具有適應(yīng)不平整地面能力的蛇形機(jī)器人的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種具有適應(yīng)不平整地面能力的蛇形機(jī)器人，包括蛇頭和多個(gè)首尾依次相連的關(guān)節(jié)模塊，各關(guān)節(jié)模塊均包括機(jī)身、位于機(jī)身下方的輪子以及連接機(jī)身與輪子且用于檢測(cè)輪子與地面接觸狀況的自適應(yīng)懸掛系統(tǒng)，兩相鄰關(guān)節(jié)模塊之間通過關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸相連，各關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸分別由安裝在各個(gè)關(guān)節(jié)模塊上的關(guān)節(jié)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，各關(guān)節(jié)模塊上還設(shè)置有關(guān)節(jié)電機(jī)控制器，關(guān)節(jié)電機(jī)控制器接收自適應(yīng)懸掛系統(tǒng)的接觸信號(hào)并對(duì)關(guān)節(jié)電機(jī)進(jìn)行控制，蛇頭上設(shè)置有用于對(duì)各關(guān)節(jié)電機(jī)控制器進(jìn)行控制的整機(jī)控制器。本實(shí)用新型可有效控制蛇形機(jī)器人的輪子與地面之間的接觸力，保證蛇形機(jī)器人在不平整地面上的正常運(yùn)行。
【專利說明】具有適應(yīng)不平整地面能力的蛇形機(jī)器人
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種蛇形機(jī)器人，尤其涉及一種具有適應(yīng)不平整地面能力的蛇形機(jī)器人。
【背景技術(shù)】
[0002]蛇形機(jī)器人，是一種能夠模仿生物蛇運(yùn)動(dòng)的新型仿生機(jī)器人，它因具有身體細(xì)長(zhǎng)，橫截面小，形狀可變等特點(diǎn)，而能夠在障礙物密集的狹窄空間中穿行，并可攀爬跨越障礙物?，F(xiàn)有的蛇形機(jī)器人一般由多個(gè)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(dòng)或者電動(dòng)，具有單自由度或多自由度的運(yùn)動(dòng)方式，關(guān)節(jié)模塊通過輪子與地面接觸，雖然關(guān)節(jié)模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能各有不同，但輪子與地面是否能夠保持可靠穩(wěn)定的接觸是蛇形機(jī)器人能否成功爬行的重要因素。
[0003]專利CN1291821C公開了一種具有地面適應(yīng)能力的蛇形機(jī)器人，其由蛇頭和多個(gè)單自由度的關(guān)節(jié)模塊組成，在蛇頭部分處設(shè)有主控單元及地面特性檢測(cè)裝置，每個(gè)關(guān)節(jié)模塊上設(shè)執(zhí)行單元，執(zhí)行單元接收主控單元的控制信號(hào)，執(zhí)行單元之間通過CAN總線連接，組成分布式控制系統(tǒng)。該蛇形機(jī)器人由于在蛇頭上安裝地面特性檢測(cè)裝置，與關(guān)節(jié)模塊的執(zhí)行單元、蛇頭中安裝的主控單元及程序控制相配合，使蛇形機(jī)器人能分辨出多種不同的地面，如硬地面、軟土、沙地等，并能在多種不同的地面上自動(dòng)變化步態(tài)運(yùn)動(dòng)，以適應(yīng)不同的地面，但該蛇形機(jī)器人在不平整地面爬行時(shí)，不能保證關(guān)節(jié)模塊與地面的有效接觸，無法適應(yīng)存在不平整地面的工作環(huán)境。
[0004]為使蛇形機(jī)器人具備在不平整地面爬行的能力，研究出現(xiàn)了一種通過調(diào)整關(guān)節(jié)模塊之間的夾角以使關(guān)節(jié)模塊上的輪子與地面接觸能夠被保持的蛇形機(jī)器人，但該種蛇形機(jī)器人存在以下兩個(gè)方面的問題:首先，根據(jù)蛇形運(yùn)動(dòng)規(guī)律計(jì)算得到的關(guān)節(jié)模塊間的夾角，需要實(shí)時(shí)修正才能夠保持輪子與地面的接觸，為了進(jìn)行這種實(shí)時(shí)的修正計(jì)算，不僅需要使用傳感器以獲得地面的信息，而且對(duì)蛇形機(jī)器人的控制器的計(jì)算能力提出了很高的要求，這不僅增加了蛇形機(jī)器人的復(fù)雜程度以及研制和維護(hù)成本，而且降低了可靠性；其次，該種蛇形機(jī)器人僅能夠保證輪子與地面發(fā)生接觸，但無法有效地控制調(diào)整輪子與地面之間的接觸力的大小，這也限制了蛇形機(jī)器人在不平整地面上的應(yīng)用。
