具有適應(yīng)不平整地面能力的蛇形機(jī)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(jī)器人，由多個關(guān)節(jié)模塊連接構(gòu)成，該蛇形機(jī)器人還包括控制系統(tǒng)，所述的關(guān)節(jié)模塊包括機(jī)身，機(jī)身與控制系統(tǒng)相連，多個關(guān)節(jié)模塊的機(jī)身相互連接，機(jī)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(jī)身左右兩側(cè)的兩個懸掛子系統(tǒng)，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，懸掛子系統(tǒng)還包括安裝于機(jī)身上的輪架，輪架上安裝有滑塊，導(dǎo)桿穿過滑塊內(nèi)，并可在滑塊內(nèi)自由滑動，兩側(cè)懸掛子系統(tǒng)的導(dǎo)桿的下端通過輪軸連接，輪軸上設(shè)置有輪。本發(fā)明改進(jìn)了蛇形機(jī)器人關(guān)節(jié)模塊的結(jié)構(gòu)，簡化了現(xiàn)有蛇形機(jī)器人的控制方式，增強(qiáng)了蛇形機(jī)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(jī)器人
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于機(jī)械【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種機(jī)器人，具體的說，涉及一種可在不平整地面上扒形的，具有適應(yīng)不平整地面能力的蛇形機(jī)器人。
【背景技術(shù)】
[0002]蛇形機(jī)器人具有身體細(xì)長，橫截面小，形狀可變等特點(diǎn)，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(jī)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(yùn)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(jī)器人能否成功運(yùn)動的唯一因素。
[0004]當(dāng)蛇形機(jī)器人爬行在不平整地面時，目前的蛇形機(jī)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(yùn)動規(guī)律計算得到的關(guān)節(jié)模塊間的夾角，需要實(shí)時修正才能夠保持輪與地面的接觸，為了進(jìn)行這種實(shí)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(jī)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(jī)器人的復(fù)雜程度，增加了研制和維護(hù)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(jī)器人的運(yùn)動有著很大影響，目前的蛇形機(jī)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(jī)器人在不平整地面上的運(yùn)動能力。這些都限制了蛇形機(jī)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(jī)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(jī)器人，由多個關(guān)節(jié)模塊連接構(gòu)成，該蛇形機(jī)器人還包括控制系統(tǒng)，所述的關(guān)節(jié)模塊包括機(jī)身，機(jī)身與控制系統(tǒng)相連，多個關(guān)節(jié)模塊的機(jī)身相互連接，機(jī)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(jī)身左右兩側(cè)的兩個懸掛子系統(tǒng)，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，懸掛子系統(tǒng)還包括安裝于機(jī)身上的輪架，輪架上安裝有滑塊，導(dǎo)桿穿過滑塊內(nèi)，并可在滑塊內(nèi)自由滑動，兩側(cè)懸掛子系統(tǒng)的導(dǎo)桿的下端通過輪軸連接，輪軸上設(shè)置有輪。
[0007]優(yōu)選的是:檢測裝置包括安裝于機(jī)身上的力傳感器，力傳感器與控制系統(tǒng)相連，力傳感器下方安裝有線彈簧，線彈簧的下端與導(dǎo)桿相連。
