具有適應不平整地面能力的蛇形機器人的制作方法
【專利摘要】一種具有適應不平整地面能力的蛇形機器人，由多個關(guān)節(jié)模塊連接構(gòu)成，該蛇形機器人還包括控制系統(tǒng)，所述的關(guān)節(jié)模塊包括機身，機身與控制系統(tǒng)相連，多個關(guān)節(jié)模塊的機身相互連接，機身下部設置有懸掛系統(tǒng)，懸掛系統(tǒng)包括對稱安裝在機身左右兩側(cè)的兩個懸掛子系統(tǒng)，懸掛子系統(tǒng)包括檢測裝置和與檢測裝置相連的導桿，檢測裝置與控制系統(tǒng)相連，懸掛子系統(tǒng)還包括安裝于機身上的輪架，輪架上安裝有滑塊，導桿穿過滑塊內(nèi)，并可在滑塊內(nèi)自由滑動，兩側(cè)懸掛子系統(tǒng)的導桿的下端通過輪軸連接，輪軸上設置有輪。本發(fā)明改進了蛇形機器人關(guān)節(jié)模塊的結(jié)構(gòu)，簡化了現(xiàn)有蛇形機器人的控制方式，增強了蛇形機器人在不平整地面上的適應能力。
【專利說明】具有適應不平整地面能力的蛇形機器人
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明屬于機械【技術(shù)領域】，涉及一種機器人，具體的說，涉及一種可在不平整地面上扒形的，具有適應不平整地面能力的蛇形機器人。
【背景技術(shù)】
[0002]蛇形機器人具有身體細長，橫截面小，形狀可變等特點，能夠在障礙物密集的狹窄空間中穿行，并可以攀爬跨越障礙物。
[0003]蛇形機器人一般由多個關(guān)節(jié)模塊組成，各個關(guān)節(jié)模塊之間互相連接。關(guān)節(jié)模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)為液壓、氣動或者電動，具有單自由度或者多自由度運動方式，關(guān)節(jié)模塊與地面通過輪與地面接觸。雖關(guān)節(jié)模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能各有不同，但輪與地面是否能夠保持可靠穩(wěn)定的接觸才是蛇形機器人能否成功運動的唯一因素。
[0004]當蛇形機器人爬行在不平整地面時，目前的蛇形機器人通過調(diào)整關(guān)節(jié)模塊之間的夾角使得關(guān)節(jié)模塊上的輪與地面接觸能夠被保持，但這種方法存在兩個關(guān)鍵問題。首先，根據(jù)蛇形運動規(guī)律計算得到的關(guān)節(jié)模塊間的夾角，需要實時修正才能夠保持輪與地面的接觸，為了進行這種實時的修正計算，不僅需要使用傳感器獲取地面的信息，而且對蛇形機器人的控制器的計算能力提出了很高的要求，增加了蛇形機器人的復雜程度，增加了研制和維護成本，也降低了可靠性。其次，輪與地面之間的接觸力的大小同樣對蛇形機器人的運動有著很大影響，目前的蛇形機器人僅能夠保證輪與地面發(fā)生接觸，但是無法有效地控制調(diào)整輪與地面之間的接觸力大小，這也限制了蛇形機器人在不平整地面上的運動能力。這些都限制了蛇形機器人在不平整地面上的應用。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的以上不足，提供一種可更好調(diào)整輪與地面接觸力，獲得更穩(wěn)定爬行效果的具有適應不平整地面能力的蛇形機器人。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種具有適應不平整地面能力的蛇形機器人，由多個關(guān)節(jié)模塊連接構(gòu)成，該蛇形機器人還包括控制系統(tǒng)，所述的關(guān)節(jié)模塊包括機身，機身與控制系統(tǒng)相連，多個關(guān)節(jié)模塊的機身相互連接，機身下部設置有懸掛系統(tǒng)，懸掛系統(tǒng)包括對稱安裝在機身左右兩側(cè)的兩個懸掛子系統(tǒng)，懸掛子系統(tǒng)包括檢測裝置和與檢測裝置相連的導桿，檢測裝置與控制系統(tǒng)相連，懸掛子系統(tǒng)還包括安裝于機身上的輪架，輪架上安裝有滑塊，導桿穿過滑塊內(nèi)，并可在滑塊內(nèi)自由滑動，兩側(cè)懸掛子系統(tǒng)的導桿的下端通過輪軸連接，輪軸上設置有輪。
[0007]優(yōu)選的是:檢測裝置包括安裝于機身上的力傳感器，力傳感器與控制系統(tǒng)相連，力傳感器下方安裝有線彈簧，線彈簧的下端與導桿相連。
[0008]優(yōu)選的是:檢測裝置包括安裝在機身上的線彈簧和位移傳感器，位移傳感器與控制系統(tǒng)相連，線彈簧安裝在機身的下端面上，位移傳感器安裝在機身下端延伸出的豎柄上，位于線彈簧的下部，線彈簧的下端連接有導桿連接。[0009]優(yōu)選的是:機身上設置有連掛系統(tǒng)，連掛系統(tǒng)包括設置在機身前端的關(guān)節(jié)和設置在機身后端的關(guān)節(jié)槽，后一關(guān)節(jié)模塊的關(guān)節(jié)連接到前一關(guān)節(jié)模塊的關(guān)節(jié)槽內(nèi)。
[0010]本發(fā)明的有益效果是:
[0011](I)本發(fā)明改進了蛇形機器人關(guān)節(jié)模塊的結(jié)構(gòu)，提供了兩種蛇形機器人關(guān)節(jié)模塊結(jié)構(gòu)和控制方式，a、在關(guān)節(jié)模塊中設置了力傳感器，在蛇形機器人運動過程中實時檢測關(guān)節(jié)模塊的輪與地面的接觸力，并將力反饋會控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)將根據(jù)反饋的力調(diào)整各個關(guān)節(jié)模塊的角度。b、在關(guān)節(jié)模塊中設置了位移傳感器，在蛇形機器人運動過程中通過實時檢測與位移傳感器相連的導桿的位移而檢測關(guān)節(jié)模塊的輪與地面的相對位移，并將檢測值反饋會控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)將根據(jù)反饋的力調(diào)整相應關(guān)節(jié)模塊的角度。這兩種控制方式都簡化了現(xiàn)有蛇形機器人的控制方式。
[0012](2)該蛇形機器人的輪安裝在輪軸上，輪軸通過導桿安裝到線彈簧上，導桿同時還穿過滑塊中，滑塊限制了導桿的運動軌跡，也對輪的運動方式起到限制作用。這種結(jié)構(gòu)改善了蛇形機器人輪與地面的接觸模式，可在不平整地面上獲取穩(wěn)定的接觸力，擴大了蛇形機器人在不平整地面上的適應能力。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]附圖1為本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]附圖2為本發(fā)明實施例1關(guān)節(jié)模塊結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]附圖3為本發(fā)明實施例1關(guān)節(jié)模塊各部件連接關(guān)系示意圖。
[0016]附圖4為本發(fā)明實施例2關(guān)節(jié)模塊結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]附圖5為本發(fā)明實施例2關(guān)節(jié)模塊各部件連接關(guān)系示意圖。
【具體實施方式】
[0018]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細的說明。
[0019]如圖1所示:
[0020]該具有適應不平整地面能力的蛇形機器人，由多個關(guān)節(jié)模塊連接構(gòu)成，關(guān)節(jié)模塊包括機身1，機身I上設置有連掛系統(tǒng)，連掛系統(tǒng)包括設置在機身前端的關(guān)節(jié)9和設置在機身后端的關(guān)節(jié)槽11，后一關(guān)節(jié)模塊的關(guān)節(jié)9連接到前一關(guān)節(jié)模塊的關(guān)節(jié)槽11內(nèi)。
[0021]如圖2和圖3所示:
[0022]該具有適應不平整地面能力的蛇形機器人還包括控制系統(tǒng)，機身I與控制系統(tǒng)相連，機身I下部設置有懸掛系統(tǒng)10,懸掛系統(tǒng)10包括對稱安裝在機身左右兩側(cè)的兩個懸掛子系統(tǒng)，懸掛子系統(tǒng)包括固定安裝于機身上的力傳感器2，力傳感器2與控制系統(tǒng)相連，力傳感器2下方固定安裝有線彈簧3，懸掛子系統(tǒng)還包括固定安裝于機身上的輪架4，輪架4上固定安裝有滑塊5，線彈簧3下端連接有導桿6，導桿6穿過滑塊5內(nèi)，并可在滑塊5內(nèi)自由滑動，滑塊5限制了導桿6的運動路徑，連接兩個懸掛子系統(tǒng)的導桿6下端通過輪軸7連接，輪軸7上設置有輪8，輪8可在輪軸7上自由轉(zhuǎn)動。