[0005]由此可見，現(xiàn)有技術(shù)有待于進(jìn)一步的改進(jìn)和提高。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0006]本實(shí)用新型為避免上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足之處，提供了一種具有適應(yīng)不平整地面能力的蛇形機(jī)器人。
[0007]本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案為:
[0008]具有適應(yīng)不平整地面能力的蛇形機(jī)器人，包括蛇頭和多個(gè)首尾依次相連的關(guān)節(jié)模塊，其特征在于:各關(guān)節(jié)模塊均包括機(jī)身、位于機(jī)身下方的輪子以及連接機(jī)身與輪子且用于檢測(cè)輪子與地面接觸狀況的自適應(yīng)懸掛系統(tǒng)，兩相鄰關(guān)節(jié)模塊之間通過關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸相連，各關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸分別由安裝在各個(gè)關(guān)節(jié)模塊上的關(guān)節(jié)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，各關(guān)節(jié)模塊上還設(shè)置有關(guān)節(jié)電機(jī)控制器，關(guān)節(jié)電機(jī)控制器接收自適應(yīng)懸掛系統(tǒng)的接觸信號(hào)并對(duì)關(guān)節(jié)電機(jī)進(jìn)行控制，蛇頭上設(shè)置有用于對(duì)各關(guān)節(jié)電機(jī)控制器進(jìn)行控制的整機(jī)控制器。
[0009]機(jī)身下方的輪子有一個(gè)，輪子套置在與機(jī)身相平行的輪軸上，各關(guān)節(jié)模塊上的自適應(yīng)懸掛系統(tǒng)有兩套，其分別位于輪子的兩側(cè)。
[0010]所述自適應(yīng)懸掛系統(tǒng)包括力傳感器和板彈簧，力傳感器安裝在機(jī)身的底端，板彈簧的一端與力傳感器固連，另一端與輪軸固連。
[0011]所述自適應(yīng)懸掛系統(tǒng)包括角度傳感器和板彈簧，機(jī)身的底端一側(cè)凸設(shè)有用于安裝角度傳感器的定位塊，角度傳感器與定位塊固連，板彈簧的一端與角度傳感器轉(zhuǎn)動(dòng)連接，另一端與輪軸固連。
[0012]所述自適應(yīng)懸掛系統(tǒng)包括位移傳感器和板彈簧，機(jī)身的底端前側(cè)設(shè)置有用于安裝位移傳感器的第一凸塊，機(jī)身的底端后側(cè)設(shè)置有用于安裝板彈簧的第二凸塊，位移傳感器與第一凸塊固連，板彈簧的一端與第二凸塊固連，另一端與輪軸固連，位移傳感器通過豎直導(dǎo)桿與輪軸相連，豎直導(dǎo)桿的一端沿位移傳感器做上下移動(dòng)，另一端與板彈簧和輪軸的連接端固連。
[0013]由于采用了上述技術(shù)方案，本實(shí)用新型所取得的有益效果為:
[0014]1、本實(shí)用新型通過設(shè)置自適應(yīng)懸掛系統(tǒng)改善了蛇形機(jī)器人的輪子與地面之間的接觸方式，可使蛇形機(jī)器人在不平整地面上獲取穩(wěn)定的接觸力，提高了蛇形機(jī)器人在不平整地面上的適應(yīng)能力，擴(kuò)大了其應(yīng)用范圍。
[0015]2、本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)緊湊,安裝維修方便，制作成本較低，穩(wěn)定性高。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2為本實(shí)用新型中關(guān)節(jié)模塊一種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖3為圖2中關(guān)節(jié)模塊的正視圖。
[0019]圖4為本實(shí)用新型中關(guān)節(jié)模塊一種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖5為圖4中關(guān)節(jié)|旲塊的正視圖。
[0021]圖6為本實(shí)用新型中關(guān)節(jié)模塊一種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]其中，
[0023]1、機(jī)身2、自適應(yīng)懸掛系統(tǒng)3、輪子4、關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸5、輪軸6、力傳感器7、板彈簧8、定位塊9、角度傳感器10、位移傳感器11、豎直導(dǎo)桿12、第一凸塊13、第二凸塊
