一種模塊化可重構(gòu)蛇形機(jī)器人的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于機(jī)械自動(dòng)化工程領(lǐng)域，具體地說是一種模塊化可重構(gòu)蛇形機(jī)器人，可應(yīng)用在古墓、地下墓葬等環(huán)境。
【背景技術(shù)】
[0002]在我國考古界，長期以來對地下墓葬類封閉空間的探查，主要采用的是洛陽鏟。這種探查方式，是用洛陽鏟在探查區(qū)打出豎直的探洞，依據(jù)洛陽鏟帶出的泥土變化的特征，來判斷地下遺存的狀況。這種探查方法盡管簡便，其判斷依據(jù)卻是間接地帶有一定的隨機(jī)性，并無法準(zhǔn)確判斷地下遺存的存在和分布。而且，當(dāng)?shù)叵麓嬖谶z存時(shí)，洛陽鏟難免正好打在文物上，存在一定損害文物的風(fēng)險(xiǎn)。
[0003]考古人員如果要身入墓室，也是風(fēng)險(xiǎn)重重。古代墓葬年代久遠(yuǎn)，尸體和其他物質(zhì)的氧化腐敗，耗盡了其中的氧氣，同時(shí)也會(huì)生成一些有害的氣體，比如二氧化碳、硫化氫、二氧化硫、甲烷，按照古人的埋葬文化可能還會(huì)存在汞蒸汽。此外，由于地下潮濕、陰暗，可能還會(huì)存在一些微生物。無氧和上述氣體以及微生物的存在，對考古人員必然造成有害影響。
[0004]國外研究人員1993年首次在大金字塔內(nèi)使用機(jī)器人進(jìn)行探測。2002年9月，名為“金字塔漫游者”的機(jī)器人被用于埃及金字塔神秘石門考古探索任務(wù)，其長30cm，寬12cm，高度在11?28cm范圍內(nèi)可調(diào)，配備超聲傳感器用來測量石塊厚度，并通過“透地雷達(dá)”裝置探測金子塔內(nèi)部。2013年4月，考古學(xué)家為了探明墨西哥羽蛇神廟中一條隧道的奧妙，使用了一個(gè)名為“Tlaloc I1-TC”的機(jī)器人。這個(gè)機(jī)器人裝備有紅外線攝像裝置和激光掃描儀，能夠生成地下空間的3D圖像。
[0005]中國國家博物館于2008年研制出一種雙履帶式考古機(jī)器人，在西安龐留唐墓的搶救性發(fā)掘工作中，機(jī)器人成功從盜洞中進(jìn)入墓穴內(nèi)，將墓室內(nèi)的圖像、溫度、濕度等信息傳回控制臺(tái)。該機(jī)器人也在西安延廉漢墓進(jìn)行了測試試驗(yàn)。國內(nèi)同類機(jī)器人如果從探洞進(jìn)入，就不能在墓室內(nèi)移動(dòng)探測。如何讓機(jī)器人既可從盜洞、探洞進(jìn)入，又可以在進(jìn)入墓室后進(jìn)行移動(dòng)探測，獲取古代墓葬內(nèi)的環(huán)境信息，已經(jīng)成了制約地下墓葬考古發(fā)掘的一個(gè)瓶頸。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決現(xiàn)有古墓探測機(jī)器人存在的上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種能夠在古墓、地下墓葬等環(huán)境下工作的模塊化可重構(gòu)蛇形機(jī)器人。該蛇形機(jī)器人能夠在根據(jù)不同情況組合不同的模塊來獲取古墓、地下墓葬的溫、濕度、有害氣體和布局等環(huán)境信息。
[0007]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的:
[0008]本發(fā)明包括通過連接模塊依次連接的可視模塊、溫度探測模塊、濕度探測模塊及氣體探測模塊，其中可視模塊、溫度探測模塊、濕度探測模塊及氣體探測模塊均包括標(biāo)準(zhǔn)模塊，所述標(biāo)準(zhǔn)模塊包括框架、履帶支架、履帶、履帶輪、履帶輪軸及履帶驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，該框架周向均布有多個(gè)履帶支架，相鄰履帶支架之間設(shè)有至少一條履帶，所述履帶上連接有多個(gè)履帶輪，每個(gè)履帶輪的履帶輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在所述履帶支架上；所述履帶驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)安裝在框架內(nèi)，驅(qū)動(dòng)每條履帶中同一位置的履帶輪旋轉(zhuǎn)、進(jìn)而帶動(dòng)履帶；所述框架的兩端分別為與所述連接模塊相連接的快換接口板、連接模塊接口 ；所述可視模塊的標(biāo)準(zhǔn)模塊上設(shè)有可視攝像頭，所述溫度探測模塊的標(biāo)準(zhǔn)模塊上分別安裝有溫度數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換電路板及溫度探測頭，所述濕度探測模塊的標(biāo)準(zhǔn)模塊上分別安裝有濕度數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換電路板及濕度探測頭，所述氣體探測模塊的標(biāo)準(zhǔn)模塊上分別開有空氣進(jìn)口、空氣出口，并在氣體探測模塊的標(biāo)準(zhǔn)模塊內(nèi)設(shè)有氣體成分分析模塊；
[0009]其中:所述履帶支架端面呈“十”字形，其內(nèi)側(cè)下方設(shè)有固定架，每個(gè)固定架的兩端分別與所述快換接口板及連接模塊接口相連，形成所述框架；所述履帶支架與固定架的長度相等，即為所述標(biāo)準(zhǔn)模塊的軸向長度；所述標(biāo)準(zhǔn)模塊為端面呈四邊形的框架結(jié)構(gòu)，履帶支架及固定架各為四個(gè)，分別位于四邊形的四個(gè)角，所述標(biāo)準(zhǔn)模塊的每個(gè)面均設(shè)有兩條相互平行的履帶，每條履帶上連接相同數(shù)量的履帶輪，兩條履帶上相對應(yīng)的履帶輪套設(shè)在同一履帶輪軸上；所述標(biāo)準(zhǔn)模塊每個(gè)面上的兩條履帶靠近快換接口板一端的履帶輪軸上均設(shè)有第一斜齒輪，每個(gè)面上第一斜齒輪位于各面兩條履帶之間，各面上的第一斜齒輪通過所述履帶驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)同步驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而同步帶動(dòng)各面上的履帶；
[0010]所述連接模塊接口為圓環(huán)狀結(jié)構(gòu)件，其外圈沿圓周方向均布有四個(gè)沿徑向向外延伸的延伸部，所述標(biāo)準(zhǔn)模塊每個(gè)面上的兩條履帶靠近連接模塊接口一端的履帶輪軸分別與一個(gè)延伸部轉(zhuǎn)動(dòng)連接，每個(gè)面上的延伸部位于各面兩條履帶之間；所述延伸部沿標(biāo)準(zhǔn)模塊軸向的長度小于所述標(biāo)準(zhǔn)模塊；所述連接模塊接口的內(nèi)圈為圓柱形止口，端面沿圓周方向均布有多個(gè)用于連接的螺紋孔；
[0011]所述快換接口板為四邊形板狀結(jié)構(gòu)件，中間開有圓孔，所述圓孔邊緣沿軸向向外延伸形成接口 ；所述快換接口板的四角分別開有用于與所述固定架連接的螺紋孔；
[0012]所述履帶驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)、正交斜齒輪、斜齒輪軸及第二斜齒輪，該驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝在所述框架內(nèi)，所述正交斜齒輪連接于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸，在該正交斜齒輪的圓周方向均布有數(shù)量與所述履帶支架相同的第二斜齒輪，每個(gè)第二斜齒輪的斜齒輪軸均轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在所述框架上；每個(gè)所述第二斜齒輪與相鄰兩履帶支架之間的履帶上的履帶輪傳動(dòng)，通過所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)進(jìn)行帶動(dòng)履帶；
[0013]所述溫度探測模塊的溫度探測頭安裝在標(biāo)準(zhǔn)模塊的履帶支架上，位于所述框架的外面，探測外面環(huán)境溫度；所述溫度數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換電路板安裝在框架內(nèi)部，并分別與外部線路和溫度探測頭相連，將溫度探測頭采集到的信息轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)上傳到外部線路上；
