CN105773595A - 一种磁力驱动的蛇形机器人 - Google Patents

Abstract

本发明是一种磁力驱动的蛇形机器人。该蛇形机器人的最小基本运动单元包括有两个基本运动模块，相邻的两个最小基本运动单元构成一个关节，每个基本运动模块包括有龙脊骨、转向运动高导磁线圈、伸缩运动高导磁线圈、腹部肢节，转向运动高导磁线圈及伸缩运动高导磁线圈均是卡槽式结构，转向运动高导磁线圈及伸缩运动高导磁线圈直接嵌入腹部肢节，或向运动高导磁线圈及伸缩运动高导磁线圈采用胶水与腹部肢节粘接；龙脊骨与腹部肢节之间过盈配合。本发明自身体积小，适应性高，柔性高，爬行运动方便快捷。

Description

一种磁力驱动的蛇形机器人

技术领域

本发明是一种蛇形机器人，特别是一种磁力驱动的蛇形机器人，属于磁力驱动的蛇形机器人创新技术。

背景技术

现有蛇形机器人大多采用机械结构，其存在的缺点是体积庞大，并且适应性不高，柔性较低，即机械结构一旦设定，控制***很难改变，不能完成复杂的运动。应用前景不高，实用性很差，难于推广应用。

发明内容

本发明的目的在于考虑上述问题而提供一种磁力驱动的蛇形机器人。本发明自身体积小，适应性高，柔性高，爬行运动方便快捷。

本发明的技术方案是：本发明的磁力驱动蛇形机器人，该蛇形机器人的最小基本运动单元包括有两个基本运动模块，相邻的两个最小基本运动单元构成一个关节，每个基本运动模块包括有龙脊骨、转向运动高导磁线圈、伸缩运动高导磁线圈、腹部肢节，转向运动高导磁线圈及伸缩运动高导磁线圈均是卡槽式结构，转向运动高导磁线圈及伸缩运动高导磁线圈直接嵌入腹部肢节，或向运动高导磁线圈及伸缩运动高导磁线圈采用胶水与腹部肢节粘接；龙脊骨与腹部肢节之间过盈配合。

本发明采用电流的磁效应产生的电磁力与地面的摩擦力的合力，作为机器人前进的动力，一改采用纯结构设计来实现蛇体曲线运动的现状，使得小、轻、快运动成为可能；此外，本发明采用高导磁的线圈，耗能少，可以实现长续航以及在恶劣的强磁干扰环境下的正常作业；另外，本发明采用多段双关节模块化控制的设计，遇到紧急境况（如被重物砸到或者被捕捉到）可以实现主体与重要关节的分离，使载有传感器或者带有存储器的重要关节得以脱险；本发明与现有技术相比，具有以下特点：1）本发明在灾后搜救工作中，可以凭借其自身体积小、爬行运动方便快捷的特点，搭载传感器进行侦测；2）本发明在环境侦测领域，其续航能力强，借助适当的节能控制算法，实现全天候24小时侦测；再遇到紧急情况下，自身的“分离模式”将被激活最大限度的保存侦测数据以及重要的信息。

本发明是一种设计巧妙，性能优良，方便实用的磁力驱动蛇形机器人。

附图说明

图1为本发明的立体图；

图2为本发明的主视图；

图3为本发明的俯视图。

具体实施方式

实施例：

本发明的原理图如图1所示，本发明的磁力驱动的蛇形机器人，该蛇形机器人的最小基本运动单元包括有两个基本运动模块，相邻的两个最小基本运动单元构成一个关节，每个基本运动模块包括有龙脊骨1、转向运动高导磁线圈2、伸缩运动高导磁线圈3、腹部肢节4，转向运动高导磁线圈2及伸缩运动高导磁线圈3均是卡槽式结构，转向运动高导磁线圈2及伸缩运动高导磁线圈3直接嵌入腹部肢节4，或向运动高导磁线圈2及伸缩运动高导磁线圈3采用胶水与腹部肢节4粘接；龙脊骨1与腹部肢节4之间过盈配合。

本实施例中，上述龙脊骨1设计时预留有阶梯轴肩，龙脊骨1通过预留的阶梯轴肩与腹部肢节4之间过盈配合。

本实施例中，上述龙脊骨1将各个关节窜在一起，其自身采用离散控制模块贴合。

本实施例中，上述每一个关节都有独立的控制单元。关节的控制模块则控制每个关节的运动，形成局部的控制；最后选择一个头部（也可以选择其他部位）的控制单元控制各个关节的运动，如此形成一个多层系的离散模块化控制***。