[0023]該具有適應不平整地面能力的蛇形機器人在路面上行走時，位于懸掛系統(tǒng)10底部的輪8與地面接觸，當遇到起伏路面或障礙物時，輪8與地面的接觸力將發(fā)生變化，其接觸力通過懸掛子系統(tǒng)上的輪桿6傳遞到線彈簧3，并經(jīng)線彈簧3傳遞到力傳感器2。力傳感器2檢測到接觸力的變化，并將檢測值傳遞到控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)根據(jù)力傳感器2反饋的值調(diào)整力傳感器2所在機身I的運動角度，從而調(diào)整機身I與地面之間的接觸力，使蛇形機器人獲得穩(wěn)定的運動效果。
[0024]實施例2
[0025]如圖4和圖5所示，該實施例與實施例1不同的是，懸掛系統(tǒng)包括對稱安裝在機身I左右兩側(cè)的兩個懸掛子系統(tǒng)，懸掛子系統(tǒng)包括固定安裝在機身上的線彈簧12和位移傳感器14，位移傳感器14與控制系統(tǒng)相連，線彈簧12安裝在機身I的下端面上，位移傳感器14固定安裝在機身I下端延伸出的豎柄13上，位于線彈簧12的下部；懸掛子系統(tǒng)還包括固定安裝于機身上的輪架4，輪架4上固定安裝有滑塊5，滑塊5位于位移傳感器14的下部，線彈簧12的下端連接有導桿6連接，導桿6穿過滑塊5內(nèi)，導桿6與位移傳感器14相連接，并可在滑塊5內(nèi)自由滑動，連接兩個懸掛子系統(tǒng)的導桿6下端通過輪軸7連接，輪軸7上設置有輪8，輪8可沿輪軸7自由轉(zhuǎn)動。
[0026]該蛇形機器人在路面上行走時，位于懸掛系統(tǒng)10底部的輪8與地面接觸，當在平坦路面上行走時，輪8與機身I的相對位置不會發(fā)生變化，當遇到起伏路面或障礙物時，輪8將隨路面的起伏發(fā)生豎直位置上的相對位移，此時，與輪8相連接的輪軸7將帶動導桿6產(chǎn)生運動，導桿6與位移傳感器14相連,位移傳感器14檢測導桿6產(chǎn)生的相對位移,并將檢測值反饋到控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)根據(jù)位移傳感器14反饋的位移值調(diào)整位移傳感器14所在機身I的運動，從而調(diào)整輪8與地面之間的接觸力，使蛇形機器人獲得穩(wěn)定的運動效果。
【權(quán)利要求】
1.一種具有適應不平整地面能力的蛇形機器人，由多個關(guān)節(jié)模塊連接構(gòu)成，其特征在于:該蛇形機器人還包括控制系統(tǒng)，所述的關(guān)節(jié)模塊包括機身，機身與控制系統(tǒng)相連，多個關(guān)節(jié)模塊的機身相互連接，機身下部設置有懸掛系統(tǒng)，懸掛系統(tǒng)包括對稱安裝在機身左右兩側(cè)的兩個懸掛子系統(tǒng)，懸掛子系統(tǒng)包括檢測裝置和與檢測裝置相連的導桿，檢測裝置與控制系統(tǒng)相連，懸掛子系統(tǒng)還包括安裝于機身上的輪架，輪架上安裝有滑塊，導桿穿過滑塊內(nèi)，并可在滑塊內(nèi)自由滑動，兩側(cè)懸掛子系統(tǒng)的導桿的下端通過輪軸連接，輪軸上設置有輪。
2.如權(quán)利要求1所述的具有適應不平整地面能力的蛇形機器人，其特征在于:所述的檢測裝置包括安裝于機身上的力傳感器，力傳感器與控制系統(tǒng)相連，力傳感器下方安裝有線彈簧，線彈簧的下端與導桿相連。
3.如權(quán)利要求1所述的具有適應不平整地面能力的蛇形機器人，其特征在于:所述的檢測裝置包括安裝在機身上的線彈簧和位移傳感器，位移傳感器與控制系統(tǒng)相連，線彈簧安裝在機身的下端面上，位移傳感器安裝在機身下端延伸出的豎柄上，位于線彈簧的下部，線彈簧的下端連接有導桿連接。
4.如權(quán)利要求1或2或3所述的具有適應不平整地面能力的蛇形機器人，其特征在于:所述的機身上設置有連掛系統(tǒng)，連掛系統(tǒng)包括設置在機身前端的關(guān)節(jié)和設置在機身后端的關(guān)節(jié)槽，后一關(guān)節(jié)模塊的關(guān)節(jié)連接到前一關(guān)節(jié)模塊的關(guān)節(jié)槽內(nèi)。
【文檔編號】B62D57/02GK103950479SQ201410069186
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年2月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月20日
【發(fā)明者】馬書根, 孫翊, 張磊 申請人:青島海藝自動化技術(shù)有限公司