專利名稱：蛇形機(jī)器人履帶車(chē)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及小型無(wú)人駕駛的地面機(jī)器人車(chē)輛。更具體地，本發(fā)明涉及 一種具有多個(gè)通過(guò)高自由度驅(qū)動(dòng)式聯(lián)接件互連的履帶式機(jī)架單元的蛇形機(jī) 器人履帶車(chē)。
背景技術(shù)：
機(jī)器人學(xué)是活躍的研究領(lǐng)域，已研制出許多不同類(lèi)型的機(jī)器人車(chē)輛用 于各種任務(wù)。例如，無(wú)人駕駛的飛行器已非常成功地用于軍事空中偵察。然而，無(wú)人駕駛的地面車(chē)輛獲得較少成功，這部分地是由于在地面環(huán)境中 運(yùn)動(dòng)顯著地比在空中環(huán)境中運(yùn)動(dòng)困難。無(wú)人駕駛地面車(chē)輛當(dāng)試圖實(shí)現(xiàn)機(jī)動(dòng)性時(shí)會(huì)面臨許多挑戰(zhàn)。地形的變化 很廣泛，例如包括木>散和易變的材料、障礙物、植被、有限寬度或高度的 開(kāi)口、臺(tái)階等。優(yōu)化用于在一種環(huán)境中運(yùn)行的車(chē)輛可能在另一種環(huán)境中運(yùn) 行不佳。還有一些與車(chē)輛的尺寸有關(guān)的折衷方案。大型車(chē)輛可以更好地處理某 些障礙物，例如臺(tái)階、落差、間隙等。另一方面，大型車(chē)輛不能容易地通 過(guò)狹窄的通道或者在管道內(nèi)部行進(jìn)，且更容易被植物阻擋。大型車(chē)輛還往 往更容易被看到，并因此不太希望用于獨(dú)立的監(jiān)視應(yīng)用。相比之下，盡管小型車(chē)輛更獨(dú)立，但越過(guò)障礙變成更大的行駛問(wèn)題。
各種各樣的機(jī)動(dòng)性構(gòu)造已經(jīng)適合于通過(guò)困難的地形。這些選擇方案包 括腿、車(chē)輪和履帶。有腿的機(jī)器人可能是靈活的，但采用復(fù)雜的控制機(jī)構(gòu) 來(lái)移動(dòng)和達(dá)到穩(wěn)定性。輪式車(chē)輛可以提供高度機(jī)動(dòng)性，但提供有限的附著 作用并需要寬度以便得到穩(wěn)定性。
履帶式車(chē)輛是已知的，且通常構(gòu)造成坦克構(gòu)型。盡管履帶式車(chē)輛在某 些環(huán)境中可以提供高度穩(wěn)定性，但履帶式車(chē)輛在車(chē)輛很小的情況下通常提 供有限的可操縱性。此外，已知的履帶式車(chē)輛不能適應(yīng)在寬范圍內(nèi)變化的 障礙，尤其是當(dāng)?shù)匦为M窄并且道路彎曲時(shí)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明包括一種蛇形機(jī)器人履帶車(chē)，該履帶車(chē)克服現(xiàn)有技術(shù)中固有的 問(wèn)題和不足。在一個(gè)實(shí)施例中，蛇形機(jī)器人履帶車(chē)包括第一機(jī)架和第二機(jī) 架，每個(gè)機(jī)架都具有一旋轉(zhuǎn)式支承于其中的連續(xù)履帶。第一和第二機(jī)架通 過(guò)驅(qū)動(dòng)式聯(lián)接臂連接。聯(lián)接臂具有 一對(duì)位于聯(lián)接到相應(yīng)的機(jī)架的各端部處
的腕狀(wrist-like)驅(qū)動(dòng)式聯(lián)接件，并具有位于腕狀驅(qū)動(dòng)式聯(lián)接件之間的 肘狀(elobw-like )驅(qū)動(dòng)式接頭。


從下文結(jié)合附圖的描述和所附權(quán)利要求中可以更清楚地看到本發(fā)明。 應(yīng)當(dāng)理解，這些附圖僅描述了本發(fā)明的示例性實(shí)施例，它們不應(yīng)當(dāng)凈皮認(rèn)為 是對(duì)本發(fā)明的范圍的限制?？梢匀菀椎卣J(rèn)識(shí)到，文中一般性地描述以及在 附圖中示出的本發(fā)明的部件可布置成或設(shè)計(jì)成各種不同的構(gòu)造。但是下面 將通過(guò)附圖更加詳細(xì)和具體地描述和解釋本發(fā)明，其中
圖1示出按照本發(fā)明的示例性實(shí)施例的蛇形機(jī)器人履帶車(chē)的透視圖； 圖2示出按照本發(fā)明的實(shí)施例的腕狀驅(qū)動(dòng)式聯(lián)接件的透視圖； 圖3示出按照本發(fā)明的實(shí)施例的肘狀驅(qū)動(dòng)式聯(lián)接件的透視圖； 圖4示按照本發(fā)明的實(shí)施例的腕狀驅(qū)動(dòng)式聯(lián)接件的透視圖；圖5示出按照本發(fā)明的實(shí)施例的具有基;^f皮包圍的連續(xù)履帶的機(jī)架的 透視圖，其中履帶底部露出；圖6示出按照本發(fā)明的實(shí)施例的具有連續(xù)履帶的機(jī)架的透視圖，其中 履帶的頂部和底部露出；圖7示出按照本發(fā)明的實(shí)施例的處于坦克構(gòu)型的蛇形機(jī)器人履帶車(chē)的 透視圖；圖8示出按照本發(fā)明的實(shí)施例的處于蛇形構(gòu)型的蛇形機(jī)器人履帶車(chē)的 透視圖；圖9示出按照本發(fā)明的實(shí)施例的處于外部爬升構(gòu)型的蛇形機(jī)器人履帶 車(chē)的透視圖；圖10 U) -10 (c)示出按照本發(fā)明的實(shí)施例的處于不同的內(nèi)部爬升構(gòu)型的蛇形機(jī)器人履帶車(chē)的透視圖；圖11 (a)-ll (e)示出按照本發(fā)明的實(shí)施例的蛇形機(jī)器人履帶車(chē)恢復(fù)常態(tài)的一連串運(yùn)動(dòng)的俯視圖；圖12 (a) -12 (f)示出按照本發(fā)明的實(shí)施例的蛇形機(jī)器人履帶車(chē)的各種姿勢(shì)的透視圖；圖13示出按照本發(fā)明的實(shí)施例的控制系統(tǒng)的示意圖；圖14示出按照本發(fā)明的可供選擇的實(shí)施例的蛇形機(jī)器人履帶車(chē)；以及圖15示出按照本發(fā)明的又一可供選擇的實(shí)施例的蛇形機(jī)器人履帶車(chē)。
具體實(shí)施方式
下文對(duì)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的詳細(xì)描述參考了附圖，該附圖形成描 述的一部分，在該附圖中作為示例示出了本發(fā)明可實(shí)施的示例性實(shí)施例。 盡管這些示例性實(shí)施例被充分詳細(xì)地描述以使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵤?本發(fā)明，但應(yīng)當(dāng)理解可實(shí)現(xiàn)其他實(shí)施例且可在不脫離本發(fā)明的精神和范圍 的情況下對(duì)本發(fā)明作各種改變。因此，下文對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例的更詳細(xì)的 描述并不用于限制所要求的本發(fā)明的范圍，而僅僅為了進(jìn)行舉例說(shuō)明且不 限制對(duì)本發(fā)明的特點(diǎn)和特征的描述，以提出執(zhí)行本發(fā)明的最佳方式，并足以使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵤┍景l(fā)明。從而，本發(fā)明的范圍僅由所附權(quán) 利要求來(lái)限定。