本实施例中，上述龙脊骨1内部设有熔断丝，安装配合时，先将分段的龙脊骨1与腹部肢节4相连接，连接完成后，最后***熔断丝，并将各个模块串起来，形成完整的机器人。

本实施例中，上述龙脊骨1的内部设有的熔断丝装设在龙脊骨1的芯部，采用低熔点的熔断丝保护，当遇到非正常情况，控制模块熔断熔断丝，使得机器人分离。

本实施例中，上述熔断丝是电阻丝，当电阻丝的内部电流达到一定数值，就会熔断，是一种保护机制。

本实施例中，上述腹部肢节4是一个耐磨触足。

本发明的工作原理是：1）运动控制原理：本发明利用线圈内电流的磁效应产生磁场，作用于通电导体产生电磁力，作为驱动力；在实际控制中，采用“多米诺骨牌算法“选取相邻的两个最小基本运动单元作为关节，对多个关节进行实时联动，可以实现复杂的伸缩与转向运动。

当进行爬行伸缩运动时，对由两个基本运动模块5、6组成的最小基本运动单元，基本运动模块5中的线圈3通电，同时对基本运动模块6的线圈3，通与基本运动模块5反向电流；此时对于单个由基本运动模块5、6组成的最小基本运动单元，由于基本运动模块5、6中的伸缩线圈3通的电流是反向的，则使两线圈处于吸合状态，而相邻的由基本运动模块7、8组成的最小运动单元，基本运动模块7与基本运动模块6中的线圈3的电流方向相同，处于通入同向电流状态，即此时基本运动模块6与基本运动模块7之间产生了斥力。

对于由基本运动模块5、6构成的最小基本运动单元内部产生的是吸力，而与相邻由基本运动模块7、8组成的最小基本运动单元之间产生的是斥力，一个关节实现了运动；下一次通电使通入各个肢节电流反向，关节将“一吸一合”，如此反复控制，蛇形机器人伸缩动作得以实现。

由于通电频率很高,有时可达到500-1000hz，这使得伸缩运动像“多米诺骨牌”一样传递，与地面摩擦力产生的反作用力，使机器人产生向前的运动状态，最终实现蛇的爬行运动；

对于蛇体曲线运动，采用对相邻的最小基本运动单元中的转向线圈2进行控制，实现机器人的转向，同时配合伸缩运动可以实现复杂的曲线运动。

主次体分离原理：龙脊骨将各个关节窜在一起，其自身采用离散控制模块贴合；骨质的芯部采用低熔点的保护阻丝保护，当遇到非正常情况，控制模块熔断保护阻丝，使得机器人分离。

本发明设计一种体积小、质量轻、自由度高的磁力驱动蛇形机器人，包括机器人关节的设计、快速运动控制器以及仿生算法的实现。本发明采用超轻薄耐磨材料作为蛇形机器人的组成关节，并将多个大功率的高导磁的线圈嵌入其中，将多个关节的用龙骨固定使其间隙配合，以便满足快速运动以及转向的需要，通过控制多个相连关节内的线圈产生的磁场，使其产生作用力反作用力，来完成爬行与转向的动作。本发明解决了以往蛇形机器人体积庞大、运动冗余、控制不易实现等问题，实现了真正的仿生动作，可以控制蛇形机器人像真正蛇一样运动，该设备可搭载传感器在及其窄小空间内进行数据采集、传输，有助于地震后的搜救工作、现场工业检测与控制、军事情报的侦测等。

Claims (8)

1.一种磁力驱动的蛇形机器人，其特征在于该蛇形机器人的最小基本运动单元包括有两个基本运动模块，相邻的两个最小基本运动单元构成一个关节，每个基本运动模块包括有龙脊骨、转向运动高导磁线圈、伸缩运动高导磁线圈、腹部肢节，转向运动高导磁线圈及伸缩运动高导磁线圈均是卡槽式结构，转向运动高导磁线圈及伸缩运动高导磁线圈直接嵌入腹部肢节，或向运动高导磁线圈及伸缩运动高导磁线圈采用胶水与腹部肢节粘接；龙脊骨与腹部肢节之间过盈配合。

2.根据权利要求1所述的磁力驱动的蛇形机器人，其特征在于上述龙脊骨设计时预留有阶梯轴肩，龙脊骨通过预留的阶梯轴肩与腹部肢节之间过盈配合。

3.根据权利要求1所述的磁力驱动的蛇形机器人，其特征在于上述龙脊骨将各个关节窜在一起，其自身采用离散控制模块贴合。

4.根据权利要求1所述的磁力驱动的蛇形机器人，其特征在于上述每一个关节都有独立的控制单元。

5.根据权利要求1所述的磁力驱动的蛇形机器人，其特征在于上述龙脊骨内部设有熔断丝。

6.根据权利要求5所述的磁力驱动的蛇形机器人，其特征在于上述龙脊骨的内部设有的熔断丝装设在龙脊骨的芯部，采用低熔点的熔断丝。

7.根据权利要求6所述的磁力驱动的蛇形机器人，其特征在于上述熔断丝是电阻丝。

8.根据权利要求1至7任一项所述的磁力驱动的蛇形机器人，其特征在于上述腹部肢节是一个耐磨触足。