[0008]優(yōu)選的是:檢測裝置包括安裝在機(jī)身上的線彈簧和位移傳感器，位移傳感器與控制系統(tǒng)相連，線彈簧安裝在機(jī)身的下端面上，位移傳感器安裝在機(jī)身下端延伸出的豎柄上，位于線彈簧的下部，線彈簧的下端連接有導(dǎo)桿連接。[0009]優(yōu)選的是:機(jī)身上設(shè)置有連掛系統(tǒng)，連掛系統(tǒng)包括設(shè)置在機(jī)身前端的關(guān)節(jié)和設(shè)置在機(jī)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)。
[0010]本發(fā)明的有益效果是:
[0011](I)本發(fā)明改進(jìn)了蛇形機(jī)器人關(guān)節(jié)模塊的結(jié)構(gòu)，提供了兩種蛇形機(jī)器人關(guān)節(jié)模塊結(jié)構(gòu)和控制方式，a、在關(guān)節(jié)模塊中設(shè)置了力傳感器，在蛇形機(jī)器人運(yùn)動過程中實(shí)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。b、在關(guān)節(jié)模塊中設(shè)置了位移傳感器，在蛇形機(jī)器人運(yùn)動過程中通過實(shí)時檢測與位移傳感器相連的導(dǎo)桿的位移而檢測關(guān)節(jié)模塊的輪與地面的相對位移，并將檢測值反饋會控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)將根據(jù)反饋的力調(diào)整相應(yīng)關(guān)節(jié)模塊的角度。這兩種控制方式都簡化了現(xiàn)有蛇形機(jī)器人的控制方式。
[0012](2)該蛇形機(jī)器人的輪安裝在輪軸上，輪軸通過導(dǎo)桿安裝到線彈簧上，導(dǎo)桿同時還穿過滑塊中，滑塊限制了導(dǎo)桿的運(yùn)動軌跡，也對輪的運(yùn)動方式起到限制作用。這種結(jié)構(gòu)改善了蛇形機(jī)器人輪與地面的接觸模式，可在不平整地面上獲取穩(wěn)定的接觸力，擴(kuò)大了蛇形機(jī)器人在不平整地面上的適應(yīng)能力。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]附圖1為本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]附圖2為本發(fā)明實(shí)施例1關(guān)節(jié)模塊結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]附圖3為本發(fā)明實(shí)施例1關(guān)節(jié)模塊各部件連接關(guān)系示意圖。
[0016]附圖4為本發(fā)明實(shí)施例2關(guān)節(jié)模塊結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]附圖5為本發(fā)明實(shí)施例2關(guān)節(jié)模塊各部件連接關(guān)系示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0019]如圖1所示:
[0020]該具有適應(yīng)不平整地面能力的蛇形機(jī)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(jī)身1，機(jī)身I上設(shè)置有連掛系統(tǒng)，連掛系統(tǒng)包括設(shè)置在機(jī)身前端的關(guān)節(jié)9和設(shè)置在機(jī)身后端的關(guān)節(jié)槽11，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11內(nèi)。
[0021]如圖2和圖3所示:
[0022]該具有適應(yīng)不平整地面能力的蛇形機(jī)器人還包括控制系統(tǒng)，機(jī)身I與控制系統(tǒng)相連，機(jī)身I下部設(shè)置有懸掛系統(tǒng)10,懸掛系統(tǒng)10包括對稱安裝在機(jī)身左右兩側(cè)的兩個懸掛子系統(tǒng)，懸掛子系統(tǒng)包括固定安裝于機(jī)身上的力傳感器2，力傳感器2與控制系統(tǒng)相連，力傳感器2下方固定安裝有線彈簧3，懸掛子系統(tǒng)還包括固定安裝于機(jī)身上的輪架4，輪架4上固定安裝有滑塊5，線彈簧3下端連接有導(dǎo)桿6，導(dǎo)桿6穿過滑塊5內(nèi)，并可在滑塊5內(nèi)自由滑動，滑塊5限制了導(dǎo)桿6的運(yùn)動路徑，連接兩個懸掛子系統(tǒng)的導(dǎo)桿6下端通過輪軸7連接，輪軸7上設(shè)置有輪8，輪8可在輪軸7上自由轉(zhuǎn)動。