下文對(duì)本發(fā)明的詳細(xì)描述和示例實(shí)施例可結(jié)合附圖來(lái)更好地理解，其 中本發(fā)明的元件和特征由附圖標(biāo)記標(biāo)識(shí)。
參見(jiàn)圖1，圖1示出的是按照本發(fā)明的第一示例性實(shí)施例的蛇形機(jī)器
人履帶車(chē)的例圖。更具體地，圖1將蛇形機(jī)器人履帶車(chē)10示出為包括第一 機(jī)架12和第二機(jī)架14。每個(gè)機(jī)架都包括由機(jī)架旋轉(zhuǎn)支承的連續(xù)履帶16、 18。機(jī)架通過(guò)多自由度驅(qū)動(dòng)式聯(lián)接臂20聯(lián)接在一起。多自由度聯(lián)接臂包括 聯(lián)接到第一機(jī)架的第一腕狀驅(qū)動(dòng)式聯(lián)接件22， ^i接到第二機(jī)架的第二腕狀 驅(qū)動(dòng)式聯(lián)接件24,和聯(lián)接在第一和第二腕狀驅(qū)動(dòng)式聯(lián)接件之間的肘狀驅(qū)動(dòng) 式接頭26。
在圖2中更詳細(xì)示出的腕狀驅(qū)動(dòng)式聯(lián)接件22、24提供繞兩個(gè)不同的橫 向軸線28、 29的彎曲運(yùn)動(dòng)和繞縱向軸線30的^L轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)?？v向是指一般沿 驅(qū)動(dòng)式聯(lián)接件取向的方向，因此繞縱向軸線的運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)于扭轉(zhuǎn)或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 橫向是指一般與縱向軸線垂直或成一角度取向的方向，因此繞橫向軸線的 運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)于彎曲運(yùn)動(dòng)。兩個(gè)不同的橫向軸線可以、但不限于相互成直角。 在圖3中更詳細(xì)示出的肘狀驅(qū)動(dòng)式接頭提供繞 f黃向軸線32的彎曲運(yùn)動(dòng)。
腕狀驅(qū)動(dòng)式聯(lián)接件22、 24可以用不同的方式構(gòu)造。例如，腕狀驅(qū)動(dòng)式 聯(lián)接件可以包括一系列相聯(lián)的偏轉(zhuǎn)彎曲接頭、俯仰彎曲接頭和旋轉(zhuǎn)接頭的 組合，其中在接頭和機(jī)架之間聯(lián)接有各種臂聯(lián)接件。例如，如圖4所示， 按照本發(fā)明的實(shí)施例，腕狀軀動(dòng)式聯(lián)接件40可以包括通過(guò)偏轉(zhuǎn)彎曲接頭 44聯(lián)接到機(jī)架12、 14的偏轉(zhuǎn)臂42，當(dāng)連續(xù)履帶16、 18處于既定(nominal) 工作位置并與大體水平的表面接觸時(shí)，上述偏轉(zhuǎn)彎曲接頭44提供繞橫向軸 線28彎曲的偏轉(zhuǎn)(運(yùn)動(dòng))46,所述橫向軸線28相對(duì)于機(jī)架大體上豎直地
俯仰臂48,上述俯仰彎曲接頭50提供繞橫向軸線29彎曲的俯仰(運(yùn)動(dòng)) 52，所述橫向軸線29相對(duì)于機(jī)架大體上水平地取向。腕狀驅(qū)動(dòng)式聯(lián)接件還 可以包括旋轉(zhuǎn)接頭54，所述旋轉(zhuǎn)接頭54提供繞俯仰臂的縱向軸線30旋轉(zhuǎn)的滾動(dòng)50。對(duì)豎直和水平的引用是指，相對(duì)于蛇形機(jī)器人履帶車(chē)在其上工 作的大體上水平的支承表面、且當(dāng)連續(xù)履帶與支承表面接觸時(shí)的既定方向。 應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，當(dāng)蛇形機(jī)器人履帶車(chē)翻倒時(shí)，相對(duì)于蛇形機(jī)器人履帶車(chē)的豎 直方向相對(duì)于支承表面實(shí)際上是水平的。更詳細(xì)地考慮機(jī)架12、 14和連續(xù)履帶16、 18，機(jī)架可以用各種方式 構(gòu)造，使得連續(xù)履帶基^ 皮包圍，從而只有底部60露出，如圖5所示； 或者連續(xù)履帶部分地被包圍，從而連續(xù)履帶16、 18的頂部62和底部60 露出，如圖6所示。應(yīng)該注意，當(dāng)連續(xù)履帶的頂部和底部都露出時(shí)，機(jī)架 可以取向成任一側(cè)朝上，并仍然能運(yùn)動(dòng)。通過(guò)下面對(duì)蛇形機(jī)器人履帶車(chē)的 工作的進(jìn)一步的討論，可以清楚地看到這種構(gòu)型的好處。機(jī)架可以包括聯(lián) 接到連續(xù)履帶的驅(qū)動(dòng)裝置(未示出)，以驅(qū)動(dòng)連續(xù)履帶?？蛇x地，驅(qū)動(dòng)裝 置可以構(gòu)造成在一定的速JL范圍內(nèi)沿任一方向(如順時(shí)針和逆時(shí)針)驅(qū)動(dòng) 連續(xù)履帶。用于對(duì)連續(xù)履帶施加驅(qū)動(dòng)力的各種類(lèi)型的驅(qū)動(dòng)裝置和聯(lián)接技術(shù) 是已知的，且可應(yīng)用在本發(fā)明的實(shí)施例中?；剡^(guò)來(lái)參見(jiàn)圖1,高自由度驅(qū)動(dòng)式聯(lián)接臂20與兩個(gè)單獨(dú)的履帶式機(jī)架 12、 14的組合使蛇形機(jī)器人履帶車(chē)10能實(shí)現(xiàn)許多不動(dòng)的運(yùn)動(dòng)模式，下面 將對(duì)其進(jìn)行說(shuō)明。操縱蛇形機(jī)器人履帶車(chē)可以包括扭鉸多自由度驅(qū)動(dòng)式聯(lián) 接臂，以便為蛇形機(jī)器人履帶車(chē)建立所需的姿勢(shì)。連續(xù)履帶16、 18的驅(qū)動(dòng) 操作可以與高自由度驅(qū)動(dòng)式聯(lián)接臂的扭鉸協(xié)調(diào)，以進(jìn)一步控制姿勢(shì)和提供 蛇形機(jī)器人履帶車(chē)的運(yùn)動(dòng)。