行偵查。
[0030]9.機(jī)構(gòu)可以長時(shí)間運(yùn)行，可以完成較長時(shí)間的偵察任務(wù)。
[0031]10.體積較小，行動靈活，便于隱藏。
【附圖說明】
[0032]圖1為一種偵察型可越障機(jī)器蛇的結(jié)構(gòu)示意圖一正視圖
[0033]圖2為一種偵察型可越障機(jī)器蛇的結(jié)構(gòu)示意圖一軸測圖
[0034]圖3為吸附裝置結(jié)構(gòu)示意意圖
[0035]圖4為底座結(jié)構(gòu)示意圖，圖4(a)為底座正面結(jié)構(gòu)，圖4(b)為底座正面結(jié)構(gòu)
[0036]圖5為后輪驅(qū)動結(jié)構(gòu)示意圖
[0037]圖6為前輪結(jié)構(gòu)示意圖
[0038]圖7為連接關(guān)節(jié)示意圖，圖7 (a)為連接關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)彎主要機(jī)構(gòu)，圖7 (b)為連接關(guān)節(jié)抬頭主要機(jī)構(gòu)
[0039]圖8為抬頭齒輪結(jié)構(gòu)示意圖
[0040]圖9為轉(zhuǎn)彎蝸輪結(jié)構(gòu)示意圖
[0041]圖10為運(yùn)動支架結(jié)構(gòu)示意圖
[0042]圖11為轉(zhuǎn)彎機(jī)構(gòu)示意圖
[0043]圖12為抬頭機(jī)構(gòu)示意圖
[0044]圖13為攝像頭示意圖，圖13(a)為周向轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)，圖13 (b)為上下轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)
[0045]圖14為壁面迀移不意圖，圖14(a)外壁迀移，圖14(b)內(nèi)壁迀移
[0046]具體實(shí)施方法
[0047]一種偵察型可越障機(jī)器蛇，其特征包括:后輪(I)、轉(zhuǎn)彎蝸桿(2)、吸附裝置(3)、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)。
[0048]吸附方式的選擇。選擇翼型后向風(fēng)扇(3.3)，能量損失小，整機(jī)效率高，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)噪聲小。機(jī)殼(3.4)的進(jìn)氣口采用弧線形設(shè)計(jì)，既可固定風(fēng)扇，又不妨礙吸附腔內(nèi)的空氣甩出。風(fēng)扇電機(jī)(3.1)、電機(jī)支座(3.2)、翼型后向風(fēng)扇(3.3)、機(jī)殼(3.4)共同組成吸附裝置。底座5的設(shè)計(jì)，在底座設(shè)有多個(gè)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(qiáng)了氣流的密封性，使內(nèi)外壓力差加大，改善底部進(jìn)氣處的弧線并增加一個(gè)網(wǎng)狀阻擋盤(28)，既可以使空氣源源不斷的進(jìn)入機(jī)殼，又可以讓進(jìn)入機(jī)殼的空氣減少，使吸附更加牢靠。
[0049]機(jī)器蛇運(yùn)動方式。由于整體需要輕量化，采用選擇車輪式作為機(jī)器蛇的行走方式。由于左右轉(zhuǎn)彎的R副帶有電機(jī)驅(qū)動，為了減少轉(zhuǎn)彎時(shí)受到的阻力，前輪(4)設(shè)計(jì)成萬向輪的結(jié)構(gòu)，同時(shí)為了增大機(jī)器蛇與墻面間的摩擦力，在前后輪均增加花紋。運(yùn)動時(shí)，由電機(jī)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⑴帶動前輪⑷完成機(jī)器蛇的運(yùn)動。為了保證機(jī)器蛇的運(yùn)動平穩(wěn)，在前輪(4)處增加了減震器(4.1)。
[0050]機(jī)器蛇連接關(guān)節(jié)處的設(shè)計(jì)。要求不妨礙機(jī)器蛇的抬頭和轉(zhuǎn)彎運(yùn)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(gè)R副組成一個(gè)連接關(guān)節(jié)(12)，具有兩個(gè)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(zhǔn)確的轉(zhuǎn)動預(yù)定角度。采用兩個(gè)電機(jī)分別驅(qū)動R副來控制抬頭運(yùn)動和轉(zhuǎn)彎運(yùn)動。采用模塊化設(shè)計(jì)，每個(gè)關(guān)節(jié)均可進(jìn)行拆卸，可以根據(jù)不同任務(wù)的需要增減單元體的數(shù)量。
[0051]機(jī)器蛇轉(zhuǎn)彎、抬頭運(yùn)動機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。轉(zhuǎn)彎的實(shí)現(xiàn)，通過驅(qū)動電機(jī)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(yùn)動。通過電機(jī)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(yùn)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。
[0052]攝像頭的設(shè)計(jì)。攝像頭在水平方向的轉(zhuǎn)動，運(yùn)用齒輪傳動機(jī)構(gòu)，通過電機(jī)驅(qū)動小齒輪(24)轉(zhuǎn)動，帶動與大齒輪(23)連接的攝像頭機(jī)架(22)轉(zhuǎn)動，運(yùn)行平穩(wěn)，減少了轉(zhuǎn)動時(shí)的振動和不平穩(wěn)。豎直方向的轉(zhuǎn)動，運(yùn)用蝸輪蝸桿傳動機(jī)構(gòu)，通過電機(jī)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。
[0053]經(jīng)過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)爬壁機(jī)器人迀移性攀爬的功能欠缺，對壁面的適應(yīng)性較差，基本只能實(shí)現(xiàn)一個(gè)平面的移動。針對這個(gè)問題，設(shè)計(jì)了一個(gè)可實(shí)現(xiàn)從一個(gè)壁面到另一個(gè)壁面的迀移的結(jié)構(gòu)，并且不僅僅局限于垂直平面的迀移，任何角度或彎曲的平面均可。以機(jī)器蛇在兩個(gè)垂直墻面轉(zhuǎn)換為例來講解機(jī)器蛇的平面轉(zhuǎn)換原理。機(jī)器蛇每節(jié)的最大抬頭角度為60°，電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)，蛇節(jié)上抬，電機(jī)逆時(shí)針轉(zhuǎn)，蛇節(jié)下抬。通過各節(jié)上下抬頭的配合運(yùn)動，結(jié)合蛇身的向前運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)機(jī)器蛇在內(nèi)外壁面的迀移運(yùn)動。在此期間不用擔(dān)心由于轉(zhuǎn)換時(shí)吸附力不夠?qū)е律吖?jié)掉落，因?yàn)槊恳还?jié)蛇身都是獨(dú)立系統(tǒng)，每一節(jié)都可通過電機(jī)的反轉(zhuǎn)回到壁面上?？