一種偵察型可越障機器蛇的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是一種偵察型可越障機器蛇設(shè)計，屬于機器人結(jié)構(gòu)設(shè)計領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]壁面移動機器人廣泛應用于維護、檢查、消防、救援、清洗、情報和國防等領(lǐng)域，各工業(yè)發(fā)達國家都投入大量人力物力，積極進行其理論和技術(shù)研宄。由于傳統(tǒng)爬壁機器人具有很多的不足之處，如對壁面的材料和形狀適應性不強，跨越障礙物的能力弱，體積大，質(zhì)量重等，特別是無法跨越90度的墻面，使得它們在普遍為直角設(shè)計的現(xiàn)代建筑上，寸步難行。跨越障礙物能力弱，導致其也不能涉足危險場地執(zhí)行搜尋和檢測維護任務，致使其應用范圍少。因此未來爬壁機器人的結(jié)構(gòu)應該向著實用化的方向發(fā)展。
[0003]針對傳統(tǒng)爬壁機器人的不足，與穩(wěn)定性好、橫截面小、高柔性的蛇形機器人相結(jié)合，設(shè)計出了結(jié)構(gòu)簡單，便于維修，跨越障礙物的能力強，運動速度快，結(jié)構(gòu)、控制簡單，能夠進入狹小空間執(zhí)行任務的攀爬機器蛇。
[0004]機器蛇可適應于條件惡劣且要求高可靠性的戰(zhàn)場、外層空間等環(huán)境，也可用于戰(zhàn)場上的掃雷、爆破，通過能力很強的行星地表探測等。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明采用多節(jié)的結(jié)構(gòu)，并采用模塊化的設(shè)計，連接關(guān)節(jié)采用萬向節(jié)的結(jié)構(gòu)，并配有扭簧緩沖機構(gòu)，使機器人運動靈活準確，迀移性強，并改善結(jié)構(gòu)，使吸附力增大，保證機器蛇與墻面吸附的安全性。
[0006]考慮到機器蛇要進行偵查和監(jiān)控工作，故尺寸要盡量小，以防被敵方發(fā)現(xiàn)。由于爬壁機器人的應用也可拓寬到搜索領(lǐng)域，所以要盡量瘦長，保證其可以通過狹小的空間。同時，為了保證機器人的輕量化，蛇身采用PVC材料，運動方式采用車輪式，后輪驅(qū)動使其運動，前輪采用萬向輪設(shè)計，便于轉(zhuǎn)彎，并配有減震機構(gòu)，使運動平穩(wěn)。爬壁機器人的重點在于吸附方式的合理選擇及如何增大吸附力，使其不會掉落。選用負壓吸附，采用翼型向后風扇，配有弧線形設(shè)計的機架，能量損失小，整機效率高，運轉(zhuǎn)時噪聲小。并改善底盤的結(jié)構(gòu)，底盤兩側(cè)加有柔性密封條，底部增加多個凸起，減少空氣流出。進氣口處采用弧線設(shè)計，并配有網(wǎng)狀阻擋盤，使底部真空度高，吸附力增大，提高機器蛇吸附在壁面上的安全性。
[0007]1.一種偵察型可越障機器蛇，其特征在于包括:后輪(I)、轉(zhuǎn)彎蝸桿(2)、吸附裝置(3)、前輪(4)、底座(5)、紅外探照燈(6)、3D攝像頭(7)、攝像頭擋片(8)、偵查攝像頭
(9)、前蓋(10)、后輪減速箱(11)、連接關(guān)節(jié)(12)、抬頭連接齒輪軸(13)、抬頭減速箱(14)、中蓋(15)、后蓋(16)和尾部天線(17);機器蛇至少包括一節(jié)首節(jié)、一節(jié)中節(jié)、一節(jié)尾節(jié)；機器蛇連接關(guān)節(jié)(12)包括連接支架(12.1)、水平中軸(12.2)、運動支架(12.3)、抬頭齒輪(12.4)、齒輪處扭簧(12.5)、轉(zhuǎn)彎蝸輪(12.6)、蝸輪處扭簧(12.7)、豎直中軸(12.8)，連接支架(12.1)和運動支架(12.3)通過豎直中軸(12.8)連接，轉(zhuǎn)彎蝸輪(12.6)與豎直中軸(12.8)同軸，位于運動支架(12.3)下部第一凸臺(12.3.2)處，蝸輪處扭簧(12.7)與豎直中軸(12.8)同軸，位于轉(zhuǎn)彎蝸輪(12.6)下方第二凸臺(12.6.1)內(nèi)部，固定轉(zhuǎn)彎蝸輪位置(12.6);配有第三凸臺(12.4.1)的抬頭齒輪(12.4)與水平中軸(12.2)同軸，位于運動支架(12.3)左右兩端第四凸臺(12.3.1)處，與運動支架(12.3)的第四凸臺(12.3.1)相配合；齒輪處扭簧(12.5)與水平中軸(12.2)同軸，位于抬頭齒輪(12.4)與運動支架(12.3)中間處，固定抬頭齒輪(12.4)位置；
[0008]兩蛇節(jié)之間通過連接關(guān)節(jié)(12)連接，連接關(guān)節(jié)(12)中的豎直中軸(12.8)與蛇節(jié)底座后方第五凸臺(5.3)同軸，構(gòu)成轉(zhuǎn)動副，實現(xiàn)轉(zhuǎn)彎功能；連接關(guān)節(jié)(12)中的連接支架(12.1)與前一節(jié)通過四個固定螺栓(29)固定相對位置，底座(5)前方連接孔(5.4)與連接關(guān)節(jié)(12)內(nèi)部的水平中軸(12.2)同軸，構(gòu)成轉(zhuǎn)動副，實現(xiàn)抬頭功能；連接關(guān)節(jié)(12)中的運動支架(12.3)與后一節(jié)在底座(5)前方連接孔處(5.4)通過左右兩個連接螺栓(28)連接；吸附裝置位于底座(5)的正中央，與底座(5)通過螺栓連接；由風扇電機(3.1)、電機支座(3.2)、翼型后向風扇(3.3)、機殼(3.4)組成，由上到下放置順序依次為風扇電機(3.1)、電機支座(3.2)、翼型后向風扇(3.3)，機殼(3.4);機殼(3.4)下方采用弧線形設(shè)計，風扇電機(3.1)驅(qū)動翼型后向風扇(3.3)完成吸附；機器蛇上下抬頭通過抬頭連接齒輪軸(20)、抬頭減速箱(14)、連接關(guān)節(jié)(12)實現(xiàn)；抬頭減速箱(14)位于底座(5)中前方，抬頭連接齒輪軸(20)上的大齒輪與抬頭減速箱(14)內(nèi)低速齒輪嚙合，抬頭連接齒輪軸(20)位于底座
(5)前部上方，抬頭齒輪(12.4)與抬頭連接齒輪軸(20)的小齒輪嚙合；通過電機驅(qū)動抬頭減速箱(14)，帶動抬頭連接齒輪軸(20)轉(zhuǎn)動，使與之嚙合的抬頭齒輪(12.4)轉(zhuǎn)動，完成蛇節(jié)的抬頭運動；機器蛇轉(zhuǎn)彎通過轉(zhuǎn)彎蝸桿(21)、連接關(guān)節(jié)(12)實現(xiàn)，轉(zhuǎn)彎蝸桿(21)位于底座(5)中后方，與轉(zhuǎn)彎蝸輪(12.6)嚙合；通過驅(qū)動電機使轉(zhuǎn)彎蝸桿(21)轉(zhuǎn)動，帶動與轉(zhuǎn)彎蝸桿(21)嚙合的轉(zhuǎn)彎蝸輪(12.6)轉(zhuǎn)動，完成蛇節(jié)的轉(zhuǎn)彎運動。