當(dāng)確定蛇形機(jī)器人履帶車(chē)的姿勢(shì)時(shí)，可考慮作 用在接頭上的力矩和力，這將在文中進(jìn)一步地描述。第一種姿勢(shì)在本文稱之為"坦克"構(gòu)型，其中第一機(jī)架12和第二機(jī)架 14并排設(shè)置，如圖7所示。兩個(gè)機(jī)架從驅(qū)動(dòng)式聯(lián)接臂20朝同一方向延伸， 并可以是、但不是必須平行。例如當(dāng)經(jīng)過(guò)陵坡時(shí)，坦克構(gòu)型為蛇形機(jī)器人 履帶車(chē)提供橫向穩(wěn)定性。通過(guò)沿相同的方向驅(qū)動(dòng)連續(xù)履帶16、 18,蛇形機(jī) 器人履帶車(chē)可以沿向前和向后的方向移動(dòng)；通過(guò)沿相反的方向驅(qū)動(dòng)連續(xù)履 帶，蛇形機(jī)器人履帶車(chē)可以轉(zhuǎn)動(dòng)。通常，使處于坦克構(gòu)型的蛇形機(jī)器人履 帶車(chē)運(yùn)動(dòng)可以包括向連續(xù)履帶施加不同的驅(qū)動(dòng)速度(包括相反的方向)。本文稱之為"列車(chē)"構(gòu)型的第二姿勢(shì)是第一機(jī)架12和第二機(jī)架14首 尾相連地排成一行的構(gòu)型，如圖8所示。兩個(gè)機(jī)架可以是、但不是必須平 行。列車(chē)構(gòu)型提供較小的輪廓，從而允許蛇形機(jī)器人履帶車(chē)10進(jìn)入小的孑L、 管道、隧道等。列車(chē)構(gòu)型還使蛇形機(jī)器人履帶車(chē)能跨越空隙和孔。在列車(chē) 構(gòu)型中，向前和向后運(yùn)動(dòng)通過(guò)驅(qū)動(dòng)連續(xù)履帶16、 18來(lái)提供。應(yīng)該注意，相 對(duì)于坦克構(gòu)型，連續(xù)履帶中的一個(gè)的方向4皮改變。通過(guò)操作驅(qū)動(dòng)式聯(lián)接臂 20，以在第一機(jī)架和第二機(jī)架之間形成一夾角，可實(shí)現(xiàn)蛇形機(jī)器人履帶車(chē) 的轉(zhuǎn)動(dòng)。
蛇形機(jī)器人履帶車(chē)也可以構(gòu)造用于爬升結(jié)構(gòu)的外部。如圖9所示，蛇 形機(jī)器人履帶車(chē)IO包住結(jié)構(gòu)70,使得連續(xù)履帶的露出部分72、 74彼此朝 向，并接觸所述結(jié)構(gòu)的相對(duì)的外表面76、 78。連續(xù)履帶可以被驅(qū)動(dòng)，以便 沿著所述結(jié)構(gòu)上下移動(dòng)蛇形機(jī)器人履帶車(chē)。許多不同的結(jié)構(gòu)幾何形狀，包 括例如柱，都可以用這種外部爬升構(gòu)型進(jìn)行爬升。
蛇形機(jī)器人履帶車(chē)也可以構(gòu)造用于爬升結(jié)構(gòu)的內(nèi)部。圖10 (a)和IO (b)示出兩種不同的內(nèi)部爬升構(gòu)型。在內(nèi)部爬升構(gòu)型中，蛇形機(jī)器人履帶 車(chē)構(gòu)造成使得連續(xù)履帶的露出部分72、 74彼此背離，并與結(jié)構(gòu)70的相對(duì) 的內(nèi)表面80、 82接觸。內(nèi)部爬升構(gòu)型可用于爬升管道、煙囪、墻內(nèi)部等。
對(duì)蛇形機(jī)器人履帶車(chē)來(lái)說(shuō)，通過(guò)使連續(xù)履帶的露出部分72、 74面向同 一方向、與結(jié)構(gòu)的同甘共苦內(nèi)表面80，及將驅(qū)動(dòng)式聯(lián)接件放置成與對(duì)置的 內(nèi)表面接觸來(lái)爬升結(jié)構(gòu)部分70的內(nèi)部可能也是可行的，如圖10 (c)中所 示。
對(duì)蛇形機(jī)器人履帶車(chē)來(lái)說(shuō)，各種不同的扭鉸運(yùn)動(dòng)也是可行的。例如， 圖11 (a) -11 (e)用俯視風(fēng)示出翻轉(zhuǎn)的蛇形機(jī)器人履帶車(chē)的一種自動(dòng)復(fù)原 技術(shù)。蛇形機(jī)器人履帶車(chē)10在圖11 (a)中示出為側(cè)放著，其中連續(xù)履帶 的露出部分72、 74不再與表面接觸。在第一步驟中，啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)式聯(lián)接件 20，以將機(jī)架以約90°角定位，如圖11 (b)中所示。這提供了一種穩(wěn)定 的構(gòu)型，此時(shí)，可以使一個(gè)腕狀接頭旋轉(zhuǎn)，以將連續(xù)履帶的一個(gè)露出部分 安放成與表面接觸，如圖11 (c)所示。然后旋轉(zhuǎn)另一個(gè)腕狀接頭，以類(lèi)似地定位另一個(gè)機(jī)架，如11 (d)所示。此時(shí)，兩個(gè)連續(xù)的履帶與表面接 觸。然后使聯(lián)接臂變直，使得蛇形機(jī)器人履帶車(chē)可以繼續(xù)(工作)，如圖
ll(e)所示?？蛇x地，使聯(lián)接臂變直可以在蛇形機(jī)器人履帶車(chē)已開(kāi)始向前 移動(dòng)時(shí)進(jìn)行。蛇形機(jī)器人履帶車(chē)可以包括一些系統(tǒng)，如履帶載荷傳感器、 慣性基準(zhǔn)等，以幫助確定和校正履帶車(chē)的取向。例如，引用在此作為參考 的、共同所有并均處于審理中的、于2006年11月13日提交的標(biāo)題為 "Conformable Track Assembly For A Robotic Crawler"(用于才幾器人履 帶車(chē)的順應(yīng)性履帶組件)的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)No. 60/858,805,描述了一種 用于履帶的懸架系統(tǒng)，該懸架系統(tǒng)包括可以在本發(fā)明的實(shí)施例中使用的偏 轉(zhuǎn)器和載荷傳感元件。
其它自動(dòng)復(fù)原運(yùn)動(dòng)模式也是可行的。例如，可以通過(guò)操作驅(qū)動(dòng)式聯(lián)接 臂20將蛇形機(jī)器人履帶車(chē)10安放成拱形構(gòu)型(這將在下文進(jìn)一步說(shuō)明)， 使得蛇形機(jī)器人履帶車(chē)基本僅由履帶的最遠(yuǎn)地分開(kāi)的端部支承。這種構(gòu)型 可能不穩(wěn)定，從而允許進(jìn)一步致動(dòng)扭鉸的聯(lián)接臂，以使蛇形機(jī)器人履帶車(chē) 翻倒。
不具有的大量姿勢(shì)和運(yùn)動(dòng)模式。蛇形機(jī)器人履帶車(chē)10可以采用的其它姿勢(shì) 在圖12 (a) -12 (f)中示出。例如，驅(qū)動(dòng)式聯(lián)接件20可以將機(jī)架12、 14 彼此成一角度地設(shè)置。因此，蛇形機(jī)器人履帶車(chē)可以沿向上(圖12(a))、 向下(圖12 (b))、向左(圖12 (c))、或向右(圖12 (d))的方向 形成拱形。向上和向下形成拱性可以幫助通過(guò)地形的不平坦部分，如凹陷 部或抬升部。向左和向右形成拱形可幫助轉(zhuǎn)動(dòng)和避免障礙。