[0014]所述濕度探測模塊的溫度探測頭安裝在標(biāo)準(zhǔn)模塊的履帶支架上，位于所述框架的外面，探測外面環(huán)境濕度；所述濕度數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換電路板安裝在框架內(nèi)部，并分別與外部線路和濕度探測頭相連，將濕度探測頭采集到的信息轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)上傳到外部線路上；
[0015]所述氣體探測模塊的空氣進(jìn)口、空氣出口分別安裝在標(biāo)準(zhǔn)模塊的履帶支架上，位于所述框架的外面，采集或排放空氣；所述氣體成分分析模塊安裝在框架內(nèi)部，并分別與外部線路和空氣進(jìn)口、空氣出口相連，將氣體成分的分析信息轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)上傳到外部線路上;
[0016]所述連接模塊包括橡膠套外殼、支撐側(cè)板、舵機(jī)、快換法蘭、“L”形板、齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及具有彈性的橡膠套，該橡膠套外殼內(nèi)壁上對稱固定有兩個(gè)支撐側(cè)板，所述舵機(jī)為兩個(gè)、均容置于所述橡膠套外殼內(nèi)，并分別與所述支撐側(cè)板相連；所述“L”形板的一端通過所述齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與兩個(gè)舵機(jī)的輸出軸連接，另一端連接有所述快換法蘭上；所述橡膠套套在橡膠套外殼上，一端連接于橡膠套外殼上，另一端連接于所述快換法蘭；所述橡膠套外殼露在橡膠套外部的部分與所述標(biāo)準(zhǔn)模塊的連接模塊接口相連接，所述快換法蘭與所述標(biāo)準(zhǔn)模塊的快換接口板相連接。
[0017]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與積極效果為:
[0018]1.本發(fā)明基于可重構(gòu)的模塊化設(shè)計(jì)理念，針對不同的探測環(huán)境組裝不同的勘測模塊，通過探洞并進(jìn)入墓室查探。機(jī)器人具有較強(qiáng)的越障能力，能夠長時(shí)間、大范圍的探查墓穴內(nèi)的環(huán)境、布局以及葬品；機(jī)器人同時(shí)能夠?qū)δ故覂?nèi)的溫度、濕度以及有毒有害氣體進(jìn)行檢測，防止科考人員直接進(jìn)入墓室造成古物及人員的傷害。
[0019]2.本發(fā)明的環(huán)境適應(yīng)性較強(qiáng)，具有主、被動(dòng)驅(qū)動(dòng)能力，本發(fā)明模擬生物蛇的爬行動(dòng)作除了能夠適應(yīng)地下墓室的平整土質(zhì)地面外還能夠適應(yīng)水泥、理石和等路面，通過模仿蛇類運(yùn)動(dòng)靠地面摩擦力的推動(dòng)實(shí)現(xiàn)模塊化可重構(gòu)蛇形機(jī)器人的被動(dòng)前進(jìn)、后退運(yùn)動(dòng)；通過模塊化可重構(gòu)蛇形機(jī)器人標(biāo)準(zhǔn)模塊上的驅(qū)動(dòng)電機(jī)則能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)器人的主動(dòng)前進(jìn)、后退運(yùn)動(dòng)，還具有越障能力。
[0020]3.本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕，能夠很好的完成地下墓穴的探測任務(wù)。
【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2為本發(fā)明可視模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖3為本發(fā)明標(biāo)準(zhǔn)模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖4為本發(fā)明標(biāo)準(zhǔn)模塊中履帶驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖5為本發(fā)明溫度探測模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖6為本發(fā)明濕度探測模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖7