CN104440897B - 一种鳞片可控式蛇形机器人 - Google Patents

Abstract

一种鳞片可控式蛇形机器人，属于仿生机器人技术领域。本发明的蛇形机器人由若干单元模块首尾相连组合而成；单元模块包括双电机驱动舵机、模块骨架及鳞片机构，双电机驱动舵机的两电机轴平行设置；双电机驱动舵机通过舵机连接臂与模块骨架相连，鳞片机构的鳞片张合控制电机安装在模块骨架上，并通过丝杠、丝母驱动导引盘，鳞片根部铰接在模块骨架上，鳞片中部通过连杆与导引盘相连。本发明与现有技术相比，首次引入了具有张合功能的鳞片机构，在鳞片的摩擦各向异性作用下，通过使鳞片处于张开状态或是闭合状态，同时通过双电机驱动舵机控制相邻单元模块彼此靠近或远离，实现蛇形机器人的前行或后退，从而增强了蛇形机器人的适用性。

Description

一种鳞片可控式蛇形机器人

技术领域

本发明属于仿生机器人技术领域，特别是涉及一种鳞片可控式蛇形机器人。

背景技术

蛇形机器人是一种能够模仿蛇的运动机理和行为方式的仿生机器人，由于其环境适应性强，运动灵活性好，结构易模块化，具有很大的研究价值和应用前景。

目前，绝大多数的蛇形机器人采用的驱动轮方式或覆带驱动轮方式提供前进动力，虽然这种结构的蛇形机器人在功能上可以实现前进和后退，但结构非常复杂，虽然在一定程度上可以适应多种不同的地形，然而受到自身结构的限制，无法实现像真实的生物蛇一样的直线伸缩运动，因此导致适用局限性。

针对驱动轮方式或覆带驱动轮方式的蛇形机器人的不足之处，相关技术人员设计出了可实现直线伸缩运动的蛇形机器人，或是通过蛇形机器人的若干控制单元模块的伸长和缩短，实现蛇形机器人伸缩前行；或是在蛇形机器人控制单元模块上简单固定了鳞片，通过利用鳞片摩擦各向异性，实现蛇形机器人伸缩前行，但弊端是无法实现原路直线后退，因此使用效果都不是很理想，依然没有解决适用局限性问题。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种鳞片可控式蛇形机器人，其鳞片具有张合功能，在鳞片的摩擦各向异性作用下，通过使鳞片处于张开状态或是闭合状态，并通过单元模块间的伸缩动作实现蛇形机器人的前行或后退，增强了蛇形机器人的适用性。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种鳞片可控式蛇形机器人，包括若干单元模块，并由若干单元模块首尾相连组合而成；

所述单元模块包括双电机驱动舵机、模块骨架及鳞片机构，所述双电机驱动舵机内包含两个相同的电机，且两个电机的电机轴平行设置；

所述模块骨架呈圆盘形，在模块骨架一侧固定安装有两条第一舵机连接臂，两条第一舵机连接臂相对于模块骨架中心对称设置，在模块骨架另一侧固定安装有两条第二舵机连接臂，两条第二舵机连接臂相对于模块骨架中心对称设置，且第一舵机连接臂与第二舵机连接臂在圆周方向上相差90度；所述两条第一舵机连接臂与双电机驱动舵机的一个电机的电机轴相连接；

所述鳞片机构包括鳞片张合控制电机、丝杠、丝母、导引盘、鳞片及连杆，所述鳞片张合控制电机安装在模块骨架上，鳞片张合控制电机的电机轴与丝杠一端相固连，所述丝母固定安装在导引盘上，丝杠与丝母套装在一起；所述鳞片的根部铰接在模块骨架上，所述连杆一端铰接在鳞片中部，连杆另一端铰接在导引盘上。

在所述模块骨架上还安装有导向杆，在导引盘上设置有导向孔，导向杆位于导向孔内，通过导向杆限制导引盘晃动。

所述鳞片数量若干，且沿模块骨架周向均布设置。

所述导引盘采用花盘结构，所述连杆与导引盘的铰接点位于花盘臂之间。

本发明的有益效果：

本发明与现有技术相比，首次引入了具有张合功能的鳞片机构，在鳞片的摩擦各向异性作用下，通过使鳞片处于张开状态或是闭合状态，同时通过双电机驱动舵机控制相邻单元模块彼此靠近或远离，实现蛇形机器人的前行或后退，从而增强了蛇形机器人的适用性。

附图说明

图1为本发明的一种鳞片可控式蛇形机器人结构示意图；

图2为本发明的单元模块立体图；

图3为本发明的单元模块正视图；

图4为本发明的单元模块俯视图；

图中，1—双电机驱动舵机，2—模块骨架，3—第一舵机连接臂，4—第二舵机连接臂，5—鳞片张合控制电机，6—丝杠，7—丝母，8—导引盘，9—鳞片，10—连杆，11—导向杆。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

如图1、2、3、4所示，一种鳞片可控式蛇形机器人，包括若干单元模块，并由若干单元模块首尾相连组合而成；

所述单元模块包括双电机驱动舵机1、模块骨架2及鳞片机构，所述双电机驱动舵机1内包含两个相同的电机，且两个电机的电机轴平行设置；

所述模块骨架2呈圆盘形，在模块骨架2一侧固定安装有两条第一舵机连接臂3，两条第一舵机连接臂3相对于模块骨架2中心对称设置，在模块骨架2另一侧固定安装有两条第二舵机连接臂4，两条第二舵机连接臂4相对于模块骨架2中心对称设置，且第一舵机连接臂3与第二舵机连接臂4在圆周方向上相差90度；所述两条第一舵机连接臂3与双电机驱动舵机1的一个电机的电机轴相连接；