另一種姿勢(shì)可以稱為急轉(zhuǎn)彎(zag)構(gòu)型，其中機(jī)架以平行的線取向， 但從驅(qū)動(dòng)式聯(lián)接臂朝相反的方向偏移并延伸，如圖12(e)所示。與坦克 構(gòu)型類(lèi)似，急轉(zhuǎn)彎構(gòu)型可以給蛇形機(jī)器人履帶車(chē)提供附加的穩(wěn)定性。
盡管已描述了處于靜態(tài)的各種姿勢(shì)，但應(yīng)該理解，蛇形機(jī)器人履帶車(chē) 可以在工作時(shí)動(dòng)態(tài)地改變姿勢(shì)。此外，根據(jù)蛇形機(jī)器人履帶車(chē)在其中工作 的環(huán)境，上述姿勢(shì)的經(jīng)過(guò)修改的型式也可以證明是有用的。如上所述，各種動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)模式是可行的。盡管上述討論主要集中在履 帶操作提供推進(jìn)力上，但應(yīng)認(rèn)識(shí)到，驅(qū)動(dòng)式聯(lián)接件的操作也可以幫助推進(jìn)。 例如，驅(qū)動(dòng)式聯(lián)接件的突然急拉運(yùn)動(dòng)可以幫助提供牽引作用，或者當(dāng)被纏 繞時(shí)幫助釋放蛇形機(jī)器人履帶車(chē)。作為另一個(gè)例子，履帶的空間取向可以 通過(guò)驅(qū)動(dòng)式聯(lián)接件周期性地或連續(xù)地調(diào)節(jié)，以符合所經(jīng)過(guò)的表面。例如，圖12 (f)示出一扭鉸構(gòu)型。返回到對(duì)扭鉸的多自由度聯(lián)接臂20的討論，對(duì)蛇形機(jī)器人履帶車(chē)來(lái) 說(shuō)，各種其它構(gòu)型也是可行的。通常，聯(lián)接臂包括至少七個(gè)驅(qū)動(dòng)接頭，這 七個(gè)驅(qū)動(dòng)接頭提供繞七個(gè)不同軸線的運(yùn)動(dòng)(雖然這些軸線中的某些有時(shí)可 以相互對(duì)準(zhǔn))。這些接頭可以是單軸、雙軸、或三軸接頭。聯(lián)接臂可以包 括下面 一 系列相聯(lián)接的組合中的任一種 7個(gè)單軸接頭 3個(gè)單軸接頭和2個(gè)雙軸接頭 1個(gè)單軸接頭和2個(gè)三軸接頭 2個(gè)雙軸接頭和1個(gè)三軸接頭例如，聯(lián)接臂可以包括五個(gè)驅(qū)動(dòng)式單軸彎曲接頭和兩個(gè)驅(qū)動(dòng)式單軸旋 轉(zhuǎn)接頭的一系列組合。例如，四個(gè)彎曲接頭可以圍繞位于聯(lián)接件中央的第 五個(gè)彎曲接頭對(duì)稱地設(shè)置，在中央的各側(cè)上有兩個(gè)彎曲接頭。旋轉(zhuǎn)接頭也 可以圍繞中心對(duì)稱地^L置。例如，旋轉(zhuǎn)接頭可以與第五(位于中央的)彎 曲接頭相鄰(例如，如圖7所示)、位于對(duì)稱設(shè)置的彎曲接頭之間、或者 與機(jī)架相鄰?；蛘?，也可以使用雙軸接頭或三軸接頭，其中，雙軸接頭提供與兩個(gè) 串聯(lián)的單軸接頭相同的自由度，三軸接頭提供與串聯(lián)的三個(gè)單軸接頭相同 的自由度。雙軸接頭可以提供例如繞兩個(gè)軸線的彎曲。這些軸線可以、但 不是必須相互正交。三軸接頭可以提供例如繞兩個(gè)橫向軸線的彎曲和繞一 第三縱向軸線的旋轉(zhuǎn)。接頭不需要限于提供彎曲或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的繞轉(zhuǎn)接頭。也可以包括提供平 移運(yùn)動(dòng)的棱柱接頭(/滑移接頭，prismatic joint)。接頭可以包括繞轉(zhuǎn)接頭15和棱柱接頭的特點(diǎn)，以提供例如偏心運(yùn)動(dòng)。
現(xiàn)在將更詳細(xì)地討論蛇形機(jī)器人履帶車(chē)10的控制。如上所述，可以通 過(guò)驅(qū)動(dòng)式多自由度聯(lián)接臂20的扭鉸和連續(xù)履帶16、 18的旋轉(zhuǎn)來(lái)控制蛇形 機(jī)器人履帶車(chē)的運(yùn)動(dòng)和姿勢(shì)。因此，如圖13示意示出的，蛇形機(jī)器人履帶 車(chē)可以包括控制子系統(tǒng)90?？刂谱酉到y(tǒng)與聯(lián)接臂20的各驅(qū)動(dòng)式接頭92通 信，以控制蛇形機(jī)器人履帶車(chē)的姿勢(shì)。控制系統(tǒng)還可以與驅(qū)動(dòng)單元94通信， 該驅(qū)動(dòng)單元94聯(lián)接到第一和第二連續(xù)履帶上，以控制連續(xù)履帶旋轉(zhuǎn)的速度 和方向，從而控制蛇形機(jī)器人履帶車(chē)的運(yùn)動(dòng)?？刂葡到y(tǒng)還可以包括一通信 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)96,該通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)構(gòu)造用于在控制子系統(tǒng)、聯(lián)接臂中的接頭和 驅(qū)動(dòng)單元之間互相通信。
通信網(wǎng)絡(luò)的各種實(shí)現(xiàn)方式是可行的。例如，已知允許大量的通信節(jié)點(diǎn) 在有限數(shù)量的線路上通信的各種通信協(xié)議，包括例如RS-485, RHAMIS, USB， Ethernet等。或者，通信網(wǎng)絡(luò)可以包括無(wú)線部件。例如，通信網(wǎng)絡(luò) 可包括在蛇形機(jī)器人履帶車(chē)和位于遠(yuǎn)離該蛇行機(jī)器人履帶車(chē)處的控制系統(tǒng) 之間提供通信的無(wú)線部分。
控制子系統(tǒng)的各種實(shí)現(xiàn)方式是可行的。例如在一個(gè)實(shí)施例中，控制系 統(tǒng)可以利用主復(fù)本(replica)來(lái)控制蛇形機(jī)器人履帶車(chē)。在主復(fù)本控制系 統(tǒng)中，主復(fù)本位于遠(yuǎn)離蛇形機(jī)器人履帶車(chē)處。主復(fù)本包含與蛇形機(jī)器人履 帶車(chē)相同的接頭，且被手動(dòng)操縱成所希望的姿勢(shì)。位于接頭處的傳感器檢 測(cè)接頭的位置，這些位置與蛇形機(jī)器人履帶車(chē)通信，該蛇行機(jī)器人履帶車(chē) 致動(dòng)其接頭，以試圖形成相同的姿勢(shì)?？蛇x地，蛇形機(jī)器人履帶車(chē)中的接 頭可以包括力傳感器、力矩傳感器或者這兩種傳感器，從而允許測(cè)量接頭 上的力和/或力矩。可選地，接頭上的力和/或力矩可返回與主復(fù)本通信，從 而向控制系統(tǒng)提供力反饋。各種力反饋控制系統(tǒng)是已知的，并可以應(yīng)用于 本發(fā)明的實(shí)施例。
