一種新型蛇形仿生機器人的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及機器人領(lǐng)域，尤其涉及一種蛇形仿生機器人。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著嵌入式技術(shù)以及通信技術(shù)的發(fā)展，特殊機器人領(lǐng)域的研究也越來越受到科學(xué) 家與社會各界的關(guān)注，并且目前已取得了較好的成績。蛇形機器人是一種新型的仿生物機 器人，它實現(xiàn)了像生物蛇一樣"無肢運動"，是機器人運動方式的一個重大突破。蛇形機器人 在許多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景，如在有輻射、有劇毒、黑暗、地震、狹小管道等不適宜人類 工作的場合，這些機器人的優(yōu)勢已經(jīng)在部分生產(chǎn)應(yīng)用中得到了充分的證實。
[0003] 對于蛇形機器人的研究，日本、美國等國家研究的相對比較多。國內(nèi)主要是國防 科技大學(xué)、中科院沈陽自動化研究所等科研單位在這方面有一定的研究。現(xiàn)有的蛇形機器 人一般由多個關(guān)節(jié)模塊組成，關(guān)節(jié)模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)為液壓、氣動或者電動，具有單自由度或 多自由度的運動方式。為了實現(xiàn)不平整地面的蛇形運動，蛇形機器人的關(guān)節(jié)模塊一般采取 相鄰關(guān)節(jié)按照相差90°的方式連接，使得蛇形機器人具有在水平和堅直兩個方向的擺動能 力。
[0004] 但是現(xiàn)有的蛇形機器人僅僅作為一種觀賞性機器，不能模擬生物蛇類的運動，雖 然在不同地形的適應(yīng)性高了，但是在實際應(yīng)用方面并沒有什么作用，并不能幫助人類完成 部分工作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 根據(jù)以上技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種新型蛇形仿生機器人，包括機器人本體、控制 系統(tǒng)、驅(qū)動電路、舵機、供電系統(tǒng)、無線通訊系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，所述供電系統(tǒng)包括電池和 穩(wěn)壓電路，所述無線通訊系統(tǒng)包括遙控器與數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，所述的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)包括攝像 頭和傳感器組，所述機器人本體包括蛇頭、蛇身、蛇尾三個部分，所述蛇頭由一個關(guān)節(jié)組成， 所述蛇身由六個關(guān)節(jié)組成，所述蛇尾由一個關(guān)節(jié)組成，所述關(guān)節(jié)包括導(dǎo)輪，導(dǎo)輪支架，螺孔， 舵機固定板，緊定螺釘，所述導(dǎo)輪固定在導(dǎo)輪支架上，所述導(dǎo)輪支架上側(cè)安裝有舵機固定 板，所述舵機固定板上安裝有緊定螺釘，所述導(dǎo)輪支架一側(cè)開設(shè)有螺孔，所述攝像頭安裝在 蛇頭部位，所述傳感器安裝在蛇身上的第二關(guān)節(jié)處，所述控制系統(tǒng)安裝在蛇尾部分，所述電 池為2塊，分別安裝在蛇頭和蛇尾，所述驅(qū)動系統(tǒng)、供電系統(tǒng)和無線通訊系統(tǒng)安裝在蛇尾， 所述蛇身分為兩部分，其一是2節(jié)可同時上下且左右轉(zhuǎn)動的關(guān)節(jié)，其二是4節(jié)僅可左右轉(zhuǎn)動 的關(guān)節(jié)（只作為前進動力），所述舵機共八個，分別固定在八個關(guān)節(jié)上，所述控制系統(tǒng)分別 和驅(qū)動系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、無線通訊系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)連接，所述驅(qū)動系統(tǒng)和舵機連接。
[0006] 所述舵機包括雙狀態(tài)操縱左右轉(zhuǎn)動舵機、上下轉(zhuǎn)動舵機、左右轉(zhuǎn)動舵機。
[0007] 所述無線通信系統(tǒng)中的遙控器發(fā)出指令，控制器接收并做出反應(yīng)，通過改變PWM 波改變蛇形機器人的具體行進方式，另外，通過數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，能夠及時有效的將傳感器組 的檢測數(shù)據(jù)和攝像頭所攝畫面發(fā)送至控制計算機顯示，通過攝像頭配置的LED燈使得本發(fā) 明可在黑暗中作業(yè)。
[0008] 所述舵機為高精度舵機，實現(xiàn)了模仿生物蛇蜿蜒前進的行進方式，利用舵機40° 至140°的運動范圍，控制8個舵機的不同的運動角度，從而使得每個關(guān)節(jié)下的車輪轉(zhuǎn)變方 向，從而推動整個機身蜿蜒前進。
[0009] 所述導(dǎo)輪固定在導(dǎo)輪支架上，因舵機有著40°?140°的運動范圍，通過控制8 個舵機不同的運動角度，依靠對地面的摩擦力，使得每個關(guān)節(jié)下的車輪轉(zhuǎn)變方向，從而推動 整個機身蜿蜒前進。