[0009]進一步，后輪驅(qū)動裝置由后輪減速箱(11)、后輪連接齒輪(18)、后輪連接桿(19)及后輪(I)組成，后輪減速箱(11)位于底座(5)中后方，后輪連接齒輪(18)與后輪減速箱(11)內(nèi)低速齒輪嚙合，后輪連接桿(19)與后輪連接齒輪(18)同軸，并與后輪⑴連接；前輪(4)為萬向輪的結(jié)構(gòu)，在前輪(4)處增加減震器(4.1);運動時，由電機驅(qū)動后輪減速箱
(11)，帶動后輪連接齒輪(18)轉(zhuǎn)動，驅(qū)動后輪(1)，由后輪⑴帶動前輪⑷完成機器蛇的運動。
[0010]進一步，偵察攝像頭位于首節(jié)的上方；偵察攝像頭水平方向的轉(zhuǎn)動，通過齒輪傳動機構(gòu)實現(xiàn)，其中包括攝像頭固定支架(25)、小齒輪(24)、大齒輪(23)、攝像頭機架(22);攝像頭固定支架(25)位于首節(jié)底座中前方，大齒輪(23)與攝像頭機架(33)同軸，位于攝像頭固定支架中部，小齒輪(24)與大齒輪(23)嚙合，位于攝像頭固定支架(25)環(huán)形凸起處；通過電機驅(qū)動小齒輪(24)轉(zhuǎn)動，帶動與大齒輪(23)連接的攝像頭機架(22)轉(zhuǎn)動；偵查攝像頭豎直方向的轉(zhuǎn)動，運用蝸輪蝸桿傳動機構(gòu)，通過電機驅(qū)動蝸桿(26)轉(zhuǎn)動，從而帶動與蝸輪(27)連接的攝像頭鏡筒轉(zhuǎn)動。
[0011]進一步，通過蛇節(jié)的抬頭運動，實現(xiàn)-90°?90°的墻壁轉(zhuǎn)換。
[0012]進一步，底座(5)設(shè)有凸出方塊(5.1)，用兩側(cè)的柔性密封條(5.2)加強氣流的密封性；底部進氣處采用流線型弧線設(shè)計，進氣處并增加網(wǎng)狀阻擋盤(28)，使吸附更加牢靠。
[0013]進一步，在連接關(guān)節(jié)的齒輪處扭簧(12.5)和蝸輪處扭簧(12.7)通過施加反向扭矩來限制抬頭齒輪(12.4)及轉(zhuǎn)彎蝸輪(12.6)的轉(zhuǎn)動，使蛇節(jié)準確的轉(zhuǎn)動預定角度。
[0014]本發(fā)明提供的疾速蝮蛇設(shè)計至少包括以下幾個部分:
[0015]1.一種偵察型可越障機器蛇，其特征包括:后輪⑴、轉(zhuǎn)彎蝸桿⑵、吸附裝置⑶、前輪⑷、底座(5)、紅外探照燈(6)、3D攝像頭(7)、攝像頭擋片(8)、偵查攝像頭(9)、前蓋
(10)、后輪減速箱(11)、連接關(guān)節(jié)(12)、抬頭連接齒輪軸(13)、抬頭減速箱(14)、中蓋(15)、后蓋(16)、尾部天線(17)。
[0016]2.一種偵察型可越障機器蛇吸附方式的選擇。選擇翼型后向風扇(3.3)，能量損失小，整機效率高，運轉(zhuǎn)時噪聲小。機殼(3.4)的進氣口采用弧線形設(shè)計，既可固定風扇，又不妨礙吸附腔內(nèi)的空氣甩出。風扇電機(3.1)、電機支座(3.2)、翼型后向風扇(3.3)、機殼(3.4)共同組成吸附裝置。底座5的設(shè)計，在底座設(shè)有多個凸出小方塊(5.1)，減少了空氣的流出，用兩側(cè)的柔性密封條(5.2)加強了氣流的密封性，使內(nèi)外壓力差加大，改善底部進氣處的弧線并增加一個網(wǎng)狀阻擋盤(28)，既可以使空氣源源不斷的進入機殼，又可以讓進入機殼的空氣減少，使吸附更加牢靠。
[0017]3.機器蛇運動方式。由于整體需要輕量化，采用選擇車輪式作為機器蛇的行走方式。由于左右轉(zhuǎn)彎的R副帶有電機驅(qū)動，為了減少轉(zhuǎn)彎時受到的阻力，前輪(4)設(shè)計成萬向輪的結(jié)構(gòu)，同時為了增大機器蛇與墻面間的摩擦力，在前后輪均增加花紋。運動時，由電機驅(qū)動后輪減速箱(11)，帶動后輪連接齒輪(13)轉(zhuǎn)動，驅(qū)動后輪(1)，由后輪(I)帶動前輪