控制系統(tǒng)可以結(jié)合到蛇形機(jī)器人履帶車(chē)中，從而允許履帶車(chē)自動(dòng)地工 作。例如，履帶車(chē)可以長(zhǎng)時(shí)間自動(dòng)地工作。在一實(shí)施例中，控制系統(tǒng)可以 包括局部控制一個(gè)或多個(gè)密切聯(lián)結(jié)的接頭的履帶控制器和分布式接頭。分布式接頭和履帶控制器可以與位于履帶車(chē)內(nèi)部或位于履帶車(chē)外部的主控制 器通信。在另一個(gè)實(shí)施例中，蛇形機(jī)器人履帶車(chē)的控制可以包括控制第一機(jī)架， 其它機(jī)架從動(dòng)于第一機(jī)架。例如，操作者可以控制第一機(jī)架的取向和運(yùn)動(dòng)。 然后其它機(jī)架跟隨第一機(jī)架。 一個(gè)特別的控制方案可以包括在第一機(jī)架之 后自動(dòng)地使其它機(jī)架轉(zhuǎn)向，以減小施加在驅(qū)動(dòng)式聯(lián)接臂上的力。作為另一個(gè)例子，蛇形機(jī)器人履帶車(chē)的控制可以包括使用操縱桿。例 如，例如通過(guò)由操縱桿控制驅(qū)動(dòng)式聯(lián)接件的運(yùn)動(dòng)，可以利用兩維操縱桿來(lái)控制機(jī)器人的姿勢(shì)。操縱桿的兩維運(yùn)動(dòng)可以通過(guò)預(yù)定的原語(yǔ)(premitive) 轉(zhuǎn)變成多自由度驅(qū)動(dòng)式聯(lián)接件的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)。作為一特定的例子，操縱桿向 左或向右的運(yùn)動(dòng)可以使蛇形機(jī)器人履帶車(chē)向左向右形成拱形，其中持續(xù)地 保持操縱桿會(huì)使蛇形機(jī)器人履帶車(chē)在坦克構(gòu)型和蛇形構(gòu)型之間運(yùn)動(dòng)。作為 另一個(gè)特定的例子，操縱桿向前或向后運(yùn)動(dòng)可以使蛇形機(jī)器人履帶車(chē)向上 或向下形成拱形，其中持續(xù)地保持操縱桿向前或向后會(huì)將蛇形機(jī)器人履帶 車(chē)設(shè)置成內(nèi)部爬升或外部爬升構(gòu)型。當(dāng)然，可以認(rèn)識(shí)到，可限定從操縱桿 到(蛇形機(jī)器人履帶車(chē))運(yùn)動(dòng)的各種映射關(guān)系。操作者和控制系統(tǒng)之間的 接口可以通過(guò)在個(gè)人計(jì)算機(jī)、膝上型計(jì)算機(jī)、個(gè)人數(shù)據(jù)助手等上操作的菜 單驅(qū)動(dòng)接口來(lái)提供，這是已知的?？刂葡到y(tǒng)還可以構(gòu)造成在接頭中提供一定程度的順應(yīng)性。例如，由柔 性機(jī)器人履帶車(chē)的環(huán)境施加到接頭上的力可以被檢測(cè)出并與控制系統(tǒng)通 信。當(dāng)超過(guò)某些力的閾值時(shí)，可以允許接頭移動(dòng)。例如，接頭可以包括通 過(guò)機(jī)械系統(tǒng)、電子系統(tǒng)、或者混合機(jī)電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的斷開(kāi)式離合器。力限制 閾值可以進(jìn)行調(diào)節(jié)，以便給蛇形機(jī)器人履帶車(chē)提供可變的順應(yīng)性。例如， 在通過(guò)某種類(lèi)型障礙物時(shí)，提供剛硬姿態(tài)的高閾值可以證明是有用的。或 者，在圍繞其它類(lèi)型障礙彎曲時(shí)，低閾值可以證明是有用。作為另一個(gè)例子，控制系統(tǒng)可以利用過(guò)程處理系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。各種運(yùn)動(dòng) 原語(yǔ)可以預(yù)先編程，其中包括例如采取某些姿勢(shì)(比如，坦克構(gòu)型、急轉(zhuǎn) 彎構(gòu)型、拱形構(gòu)型、列車(chē)構(gòu)型、或爬升構(gòu)型)的原語(yǔ)，及用于運(yùn)動(dòng)(比如,向前、向后)的原語(yǔ)。控制可以包括從接頭力傳感器和環(huán)境傳感器反饋。 混合式的人和自動(dòng)控制可以組合。例如，利用執(zhí)行指令/原語(yǔ)的自動(dòng)的低級(jí)
反饋回路可實(shí)現(xiàn)高^(guò)lA工指令/原語(yǔ)。控制功能可以分成子系統(tǒng)，其中包括， 例如，姿勢(shì)控制，順應(yīng)性控制、運(yùn)動(dòng)控制、力控制及其混合式組合。
按照本發(fā)明的實(shí)施例，在圖14中示出蛇形機(jī)器人履帶車(chē)的可供選擇的 構(gòu)型。蛇形機(jī)器人履帶車(chē)100包括多個(gè)機(jī)架單元102，每個(gè)機(jī)架單元102 都具有旋轉(zhuǎn)式支承于其中的連續(xù)履帶。例如，連續(xù)履帶可以具有一個(gè)或多 個(gè)露出的表面，如上所述。在各機(jī)架單元之間聯(lián)接至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)式高自由 度聯(lián)接臂104。例如，在N個(gè)機(jī)架單元情況下，利用N-1個(gè)聯(lián)接臂來(lái)將機(jī) 架互連成多機(jī)架長(zhǎng)列。驅(qū)動(dòng)式多自由度聯(lián)接臂包括例如如上所述的至少七 個(gè)接頭軸線?？蛇x地，驅(qū)動(dòng)式高自由度聯(lián)接件臂可以可拆卸地連接在各機(jī) 架單元之間，以允許將多機(jī)架長(zhǎng)列例如重新構(gòu)造成許多單個(gè)的機(jī)架、若干 對(duì)機(jī)架、或較短的多機(jī)架長(zhǎng)列。