紤]到機(jī)器蛇迀移運(yùn)動的過程和關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)角為不大于±60°，采用至少六節(jié)的蛇形結(jié)構(gòu)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種偵察型可越障機(jī)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)和尾部天線(17);機(jī)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(jī)器蛇連接關(guān)節(jié)(12)包括連接支架(12.1)、水平中軸(12.2)、運(yùn)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(yùn)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(yùn)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(yùn)動支架(12.3)左右兩端第四凸臺(12.3.1)處，與運(yùn)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(yùn)動支架(12.3)中間處，固定抬頭齒輪(12.4)位置； 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(shí)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(gè)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(shí)現(xiàn)抬頭功能；連接關(guān)節(jié)(12)中的運(yùn)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(gè)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(fēng)扇電機(jī)(3.1)、電機(jī)支座(3.2)、翼型后向風(fēng)扇(3.3)、機(jī)殼(3.4)組成，由上到下放置順序依次為風(fēng)扇電機(jī)(3.1)、電機(jī)支座(3.2)、翼型后向風(fēng)扇(3.3)，機(jī)殼(3.4);機(jī)殼(3.4)下方采用弧線形設(shè)計(jì)，風(fēng)扇電機(jī)(3.1)驅(qū)動翼型后向風(fēng)扇(3.3)完成吸附；機(jī)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(shí)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(jī)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(yùn)動；機(jī)器蛇轉(zhuǎn)彎通過轉(zhuǎn)彎蝸桿(21)、連接關(guān)節(jié)(12)實(shí)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(jī)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(yùn)動。2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種偵察型可越障機(jī)器蛇，其特征在于: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⑷為萬向輪的結(jié)構(gòu)，在前輪(4)處增加減震器(4.1);運(yùn)動時(shí)，由電機(jī)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(I)帶動前輪(4)完成機(jī)器蛇的運(yùn)動。3.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種偵察型可越障機(jī)器蛇，其特征在于: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(jī)構(gòu)實(shí)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(jī)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(jī)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(jī)驅(qū)動小齒輪(24)轉(zhuǎn)動，帶動與大齒輪(23)連接的攝像頭機(jī)架(22)轉(zhuǎn)動；偵查攝像頭豎直方向的轉(zhuǎn)動，運(yùn)用蝸輪蝸桿傳動機(jī)構(gòu)，通過電機(jī)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。4.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種偵察型可越障機(jī)器蛇，其特征在于，通過蛇節(jié)的抬頭運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)-90°?90°的墻壁轉(zhuǎn)換。5.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種偵察型可越障機(jī)器蛇，其特征在于，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(qiáng)氣流的密封性；底部進(jìn)氣處采用流線型弧線設(shè)計(jì)，進(jìn)氣處并增加網(wǎng)狀阻擋盤(28)，使吸附更加牢靠。6.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種偵察型可越障機(jī)器蛇，其特征在于，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(zhǔn)確的轉(zhuǎn)動預(yù)定角度。
【專利摘要】一種偵察型可越障機(jī)器蛇屬于機(jī)器人領(lǐng)域。由于傳統(tǒng)爬壁機(jī)器人無法跨越90度的墻面，使得它們在普遍為直角設(shè)計(jì)的現(xiàn)代建筑上，寸步難行。跨越障礙物能力弱，導(dǎo)致其也不能涉足危險(xiǎn)場地執(zhí)行搜尋和檢測維護(hù)任務(wù)，致使其應(yīng)用范圍少。針對傳統(tǒng)爬壁機(jī)器人的不足，與穩(wěn)定性好、橫截面小、高柔性的蛇形機(jī)器人相結(jié)合，設(shè)計(jì)出了此款爬壁機(jī)器蛇。該機(jī)器蛇可以模仿蛇的抬頭和擺頭動作。利用蛇的抬頭運(yùn)動，可使機(jī)器蛇在不同角度的壁面轉(zhuǎn)換自如，遷移性強(qiáng)。以車輪作為行走方式，并在運(yùn)動關(guān)節(jié)處加入了緩沖扭簧，保證轉(zhuǎn)換角度的準(zhǔn)確。在吸附方面，運(yùn)用真空負(fù)壓原理使其吸附在壁面上，并通過比較分析，設(shè)計(jì)了一種底座結(jié)構(gòu)來使吸附更加牢靠。攝像頭可360°轉(zhuǎn)動。
【IPC分類】B62D57/024, B62D57/02
【公開號】CN104925159
【申請?zhí)枴緾N201510389090
【發(fā)明人】石燁佳, 王建華, 馬丹躍, 盧垣燊, 劉志峰
【申請人】北京工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年9月23日
【申請日】2015年7月5日