[0010] 所述螺孔是整個關(guān)節(jié)與前一關(guān)節(jié)相連接的唯一結(jié)構(gòu)，用螺絲與前一關(guān)節(jié)的舵機舵 盤固定在一起，使得前后關(guān)節(jié)通過兩個舵機的相互作用規(guī)律擺動，增加了行進的協(xié)調(diào)性，緊 定螺釘將舵機緊緊固定在兩個舵機固定板之間，解決了因機身劇烈擺動引起舵機滑動或者 機身分離的問題。
[0011] 所述控制系統(tǒng)以STM32F103為控制核心，設(shè)計中選用ULN2003驅(qū)動芯片作為舵機 信號的驅(qū)動過件，穩(wěn)壓電路選擇了 LM2596芯片作為穩(wěn)壓的核心。
[0012] 本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明增加了攝像頭、傳感器等有利于蛇形機器人在實際 當(dāng)中應(yīng)用的部件，便于機器人幫助完成工作，采用的攝像頭與溫度、濕度、煙霧傳感器，檢測 靈敏度高、監(jiān)測準確性強。人們利用這一作用可以在有輻射、有劇毒、黑暗、地震、狹小管道 等不適宜人類工作的場合完成勘測等任務(wù)，幫助人們了解內(nèi)部情況。本發(fā)明的控制系統(tǒng) 以STM32F103為控制核心，設(shè)計中選用ULN2003驅(qū)動芯片作為舵機信號的驅(qū)動過件，選用 LM2596芯片設(shè)計穩(wěn)壓電路，使得機身參數(shù)調(diào)整簡單、速度控制精度高、速度動態(tài)響應(yīng)快，電 路穩(wěn)定且電源應(yīng)用率高。本發(fā)明的無線通訊系統(tǒng)中的按鍵遙控器可改變其不同行進方式， 操作人性化、控制靈活。本發(fā)明的無線通信系統(tǒng)中的遙控器發(fā)出指令，控制器接收并做出 反應(yīng)，通過改變PWM波改變蛇形機器人的具體行進方式。另外，通過數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，能夠及 時有效的將傳感器組的檢測數(shù)據(jù)和攝像頭所攝畫面發(fā)送至控制計算機顯示，通過攝像頭配 置的LED燈使得本發(fā)明可在黑暗中作業(yè)。本發(fā)明采用了八個高精度舵機，利用舵機40° 至140°的運動范圍，控制8個舵機的不同的運動角度，從而使得每個關(guān)節(jié)下的車輪轉(zhuǎn)變方 向，從而推動整個機身蜿蜒前進。
【附圖說明】
[0013] 圖1是本發(fā)明的整體硬件結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014] 圖2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)中間部分關(guān)節(jié)框架示意圖；
[0015] 圖3是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)頭部關(guān)節(jié)框架示意圖；
[0016] 圖4是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)尾部關(guān)節(jié)框架示意圖；
[0017] 如圖，導(dǎo)輪-1、控制系統(tǒng)_2、驅(qū)動電路-3、舵機-4、供電系統(tǒng)-5、無線通訊系統(tǒng)-6、 環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)-7、導(dǎo)輪支架-8、螺孔-9、舵機固定板-10、緊定螺釘-11。
【具體實施方式】
[0018] 如圖所示，對本發(fā)明進行進一步說明：
[0019] 實施例1
[0020] 本發(fā)明為一種新型蛇形仿生機器人，由機器人本體、控制系統(tǒng)2、驅(qū)動電路3、舵機 4、供電系統(tǒng)5、無線通訊系統(tǒng)6、環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)7組成，供電系統(tǒng)5包括電池和穩(wěn)壓電路，無 線通訊系統(tǒng)6包括遙控器與數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)7包括攝像頭和傳感器組，機器 人本體包括蛇頭、蛇身、蛇尾三個部分，蛇頭由一個關(guān)節(jié)組成，蛇身由六個關(guān)節(jié)組成，蛇尾由 一個關(guān)節(jié)組成，關(guān)節(jié)包括導(dǎo)輪1，導(dǎo)輪支架8,螺孔9,舵機固定板10,緊定螺釘11，導(dǎo)輪1固 定在導(dǎo)輪支架8上，導(dǎo)輪支架8上側(cè)安裝有舵機固定板10,舵機固定板10上安裝有緊定螺 釘11，導(dǎo)輪支架8 -側(cè)開設(shè)有螺孔9,攝像頭安裝在蛇頭部位，傳感器安裝在蛇身上的第二 關(guān)節(jié)處，控制系統(tǒng)2安裝在蛇尾部分，電池為2塊，分別安裝在蛇頭和蛇尾，驅(qū)動系統(tǒng)、供電 系統(tǒng)5和無線通訊系統(tǒng)6安裝在蛇尾，蛇身分為兩部分，其一是2節(jié)可同時上下且左右轉(zhuǎn)動 的關(guān)節(jié)，其二是4節(jié)僅可左右轉(zhuǎn)動的關(guān)節(jié)（只作為前進動力），舵機4共八個，分別固定在八 個關(guān)節(jié)上，控制系統(tǒng)2分別和驅(qū)動系統(tǒng)、供電系統(tǒng)5、無線通訊系統(tǒng)6、環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)7連接， 驅(qū)動系統(tǒng)和舵機4連接。
[0021] 實施例2
[0022] 本發(fā)明獨特的身體構(gòu)造使得其在運動過程中切向摩擦力遠小于法向摩擦力，蛇形 機器人作為仿生機器人，為達到使其僅僅依靠對地面的摩擦力蜿蜒前行的目的，必須脫離 電機控制前行這一老舊方式，因此我