蛇形機(jī)器人履帶車(chē)還可以包括設(shè)置在驅(qū)動(dòng)式多自由度聯(lián)接臂和/或機(jī) 架上的各種傳感器或工具。例如，如圖15所示，蛇形機(jī)器人履帶車(chē)110 可以具有設(shè)置在一個(gè)^L架112上的攝^4/L 116。作為另一個(gè)例子，可以在 前機(jī)架和后機(jī)架上都設(shè)置攝像機(jī)。例如，前攝傳4幾主要用于觀測(cè)環(huán)境，而 后攝像機(jī)可以用于觀察蛇形機(jī)器人履帶車(chē)的姿勢(shì)以便控制?？梢栽谏咝螜C(jī) 器人履帶車(chē)上設(shè)置其它傳感器，包括例如雷達(dá)、激光雷達(dá)、紅外檢測(cè)器、 溫度傳感器、化學(xué)傳感器、力傳感器、運(yùn)動(dòng)檢測(cè)器、揚(yáng)聲器、天線等。作 為另一個(gè)例子，也可以在蛇形機(jī)器人履帶車(chē)上^1置一些工具，包括例如光 源、夾具、鉗子、操縱裝置、切削刀具、鉆頭、材料取樣器等。作為另一 個(gè)例子，蛇形機(jī)器人履帶車(chē)可以包括設(shè)置在機(jī)架上的鉸接臂。共同所有并 均處于審理中的、于2006年11月13日提交的標(biāo)題為"Tracked Robotic Vehicle with Articulated Arms"(具有鉸接臂件的履帶式機(jī)器人車(chē)輛)的 美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)No. 60/858,915描述了 一種具有鉸接臂的履帶式機(jī)器人 車(chē)輛，該申請(qǐng)被引用在此作為參考。
在某種程度上概括并重申，按照本發(fā)明的蛇形機(jī)器人履帶車(chē)可以在各種應(yīng)用和環(huán)境中使用。例如，但不作為限制，應(yīng)用可以包括搜索和救援、 軍事活動(dòng)和工業(yè)操作?？捎兄诒苊庑枰獙⑷吮┞队谖ｋU(xiǎn)的環(huán)境中，例如 不穩(wěn)定的建筑物、軍事沖突情況、和化學(xué)、生物或核污染的環(huán)境中。蛇形 機(jī)器人履帶車(chē)的構(gòu)造柔性提供多種運(yùn)動(dòng)模式。例如，在坦克構(gòu)型中的運(yùn)動(dòng) 可以提供高度穩(wěn)定性。以蛇狀構(gòu)型運(yùn)動(dòng)可以穿過(guò)狹窄的通道或管道。也可 以爬升結(jié)構(gòu)的外部如柱子，以及爬升結(jié)構(gòu)的內(nèi)部如管道內(nèi)部。在上文中結(jié)合具體的示例性實(shí)施例詳細(xì)描述了本發(fā)明。但是，應(yīng)當(dāng)理 解，可在不脫離由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍的情況下進(jìn)行各種修 改和變型。詳細(xì)的描述和附圖應(yīng)僅被認(rèn)為是說(shuō)明性的，而不是限制性的， 如果存在任何這樣的修改和變型，那么它們都將落入在此描述的本發(fā)明的 范圍內(nèi)。更具體地，盡管在此已經(jīng)描述了本發(fā)明的示例性實(shí)施例，但是本發(fā)明 并不局限于這些實(shí)施例，而是包括本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)前面的詳細(xì)描述可 認(rèn)識(shí)到的經(jīng)過(guò)修改、省略、(例如各個(gè)實(shí)施例之間的)組合、適應(yīng)性改變 和/或替換的任何和全部實(shí)施例。權(quán)利要求中的限定可根據(jù)權(quán)利要求中使用 的語(yǔ)言而進(jìn)行廣泛的解釋，且不限于在前述詳細(xì)描述中或在實(shí)施該申請(qǐng)期 間描述的示例，這些示例應(yīng)^皮認(rèn)為是非排他性的。例如，在本發(fā)明中，術(shù) 語(yǔ)"優(yōu)選地"不是排他性的，這里它的意思是"優(yōu)選地，但是并不限于"。限于權(quán)利要求中提出的順序。因此，本發(fā)明的范圍應(yīng)當(dāng)僅由所附權(quán)利要求 及其合法等同物來(lái)確定，而不是由上文給出的說(shuō)明和示例來(lái)確定。
權(quán)利要求
1.一種蛇形機(jī)器人履帶車(chē)，包括第一機(jī)架，該第一機(jī)架具有由該第一機(jī)架可旋轉(zhuǎn)地支承的第一連續(xù)履帶；聯(lián)接到第一機(jī)架的第一腕狀驅(qū)動(dòng)式聯(lián)接件，其中，第一腕狀驅(qū)動(dòng)式聯(lián)接件提供繞一縱向軸線的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和繞兩個(gè)不同的橫向軸線的彎曲運(yùn)動(dòng)；聯(lián)接到第一腕狀驅(qū)動(dòng)式聯(lián)接件的肘狀驅(qū)動(dòng)式接頭，其中，肘狀驅(qū)動(dòng)式接頭提供繞一橫向軸線的彎曲運(yùn)動(dòng)；聯(lián)接到肘狀驅(qū)動(dòng)式接頭的第二腕狀驅(qū)動(dòng)式聯(lián)接件，其中，第二腕狀驅(qū)動(dòng)式聯(lián)接件提供繞一縱向軸線的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和繞兩個(gè)不同的橫向軸線的彎曲運(yùn)動(dòng)；以及第二機(jī)架，該第二機(jī)架聯(lián)接到第二腕狀驅(qū)動(dòng)式聯(lián)接件，并具有由第二機(jī)架可旋轉(zhuǎn)地支承的第二連續(xù)履帶。
2. 如權(quán)利要求l所述的蛇形機(jī)器人履帶車(chē)，其特征在于，腕狀驅(qū)動(dòng) 式聯(lián)接件的兩個(gè)不同的橫向軸線彼此基本成直角。
3. 如權(quán)利要求l所述的蛇形機(jī)器人履帶車(chē)，其特征在于，腕狀驅(qū)動(dòng) 式聯(lián)接件包括第一偏轉(zhuǎn)臂，該第一偏轉(zhuǎn)臂通過(guò)第一偏轉(zhuǎn)彎曲接頭聯(lián)接到第一才幾架， 該第一偏轉(zhuǎn)彎曲接頭提供繞"橫向軸線的偏轉(zhuǎn)彎曲，該橫向軸線相對(duì)于第 一機(jī)架的既定工作位置基本豎直地取向；第一俯仰臂，該第一俯仰臂通過(guò)第一俯仰彎曲接頭聯(lián)接到偏轉(zhuǎn)臂，該 第一俯仰彎曲接頭提供繞一橫向軸線的俯仰彎曲，該橫向軸線相對(duì)于第一 機(jī)架的既定工作位置基本水平地取向；以及聯(lián)接到第 一俯仰臂的第 一旋轉(zhuǎn)接頭。
4. 如權(quán)利要求l所述的蛇形機(jī)器人履帶車(chē)，其特征在于，腕狀驅(qū)動(dòng) 式聯(lián)接件包括第一彎曲接頭，該第一彎曲接頭提供繞一相對(duì)于第一連續(xù)履帶的既定工作位置基本豎直的軸線的偏轉(zhuǎn)彎曲；第二彎曲接頭，該第二彎曲接頭提供繞一相對(duì)于第一連續(xù)履帶的既定工作位置基本水平的軸線的俯仰彎曲；以及旋轉(zhuǎn)接頭，該旋轉(zhuǎn)接頭提供繞第二軸線的滾動(dòng)旋轉(zhuǎn)，該第二軸線與第 一基本水平的軸線基本正交。
5. 如權(quán)利要求l所述的蛇形機(jī)器人履帶車(chē)，其特征在于，機(jī)架部分 地包圍連續(xù)履帶，使得沿機(jī)架的底部和頂部露出連續(xù)履帶。
6. 如權(quán)利要求l所述的蛇形機(jī)器人履帶車(chē)，其特征在于，除了連續(xù) 履帶沿機(jī)架底部的露出部分之外，機(jī)架基本上包圍連續(xù)履帶。