所述鳞片机构包括鳞片张合控制电机5、丝杠6、丝母7、导引盘8、鳞片9及连杆10，所述鳞片张合控制电机5安装在模块骨架2上，鳞片张合控制电机5的电机轴与丝杠6一端相固连，所述丝母7固定安装在导引盘8上，丝杠6与丝母7套装在一起；所述鳞片9的根部铰接在模块骨架2上，所述连杆10一端铰接在鳞片9的中部，连杆10另一端铰接在导引盘8上。

在所述模块骨架2上还安装有导向杆11，在导引盘8上设置有导向孔，导向杆11位于导向孔内，通过导向杆11限制导引盘8晃动。

所述鳞片9数量为8片，且沿模块骨架2周向均布设置。

所述导引盘8采用花盘结构，所述连杆10与导引盘8的铰接点位于花盘臂之间。

下面结合附图说明本发明的一次使用过程：

选取适当数量的单元模块以首尾相连的方式组合成一条完整的蛇形机器人，如果需要蛇形机器人爬行前进，首先需要控制单元模块内的鳞片张合控制电机5正向转动，进而带动丝杠6正向转动，使丝母7沿丝杠6上行，再通过丝母7带动导引盘8上行，在导引盘8上行过程中，通过连杆10将鳞片9撑开，当鳞片9张开到位后，鳞片张合控制电机5停转，鳞片9维持在张开状态，此刻鳞片9的尖部与地面接触。

此时控制双电机驱动舵机1的两个电机彼此同向转动，会使前后相邻的两个单元模块产生彼此拉近的趋势，由于受到鳞片摩擦各向异性作用，前端单元模块受到的摩擦力大，而后端单元模块受到的摩擦力小，导致整体运动趋势为前端单元模块几乎不动，而后端单元模块被向前拉动；此时再控制双电机驱动舵机1的两个电机彼此反向转动，会使前后相邻的两个单元模块产生彼此远离的趋势，由于受到鳞片摩擦各向异性作用，前端单元模块受到的摩擦力小，而后端单元模块受到的摩擦力大，导致整体运动趋势为后端单元模块几乎不动，而前端单元模块被向前推动，进而实现了蛇形机器人的整体爬行前进。

反之，如果需要蛇形机器人爬行后退，则需要控制单元模块内的鳞片张合控制电机5反向转动，进而带动丝杠6反向转动，使丝母7沿丝杠6下行，再通过丝母7带动导引盘8下行，在导引盘8下行过程中，通过连杆10将鳞片9向内拉回闭合，当鳞片9闭合到位后，鳞片张合控制电机5停转，鳞片9维持在闭合状态，此刻鳞片9的根部与地面接触。

同理，控制双电机驱动舵机1的两个电机彼此同向转动，会使前后相邻的两个单元模块产生彼此拉近的趋势，由于受到鳞片摩擦各向异性作用，前端单元模块受到的摩擦力小，而后端单元模块受到的摩擦力大，导致整体运动趋势为后端单元模块几乎不动，而前端单元模块被向后拉动；此时再控制双电机驱动舵机1的两个电机彼此反向转动，会使前后相邻的两个单元模块产生彼此远离的趋势，由于受到鳞片摩擦各向异性作用，前端单元模块受到的摩擦力大，而后端单元模块受到的摩擦力小，导致整体运动趋势为前端单元模块几乎不动，而后端单元模块被向后推动，进而实现了蛇形机器人的整体爬行后退。

实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。

Claims (4)

1.一种鳞片可控式蛇形机器人，其特征在于：包括若干单元模块，并由若干单元模块首尾相连组合而成；

所述单元模块包括双电机驱动舵机、模块骨架及鳞片机构，所述双电机驱动舵机内包含两个相同的电机，且两个电机的电机轴平行设置；

所述模块骨架呈圆盘形，在模块骨架一侧固定安装有两条第一舵机连接臂，两条第一舵机连接臂相对于模块骨架中心对称设置，在模块骨架另一侧固定安装有两条第二舵机连接臂，两条第二舵机连接臂相对于模块骨架中心对称设置，且第一舵机连接臂与第二舵机连接臂在圆周方向上相差90度；所述两条第一舵机连接臂与双电机驱动舵机的一个电机的电机轴相连接；

所述鳞片机构包括鳞片张合控制电机、丝杠、丝母、导引盘、鳞片及连杆，所述鳞片张合控制电机安装在模块骨架上，鳞片张合控制电机的电机轴与丝杠一端相固连，所述丝母固定安装在导引盘上，丝杠与丝母套装在一起；所述鳞片的根部铰接在模块骨架上，所述连杆一端铰接在鳞片中部，连杆另一端铰接在导引盘上。

2.根据权利要求1所述的一种鳞片可控式蛇形机器人，其特征在于：在所述模块骨架上还安装有导向杆，在导引盘上设置有导向孔，导向杆位于导向孔内，通过导向杆限制导引盘晃动。

3.根据权利要求1所述的一种鳞片可控式蛇形机器人，其特征在于：所述鳞片数量若干，且沿模块骨架周向均布设置。

4.根据权利要求1所述的一种鳞片可控式蛇形机器人，其特征在于：所述导引盘采用花盘结构，所述连杆与导引盘的铰接点位于花盘臂之间。