一種基于正交關(guān)節(jié)蛇形機器人的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種基于正交關(guān)節(jié)蛇形機器人，所述正交關(guān)節(jié)蛇形機器人包含多個相同結(jié)構(gòu)的關(guān)節(jié)模塊，所述關(guān)節(jié)模塊分為頭座和尾座，所述關(guān)節(jié)模塊頭座是由U型連桿構(gòu)成。本實用新型具有實用性好，并可動態(tài)調(diào)節(jié)控制參數(shù)以實現(xiàn)改變蛇形機器人的攀爬姿態(tài)，靈活性高，真正實現(xiàn)蛇形機器人在三維空間的運動控制。
【專利說明】一種基于正交關(guān)節(jié)蛇形機器人
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及機器人及其運動控制領(lǐng)域，尤其涉及一種基于正交關(guān)節(jié)蛇形機器人。
【背景技術(shù)】
[0002]由于蛇形機器人類似生物蛇無肢無輪，運動時的力完全來源于其機體表面與接觸對象之間的摩擦力，機體內(nèi)部模塊關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動，將使機體各部分產(chǎn)生的摩擦力大小和方向不同，力的不平衡產(chǎn)生運動趨勢，形成各種運動模式，蛇形機器人能摹仿出某些生物蛇的運動，并且能創(chuàng)造出生物蛇沒有的運動模式。目前，國內(nèi)外學(xué)者制作對蛇形機器人的運動控制多在二維空間中研究，甚少涉及三維空間的運動控制研究。
[0003]現(xiàn)時，對蛇形機器人運動方式的控制實現(xiàn)方法包含:基于運動步態(tài)的控制實現(xiàn)，這種控制方法是預(yù)先根據(jù)機器人的運動路線進行適當(dāng)?shù)囊?guī)劃，然后設(shè)定舵機在某個特定時刻扭轉(zhuǎn)特定的轉(zhuǎn)角以實現(xiàn)機器人的運動，具有容易操作簡便的特點，但對于不同的路徑必須重新規(guī)劃，嚴重缺乏靈活性；最近幾年又提出了一中基于CPG(中樞模式發(fā)生器)原理的運動實現(xiàn)方法，該方法是以模仿生物的步態(tài)產(chǎn)生原理為基礎(chǔ)，設(shè)計一種運動模式發(fā)生器來產(chǎn)生控制蛇形機器人運動的節(jié)律信號，用這種節(jié)律信號作為舵機的控制信號，實現(xiàn)蛇形機器人的運動，不過該CPG網(wǎng)絡(luò)很難準(zhǔn)確建模，實用性較差。
實用新型內(nèi)容
[0004]為了克服現(xiàn)時蛇形機器人運動控制方法靈活性、實用性較差的缺點，以及突破實現(xiàn)蛇形機器人在三維空間中攀爬的技術(shù)難點，本實用新型提供一種便于在正交關(guān)節(jié)蛇形機器人上實現(xiàn)的螺旋攀爬控制方法，并可動態(tài)調(diào)節(jié)控制參數(shù)以實現(xiàn)改變蛇形機器人的攀爬姿態(tài)，真正實現(xiàn)蛇形機器人在三維空間的運動控制。
[0005]為達到上述目的 ，本實用新型采用如下的技術(shù)方案:
[0006]一種基于正交關(guān)節(jié)蛇形機器人，所述正交關(guān)節(jié)蛇形機器人包含多個相同結(jié)構(gòu)的關(guān)節(jié)模塊，所述關(guān)節(jié)模塊分為頭座和尾座，所述關(guān)節(jié)模塊頭座是由U形連桿構(gòu)成，所述關(guān)節(jié)模塊尾座由驅(qū)動器、電池和保護外殼構(gòu)成，所述關(guān)節(jié)模塊頭座U形連桿通過配合孔連接在關(guān)節(jié)模塊尾座驅(qū)動器的驅(qū)動軸，所述電池為驅(qū)動器供電，所述保護外殼由左半殼和右半殼通過配合孔連接構(gòu)成，所述正交關(guān)節(jié)蛇形機器人的主體由多個關(guān)節(jié)模塊相互拼接而成，相鄰的兩個關(guān)節(jié)模塊以驅(qū)動軸相互垂直的方式連接，既正交方式連接，前一關(guān)節(jié)模塊尾座與后一關(guān)節(jié)模塊頭座通過配合孔相連。
[0007]一種應(yīng)用于基于正交關(guān)節(jié)蛇形機器人的螺旋攀爬運動控制方法，所述正交關(guān)節(jié)蛇形機器人的運動控制方程為:
[0008]Θ J=Ai.sin (ω.t+k.i) + Y j
[0009]其中，控制參數(shù):