7. 如權(quán)利要求l所述的蛇形機(jī)器人履帶車(chē)，其特征在于，機(jī)架包括 聯(lián)接到連續(xù)履帶的驅(qū)動(dòng)裝置。
8. 如權(quán)利要求l所述的蛇形機(jī)器人履帶車(chē)，其特征在于，還包括一 控制子系統(tǒng)，該控制子系統(tǒng)與第 一和第二腕狀驅(qū)動(dòng)式聯(lián)接件及肘狀驅(qū)動(dòng)式 接頭中的每個(gè)通信，并構(gòu)造用于控制蛇形機(jī)器人履帶車(chē)的姿勢(shì)。
9. 如權(quán)利要求8所述的蛇形機(jī)器人履帶車(chē)，其特征在于，還包括通 信網(wǎng)絡(luò)，該通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造用于在控制子系統(tǒng)與第 一和第二腕狀驅(qū)動(dòng)式聯(lián)接 件及肘狀驅(qū)動(dòng)式接頭中的每個(gè)之間互相通信。
10. 如權(quán)利要求8所述的蛇形機(jī)器人履帶車(chē)，其特征在于，控制子系 統(tǒng)還與分別聯(lián)接到第一連續(xù)履帶和第二連續(xù)履帶的第一驅(qū)動(dòng)裝置和第二驅(qū) 動(dòng)裝置通信。
11. 如權(quán)利要求8所述的蛇形機(jī)器人履帶車(chē)，其特征在于，控制子系 統(tǒng)還構(gòu)造成控制第 一和第二腕狀驅(qū)動(dòng)式聯(lián)接件及肘狀驅(qū)動(dòng)式接頭的順應(yīng) 性。
12. 如權(quán)利要求8所述的蛇形機(jī)器人履帶車(chē)，其特征在于，控制子系 統(tǒng)包括主復(fù)本。
13. —種蛇形機(jī)器人履帶車(chē)，包括至少兩個(gè)機(jī)架單元，各機(jī)架單元具有可旋轉(zhuǎn)地支承于其中的第 一連續(xù) 履帶；聯(lián)接在機(jī)架單元之間的至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)式多自由度聯(lián)接臂，其中，至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)式多自由度聯(lián)接臂包括至少下述接頭的聯(lián)接組合 第一驅(qū)動(dòng)式三軸接頭， 驅(qū)動(dòng)式單軸接頭，和 第二驅(qū)動(dòng)式三軸接頭。
14. 如權(quán)利要求13所述的蛇形機(jī)器人履帶車(chē)，其特征在于，驅(qū)動(dòng)式 三軸接頭包括單軸轉(zhuǎn)動(dòng)體和雙軸彎曲體。
15. 如權(quán)利要求14所述的蛇形機(jī)器人履帶車(chē)，其特征在于，單軸轉(zhuǎn) 動(dòng)體提供繞一縱向軸線的旋轉(zhuǎn)。
16. 如權(quán)利要求14所述的蛇形機(jī)器人履帶車(chē)，其特征在于，雙軸彎 曲體提供繞兩個(gè)基本正交的橫向軸線的彎曲。
17. 如權(quán)利要求13所述的蛇形機(jī)器人履帶車(chē)，其特征在于，驅(qū)動(dòng)式 三軸接頭包括兩個(gè)單軸彎曲體和一單軸轉(zhuǎn)動(dòng)體的串聯(lián)連接。
18. 如權(quán)利要求13所述的蛇形機(jī)器人履帶車(chē)，其特征在于，驅(qū)動(dòng)式 單軸接頭包括提供繞一橫向軸線的彎曲的單軸彎曲體。
19. 如權(quán)利要求13所述的蛇形機(jī)器人履帶車(chē)，其特征在于，第一和 第二驅(qū)動(dòng)式三軸接頭聯(lián)接到不同的機(jī)架單元，驅(qū)動(dòng)式單軸接頭聯(lián)接在第一 和第二驅(qū)動(dòng)式三軸接頭之間。
20. 如權(quán)利要求13所述的蛇形機(jī)器人履帶車(chē)，其特征在于，單軸接 頭通過(guò)第 一聯(lián)接臂聯(lián)接到第 一三軸接頭，并且單軸接頭通過(guò)第二聯(lián)接臂聯(lián) 接到第二三軸接頭。
21. 如權(quán)利要求11所述的蛇形機(jī)器人履帶車(chē)，其特征在于，各機(jī)架 單元包括聯(lián)接到連續(xù)履帶的驅(qū)動(dòng)單元。
22. 如權(quán)利要求21所述的蛇形機(jī)器人履帶車(chē)，其特征在于，還包括 驅(qū)動(dòng)控制裝置，該驅(qū)動(dòng)控制裝置與驅(qū)動(dòng)單元通信，并構(gòu)造用于控制蛇形機(jī) 器人履帶車(chē)的運(yùn)動(dòng)。
23. 如權(quán)利要求13所述的蛇形機(jī)器人履帶車(chē)，其特征在于，還包括 控制子系統(tǒng)，該控制子系統(tǒng)與驅(qū)動(dòng)式多自由度聯(lián)接臂通信，并構(gòu)造用于控制蛇形機(jī)器人履帶車(chē)的姿勢(shì)。
24. 如權(quán)利要求13所述的蛇形機(jī)器人履帶車(chē)，其特征在于，還包括 控制子系統(tǒng)，該控制子系統(tǒng)與驅(qū)動(dòng)式多自由度聯(lián)接臂通信，并構(gòu)造用于控 制施加到蛇形機(jī)器人履帶車(chē)的接頭上的力或力矩。
25. —種蛇形機(jī)器人履帶車(chē)，包括第 一機(jī)架，該第 一機(jī)架具有由該第 一機(jī)架可旋轉(zhuǎn)地支承的第 一連續(xù)履帶；第二機(jī)架，該第二機(jī)架具有由第二機(jī)架可旋轉(zhuǎn)地支承的第二連續(xù)履帶；以及聯(lián)接在第一機(jī)架和第二機(jī)架之間的驅(qū)動(dòng)式多自由度聯(lián)接臂，其中，驅(qū) 動(dòng)式多自由度聯(lián)接臂包括下述接頭的聯(lián)接組合 第一驅(qū)動(dòng)式雙軸接頭， 驅(qū)動(dòng)式三軸接頭，和 第二驅(qū)動(dòng)式雙軸接頭。
26. 如權(quán)利要求25所述的蛇形機(jī)器人履帶車(chē)，其特征在于，驅(qū)動(dòng)式 雙軸接頭包括雙軸彎曲體。
27. 如權(quán)利要求26所述的蛇形機(jī)器人履帶車(chē)，其特征在于，雙軸彎 曲體提供繞兩個(gè)基本正交的橫向軸線的彎曲。
28. 如權(quán)利要求25所述的蛇形機(jī)器人履帶車(chē)，其特征在于，驅(qū)動(dòng)式 雙軸接頭包括通過(guò)聯(lián)接臂聯(lián)接的兩個(gè)單軸彎曲體。
29. 如權(quán)利要求25所述的蛇形機(jī)器人履帶車(chē)，其特征在于，驅(qū)動(dòng)式 三軸接頭包括兩個(gè)單軸轉(zhuǎn)動(dòng)體和一單軸彎曲體。
30. 如權(quán)利要求29所述的蛇形機(jī)器人履帶車(chē)，其特征在于，單軸彎 曲體聯(lián)接在兩個(gè)單軸轉(zhuǎn)動(dòng)體之間。