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖和具體的實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，但本實(shí)用新型并不限于這些實(shí)施例。
[0025]實(shí)施例一:如圖1至圖3所示,具有適應(yīng)不平整地面能力的蛇形機(jī)器人,包括蛇頭和多個(gè)首尾依次相連的關(guān)節(jié)模塊，各關(guān)節(jié)模塊均包括機(jī)身1、位于機(jī)身I下方的一個(gè)輪子3以及連接機(jī)身I與輪子3且用于檢測(cè)輪子3與地面接觸狀況的自適應(yīng)懸掛系統(tǒng)2，輪子3套置在與機(jī)身I相平行的輪軸5上，各關(guān)節(jié)模塊上的自適應(yīng)懸掛系統(tǒng)2有兩套，其分別位于輪子3的兩側(cè)，所述自適應(yīng)懸掛系統(tǒng)2包括力傳感器6和板彈簧7，力傳感器6安裝在機(jī)身I的底端，板彈簧7的一端與力傳感器6固連，另一端與輪軸5固連；兩相鄰關(guān)節(jié)模塊之間通過關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸4相連，各關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸4分別由安裝在各個(gè)關(guān)節(jié)模塊上的關(guān)節(jié)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，各關(guān)節(jié)模塊上還設(shè)置有關(guān)節(jié)電機(jī)控制器，關(guān)節(jié)電機(jī)控制器分別與自適應(yīng)懸掛系統(tǒng)2和關(guān)節(jié)電機(jī)通信連接，關(guān)節(jié)電機(jī)控制器接收自適應(yīng)懸掛系統(tǒng)2的接觸信號(hào)并對(duì)關(guān)節(jié)電機(jī)進(jìn)行控制，由于各關(guān)節(jié)模塊的總體運(yùn)動(dòng)軌跡相同，但各關(guān)節(jié)模塊在某一刻的動(dòng)作軌跡不同，因此，蛇頭上設(shè)置有用于對(duì)各關(guān)節(jié)電機(jī)控制器進(jìn)行控制的整機(jī)控制器。
[0026]實(shí)施例二:如圖4和圖5所示，具有適應(yīng)不平整地面能力的蛇形機(jī)器人，與實(shí)施例一中的蛇形機(jī)器人的結(jié)構(gòu)基本相同，其不同之處在于，所述自適應(yīng)懸掛系統(tǒng)2包括角度傳感器9和板彈簧7,機(jī)身I的底端一側(cè)凸設(shè)有用于安裝角度傳感器9的定位塊8,角度傳感器9與定位塊8固連，板彈簧7的一端與角度傳感器9轉(zhuǎn)動(dòng)連接，另一端與輪軸5固連。
[0027]實(shí)施例三:如圖6所示，具有適應(yīng)不平整地面能力的蛇形機(jī)器人，與實(shí)施例一中的蛇形機(jī)器人的結(jié)構(gòu)基本相同，其不同之處在于，所述自適應(yīng)懸掛系統(tǒng)2包括位移傳感器10和板彈簧7，機(jī)身I的底端前側(cè)設(shè)置有用于安裝位移傳感器10的第一凸塊12，機(jī)身I的底端后側(cè)設(shè)置有用于安裝板彈簧7的第二凸塊13，位移傳感器10與第一凸塊12固連，板彈簧7的一端與第二凸塊13固連，另一端與輪軸5固連，位移傳感器10通過豎直導(dǎo)桿11與輪軸5相連,豎直導(dǎo)桿11的一端沿位移傳感器10做上下移動(dòng),另一端與板彈簧7和輪軸5的連接端固連。
[0028]所述的自適應(yīng)懸掛系統(tǒng)2不論是采用力傳感器6與板彈簧7的組合，還是采用角度傳感器9與板彈簧7的組合，還是采用位移傳感器10與板彈簧7的組合，其基本原理都是一致的，即通過各類傳感器采集輪子3與地面的接觸狀況信息并將該信息傳遞至關(guān)節(jié)電機(jī)控制器，關(guān)節(jié)電機(jī)控制器根據(jù)接收到的信號(hào)控制關(guān)節(jié)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)而控制關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸4的運(yùn)轉(zhuǎn)，從而有效地調(diào)整控制輪子3與地面的接觸力的大小，保證蛇形機(jī)器人與不平整地面之間存在穩(wěn)定的接觸力，以使蛇形機(jī)器人在不平整的地面上也能正常行走。
[0029]本實(shí)用新型中未述及的部分采用或借鑒已有技術(shù)即可實(shí)現(xiàn)。
[0030]在本實(shí)用新型的描述中，需要理解的是，術(shù)語“上”、“下”、“前”、“后”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本實(shí)用新型和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本實(shí)用新型的限制。