[0023]該具有適應(yīng)不平整地面能力的蛇形機(jī)器人在路面上行走時，位于懸掛系統(tǒng)10底部的輪8與地面接觸，當(dāng)遇到起伏路面或障礙物時，輪8與地面的接觸力將發(fā)生變化，其接觸力通過懸掛子系統(tǒng)上的輪桿6傳遞到線彈簧3，并經(jīng)線彈簧3傳遞到力傳感器2。力傳感器2檢測到接觸力的變化，并將檢測值傳遞到控制系統(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(jī)身I的運(yùn)動角度，從而調(diào)整機(jī)身I與地面之間的接觸力，使蛇形機(jī)器人獲得穩(wěn)定的運(yùn)動效果。
[0024]實(shí)施例2
[0025]如圖4和圖5所示，該實(shí)施例與實(shí)施例1不同的是，懸掛系統(tǒng)包括對稱安裝在機(jī)身I左右兩側(cè)的兩個懸掛子系統(tǒng)，懸掛子系統(tǒng)包括固定安裝在機(jī)身上的線彈簧12和位移傳感器14，位移傳感器14與控制系統(tǒng)相連，線彈簧12安裝在機(jī)身I的下端面上，位移傳感器14固定安裝在機(jī)身I下端延伸出的豎柄13上，位于線彈簧12的下部；懸掛子系統(tǒng)還包括固定安裝于機(jī)身上的輪架4，輪架4上固定安裝有滑塊5，滑塊5位于位移傳感器14的下部，線彈簧12的下端連接有導(dǎo)桿6連接，導(dǎo)桿6穿過滑塊5內(nèi)，導(dǎo)桿6與位移傳感器14相連接，并可在滑塊5內(nèi)自由滑動，連接兩個懸掛子系統(tǒng)的導(dǎo)桿6下端通過輪軸7連接，輪軸7上設(shè)置有輪8，輪8可沿輪軸7自由轉(zhuǎn)動。
[0026]該蛇形機(jī)器人在路面上行走時，位于懸掛系統(tǒng)10底部的輪8與地面接觸，當(dāng)在平坦路面上行走時，輪8與機(jī)身I的相對位置不會發(fā)生變化，當(dāng)遇到起伏路面或障礙物時，輪8將隨路面的起伏發(fā)生豎直位置上的相對位移，此時，與輪8相連接的輪軸7將帶動導(dǎo)桿6產(chǎn)生運(yùn)動，導(dǎo)桿6與位移傳感器14相連,位移傳感器14檢測導(dǎo)桿6產(chǎn)生的相對位移,并將檢測值反饋到控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)根據(jù)位移傳感器14反饋的位移值調(diào)整位移傳感器14所在機(jī)身I的運(yùn)動，從而調(diào)整輪8與地面之間的接觸力，使蛇形機(jī)器人獲得穩(wěn)定的運(yùn)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(jī)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(jī)器人還包括控制系統(tǒng)，所述的關(guān)節(jié)模塊包括機(jī)身，機(jī)身與控制系統(tǒng)相連，多個關(guān)節(jié)模塊的機(jī)身相互連接，機(jī)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(jī)身左右兩側(cè)的兩個懸掛子系統(tǒng)，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，懸掛子系統(tǒng)還包括安裝于機(jī)身上的輪架，輪架上安裝有滑塊，導(dǎo)桿穿過滑塊內(nèi)，并可在滑塊內(nèi)自由滑動，兩側(cè)懸掛子系統(tǒng)的導(dǎo)桿的下端通過輪軸連接，輪軸上設(shè)置有輪。
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(jī)器人，其特征在于:所述的檢測裝置包括安裝于機(jī)身上的力傳感器，力傳感器與控制系統(tǒng)相連，力傳感器下方安裝有線彈簧，線彈簧的下端與導(dǎo)桿相連。
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(jī)器人，其特征在于:所述的檢測裝置包括安裝在機(jī)身上的線彈簧和位移傳感器，位移傳感器與控制系統(tǒng)相連，線彈簧安裝在機(jī)身的下端面上，位移傳感器安裝在機(jī)身下端延伸出的豎柄上，位于線彈簧的下部，線彈簧的下端連接有導(dǎo)桿連接。
4.如權(quán)利要求1或2或3所述的具有適應(yīng)不平整地面能力的蛇形機(jī)器人，其特征在于:所述的機(jī)身上設(shè)置有連掛系統(tǒng)，連掛系統(tǒng)包括設(shè)置在機(jī)身前端的關(guān)節(jié)和設(shè)置在機(jī)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】B62D57/02GK103950479SQ201410069186
【公開日】2014年7月30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