31. —種蛇形機(jī)器人履帶車(chē)，包括至少兩個(gè)機(jī)架單元，各機(jī)架單元包括可旋轉(zhuǎn)地支承在其中的連續(xù)履帶； 聯(lián)接在機(jī)架單元之間以形成機(jī)架單元的長(zhǎng)列的至少一個(gè)多自由度聯(lián)接 臂，其中，至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)式多自由度聯(lián)接臂包括至少七個(gè)驅(qū)動(dòng)式接頭的串聯(lián)聯(lián)接的組合。
32. 如權(quán)利要求31所述的蛇形機(jī)器人履帶車(chē)，其特征在于，至少七 個(gè)驅(qū)動(dòng)式接頭包括至少七個(gè)旋轉(zhuǎn)接頭的串聯(lián)聯(lián)接的組合。
33. 如權(quán)利要求31所述的蛇形機(jī)器人履帶車(chē)，其特征在于，至少七 個(gè)驅(qū)動(dòng)式接頭包括至少七個(gè)彎曲接頭的串聯(lián)聯(lián)接的組合。
34. 如權(quán)利要求31所述的蛇形機(jī)器人履帶車(chē)，其特征在于，至少七 個(gè)驅(qū)動(dòng)式接頭包括五個(gè)彎曲接頭和兩個(gè)旋轉(zhuǎn)接頭的串聯(lián)聯(lián)接的組合。
35. 如權(quán)利要求32所述的蛇形機(jī)器人履帶車(chē)，其特征在于，五個(gè)彎 曲接頭和兩個(gè)旋轉(zhuǎn)接頭圍繞多自由度聯(lián)接臂的中心對(duì)稱地設(shè)置。
36. —種操縱蛇形機(jī)器人履帶車(chē)的方法，包括 提供第一機(jī)架和第二機(jī)架，其中各機(jī)架具有可驅(qū)動(dòng)的連續(xù)履帶； 利用驅(qū)動(dòng)式多自由度聯(lián)接臂將第一機(jī)架聯(lián)接到第二機(jī)架，其中多自由度聯(lián)接臂包括至少七個(gè)驅(qū)動(dòng)式接頭的串聯(lián)聯(lián)接的組合，以形成蛇形機(jī)器人 履帶車(chē)；以及扭鉸驅(qū)動(dòng)式多自由度聯(lián)接臂，以便為蛇形機(jī)器人履帶車(chē)建立所希望的 姿勢(shì)。
37. 如權(quán)利要求36所述的方法，其特征在于，還包括使可驅(qū)動(dòng)的連 續(xù)履帶的驅(qū)動(dòng)操作與驅(qū)動(dòng)式多自由度聯(lián)接臂的扭鉸相協(xié)調(diào)，以控制蛇形機(jī) 器人履帶車(chē)的運(yùn)動(dòng)。
38. 如權(quán)利要求37所述的方法，其特征在于，還包括操縱驅(qū)動(dòng)式多 自由度聯(lián)接臂，以產(chǎn)生蛇形機(jī)器人履帶車(chē)的短的急拉運(yùn)動(dòng)。
39. 如權(quán)利要求36所述的方法，其特征在于，還包括使可驅(qū)動(dòng)的連 續(xù)履帶的驅(qū)動(dòng)操作與驅(qū)動(dòng)式多自由度聯(lián)接臂的扭鉸相協(xié)調(diào)，以進(jìn)一步控制 蛇形機(jī)器人履帶車(chē)的姿勢(shì)。
40. 如權(quán)利要求39所述的方法，其特征在于，還包括將第一機(jī)架和 第二機(jī)架定位成坦克構(gòu)型，其中，第一機(jī)架和第二機(jī)架并排，并相對(duì)于驅(qū) 動(dòng)式多自由度聯(lián)接臂朝相同的方向延伸。
41. 如權(quán)利要求40所述的方法，其特征在于，還包括沿相同的方向驅(qū)動(dòng)各連續(xù)履帶，以提供蛇形機(jī)器人履帶車(chē)的行進(jìn)運(yùn)動(dòng)。
42. 如權(quán)利要求40所述的方法，其特征在于，還包括沿相反的方向 驅(qū)動(dòng)各連續(xù)履帶，以提供蛇形機(jī)器人履帶車(chē)的轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)。
43. 如權(quán)利要求39所述的方法，其特征在于，還包括將第一機(jī)架和 第二機(jī)架定位成列車(chē)構(gòu)型，其中第 一機(jī)架和第二機(jī)架首尾相連地排成一行。
44. 如權(quán)利要求43所述的方法，其特征在于，還包括沿相同的方向 驅(qū)動(dòng)各連續(xù)履帶，以提供蛇形機(jī)器人履帶車(chē)的行進(jìn)運(yùn)動(dòng)。
45. 如權(quán)利要求39所述的方法，其特征在于，還包括將第一機(jī)架和 第二機(jī)架定位在外部爬升構(gòu)型，其中第一機(jī)架和第二機(jī)架取向成使得，連 續(xù)履帶的露出部分彼此面對(duì)，并與要爬升的結(jié)構(gòu)的相對(duì)的外表面接觸。
46. 如權(quán)利要求39所迷的方法，其特征在于，還包括將第一機(jī)架和 第二機(jī)架定位在內(nèi)部爬升構(gòu)型，其中第一機(jī)架和第二機(jī)架取向成使得，連 續(xù)履帶的露出部分彼此背離，并與要爬升的結(jié)構(gòu)的相對(duì)的內(nèi)表面接觸。
47. 如權(quán)利要求39所述的方法，其特征在于，還包括將第一機(jī)架和 第二機(jī)架定位在急轉(zhuǎn)彎構(gòu)型，其中第一機(jī)架和第二機(jī)架并排，并相對(duì)于驅(qū) 動(dòng)式多自由度聯(lián)接臂朝相反方向延伸。
48. 如權(quán)利要求39所迷的方法，其特征在于，還包括將第一機(jī)架和 第二機(jī)架定位在拱形構(gòu)型，其中第一機(jī)架和第二機(jī)架彼此間成一角度地定 位。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種能以多種方式運(yùn)動(dòng)的蛇形機(jī)器人履帶車(chē)。該蛇形機(jī)器人履帶車(chē)包括通過(guò)至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)式聯(lián)接件聯(lián)接在一起的多個(gè)機(jī)架單元。各機(jī)架單元包括能使蛇形機(jī)器人履帶車(chē)向前運(yùn)動(dòng)的連續(xù)履帶。至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)式聯(lián)接件具有多個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度，從而使蛇形機(jī)器人履帶車(chē)能采用多種姿勢(shì)。
文檔編號(hào)F16L55/32GK101583820SQ200780049718
公開(kāi)日2009年11月18日 申請(qǐng)日期2007年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月13日
發(fā)明者S·C·雅各布森 申請(qǐng)人:雷神薩科斯公司