[0031]此外，術(shù)語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性。
[0032]盡管本文較多地使用了機(jī)身1、自適應(yīng)懸掛系統(tǒng)2、關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸4、力傳感器6、板彈簧
7、豎直導(dǎo)桿11、第一凸塊12等術(shù)語，但并不排除使用其它術(shù)語的可能性。使用這些術(shù)語僅僅是為了更方便地描述和解釋本實(shí)用新型的本質(zhì)；把它們解釋成任何一種附加的限制都是與本實(shí)用新型精神相違背的。
[0033]需要進(jìn)一步說明的是，本文中所描述的具體實(shí)施例僅僅是對(duì)本實(shí)用新型的精神所作的舉例說明。本實(shí)用新型所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員可以對(duì)所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替代，但并不會(huì)偏離本實(shí)用新型的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。
【權(quán)利要求】
1.具有適應(yīng)不平整地面能力的蛇形機(jī)器人，包括蛇頭和多個(gè)首尾依次相連的關(guān)節(jié)模塊，其特征在于:各關(guān)節(jié)模塊均包括機(jī)身、位于機(jī)身下方的輪子以及連接機(jī)身與輪子且用于檢測(cè)輪子與地面接觸狀況的自適應(yīng)懸掛系統(tǒng)，兩相鄰關(guān)節(jié)模塊之間通過關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸相連，各關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸分別由安裝在各個(gè)關(guān)節(jié)模塊上的關(guān)節(jié)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，各關(guān)節(jié)模塊上還設(shè)置有關(guān)節(jié)電機(jī)控制器，關(guān)節(jié)電機(jī)控制器接收自適應(yīng)懸掛系統(tǒng)的接觸信號(hào)并對(duì)關(guān)節(jié)電機(jī)進(jìn)行控制，蛇頭上設(shè)置有用于對(duì)各關(guān)節(jié)電機(jī)控制器進(jìn)行控制的整機(jī)控制器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有適應(yīng)不平整地面能力的蛇形機(jī)器人，其特征在于:機(jī)身下方的輪子有一個(gè)，輪子套置在與機(jī)身相平行的輪軸上，各關(guān)節(jié)模塊上的自適應(yīng)懸掛系統(tǒng)有兩套，其分別位于輪子的兩側(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有適應(yīng)不平整地面能力的蛇形機(jī)器人，其特征在于:所述自適應(yīng)懸掛系統(tǒng)包括力傳感器和板彈簧，力傳感器安裝在機(jī)身的底端，板彈簧的一端與力傳感器固連，另一端與輪軸固連。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有適應(yīng)不平整地面能力的蛇形機(jī)器人，其特征在于:所述自適應(yīng)懸掛系統(tǒng)包括角度傳感器和板彈簧，機(jī)身的底端一側(cè)凸設(shè)有用于安裝角度傳感器的定位塊，角度傳感器與定位塊固連，板彈簧的一端與角度傳感器轉(zhuǎn)動(dòng)連接，另一端與輪軸固連。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有適應(yīng)不平整地面能力的蛇形機(jī)器人，其特征在于:所述自適應(yīng)懸掛系統(tǒng)包括位移傳感器和板彈簧，機(jī)身的底端前側(cè)設(shè)置有用于安裝位移傳感器的第一凸塊，機(jī)身的底端后側(cè)設(shè)置有用于安裝板彈簧的第二凸塊，位移傳感器與第一凸塊固連，板彈簧的一端與第二凸塊固連，另一端與輪軸固連，位移傳感器通過豎直導(dǎo)桿與輪軸相連，豎直導(dǎo)桿的一端沿位移傳感器做上下移動(dòng)，另一端與板彈簧和輪軸的連接端固連。
【文檔編號(hào)】B25J9/18GK203779493SQ201420052216
【公開日】2014年8月20日 申請(qǐng)日期:2014年1月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月27日
【發(fā)明者】馬書根, 孫翊, 張磊 申請(qǐng)人:青島海藝自動(dòng)化技術(shù)有限公司