(4)完成機器蛇的運動。為了保證機器蛇的運動平穩(wěn)，在前輪(4)處增加了減震器(4.1)。
[0018]4.機器蛇連接關(guān)節(jié)處的設(shè)計。要求不妨礙機器蛇的抬頭和轉(zhuǎn)彎運動。利用垂直和水平方向正交的關(guān)節(jié)來擬合蛇類生物柔軟的身體，采用兩個R副組成一個連接關(guān)節(jié)(12)，具有兩個方向的自由度。在連接關(guān)節(jié)的齒輪處扭簧(12.5)和蝸輪處扭簧(12.7)通過施加反向扭矩來限制抬頭齒輪(12.4)及轉(zhuǎn)彎蝸輪(12.6)的轉(zhuǎn)動，使蛇節(jié)可以準確的轉(zhuǎn)動預定角度。采用兩個電機分別驅(qū)動R副來控制抬頭運動和轉(zhuǎn)彎運動。采用模塊化設(shè)計，每個關(guān)節(jié)均可進行拆卸，可以根據(jù)不同任務的需要增減單元體的數(shù)量。
[0019]5.機器蛇轉(zhuǎn)彎、抬頭運動機構(gòu)的設(shè)計。轉(zhuǎn)彎的實現(xiàn)，通過驅(qū)動電機使轉(zhuǎn)彎蝸桿(21)轉(zhuǎn)動，帶動與轉(zhuǎn)彎蝸桿(21)嚙合的轉(zhuǎn)彎蝸輪(12.6)轉(zhuǎn)動，完成蛇節(jié)的轉(zhuǎn)彎運動。通過電機驅(qū)動抬頭減速箱(14)，帶動抬頭連接齒輪軸(20)轉(zhuǎn)動，使與之嚙合的抬頭齒輪(12.4)轉(zhuǎn)動，完成蛇節(jié)的抬頭運動。抬頭關(guān)節(jié)處的左右兩端各有一對齒輪嗤合，使傳動更精確。
[0020]6.攝像頭的設(shè)計。攝像頭在水平方向的轉(zhuǎn)動，運用齒輪傳動機構(gòu)，通過電機驅(qū)動小齒輪(24)轉(zhuǎn)動，帶動與大齒輪(23)連接的攝像頭機架(22)轉(zhuǎn)動，運行平穩(wěn)，減少了轉(zhuǎn)動時的振動和不平穩(wěn)。豎直方向的轉(zhuǎn)動，運用蝸輪蝸桿傳動機構(gòu)，通過電機驅(qū)動蝸桿(26)轉(zhuǎn)動，從而帶動與攝像頭鏡筒連接的蝸輪(27)轉(zhuǎn)動，傳動平穩(wěn)，噪音小。
[0021]一種偵察型可越障機器蛇設(shè)計有如下幾個特點:
[0022]1.選擇翼型后向風扇，能量損失小，整機效率高，運轉(zhuǎn)時噪聲小。
[0023]2.正交關(guān)節(jié)使蛇體具有向任何方向彎曲的能力。
[0024]3.采用模塊化設(shè)計，每個關(guān)節(jié)均可進行拆卸，可以根據(jù)不同任務的需要增減單元體的數(shù)量。
[0025]4.在轉(zhuǎn)動副處配有扭簧調(diào)節(jié)裝置，使前一節(jié)可以準確的轉(zhuǎn)動預定角度。
[0026]5.運用蛇的抬頭運動實現(xiàn)機器蛇不同運動平面的轉(zhuǎn)化，壁面迀移能力強。
[0027]6.采用負壓原理并改善底盤設(shè)計，在底部增加阻擋盤和阻擋紙片來達到增加吸附力的目的。
[0028]7.上升空間大，此裝置不僅可以用在戰(zhàn)場上掃雷，爆破，礦井和廢墟中探測營救，反恐、管道維修以及行星地表探測等惡劣條件，還可用于自然災害發(fā)生時的及時通信，而且可以根據(jù)需求和不同的傳感器，做出更多的功能。
[0029]8.攝像頭可360°轉(zhuǎn)動，全方位進