yùn)動(dòng)控制方式進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，包括基于機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)步態(tài)控制方式、日本hirose教授提出的基于serpenoid控制函數(shù)的控制方式，以及基于cpg中樞模式發(fā)生器的控制方式等。

以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說(shuō)明。對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。