[0010]1:關(guān)節(jié)模塊序號，i=l，2…N ;[0011]Θ 1:第i個關(guān)節(jié)模塊轉(zhuǎn)動角度；
[0012]A1:第i個關(guān)節(jié)模塊最大轉(zhuǎn)動角度；
[0013]ω:關(guān)節(jié)模塊角度變化頻率；
[0014]k:運動方式控制參數(shù)；
[0015]Y1:角度補償量；
[0016]t:時間；
[0017]每個關(guān)節(jié)模塊的時間t同步，角度變化頻率ω相同，運動方式控制參數(shù)k相同且不等于零或η /2 ；
[0018]所述運動控制方程中的三角函數(shù)可以弧度或角度為單位計算，則相對應(yīng)的關(guān)節(jié)模塊轉(zhuǎn)動角Θ 1、關(guān)節(jié)模塊最大轉(zhuǎn)動角度Ai和角度補償量Y i都分別以弧度和角度為單位。
[0019]所述Ai和1^共同確定蛇形機器人的運動形狀；ω決定蛇形機器人的運動速度；Yi對運動進行角度補償。
[0020]所述運動控制方程中，改變Ai的正負符號，可以改變機器人的正反運動方向；當(dāng)k不變時，改變Ai的絕對值大小， 可以調(diào)節(jié)蛇形機器人蛇體形成的螺距。
[0021]本實用新型的有益效果主要表現(xiàn)在:便于在正交關(guān)節(jié)蛇形機器人上實現(xiàn)的螺旋攀爬控制，實用性好，并可動態(tài)調(diào)節(jié)控制參數(shù)以實現(xiàn)改變蛇形機器人的攀爬姿態(tài)，靈活性高，真正實現(xiàn)蛇形機器人在三維空間的運動控制。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1正交關(guān)節(jié)蛇形機器人蛇體構(gòu)造圖。
[0023]圖2正交關(guān)節(jié)蛇形機器人關(guān)節(jié)模塊主視示意圖。
[0024]圖3正交關(guān)節(jié)蛇形機器人關(guān)節(jié)模塊立體示意圖。
[0025]圖4正交關(guān)節(jié)蛇形機器人螺旋攀爬運動控制圖。
【具體實施方式】
[0026]下面將結(jié)合附圖對本實用新型作進一步詳細的描述。
[0027]如圖1、圖2、圖3所示，一種基于正交關(guān)節(jié)蛇形機器人，所述正交關(guān)節(jié)蛇形機器人包含多個相同結(jié)構(gòu)的關(guān)節(jié)模塊1，所述關(guān)節(jié)模塊I分為頭座4和尾座5，所述關(guān)節(jié)模塊頭座4是由U形連桿7構(gòu)成，所述關(guān)節(jié)模塊尾座5由驅(qū)動器8、電池9和保護外殼6構(gòu)成，所述關(guān)節(jié)模塊頭座U形連桿7通過配合孔連接在關(guān)節(jié)模塊尾座驅(qū)動器8的驅(qū)動軸10，所述電池9為驅(qū)動器8供電，所述保護外殼6由左半殼11和右半殼12通過配合孔連接構(gòu)成，所述正交關(guān)節(jié)蛇形機器人的主體由多個關(guān)節(jié)模塊I相互拼接而成，相鄰的兩個關(guān)節(jié)模塊I以驅(qū)動軸10相互垂直的方式連接，既正交方式連接，前一關(guān)節(jié)模塊尾座2與后一關(guān)節(jié)模塊頭座3通過配合孔相連。
[0028]一種應(yīng)用于基于正交關(guān)節(jié)蛇形機器人的螺旋攀爬運動控制方法，所述正交關(guān)節(jié)蛇形機器人的運動控制方程為:
[0029]Θ J=Ai.sin (ω.t+k.i) + Y j
[0030]其中，控制參數(shù):
[0031]1:關(guān)節(jié)模塊序號，i=l，2…N;[0032]Θ 1:第i個關(guān)節(jié)模塊轉(zhuǎn)動角度；
[0033]A1:第i個關(guān)節(jié)模塊最大轉(zhuǎn)動角度；
[0034]ω:關(guān)節(jié)模塊角度變化頻率；
[0035]k:運動方式控制參數(shù)；
[0036]Y1:角度補償量；
[0037]t:時間；
[0038]每個關(guān)節(jié)模塊的時間t同步，角度變化頻率ω相同，運動方式控制參數(shù)k相同且不等于零或η /2 ；
[0039]所述運動控制方程中的三角函數(shù)可以弧度或角度為單位計算，則相對應(yīng)的關(guān)節(jié)模塊轉(zhuǎn)動角Θ 1、關(guān)節(jié)模塊最大轉(zhuǎn)動角度Ai和角度補償量Y i都分別以弧度和角度為單位。
[0040]如圖4所示，所述Ai和k共同確定蛇形機器人的運動形狀；ω決定蛇形機器人的運動速度；Y i對運動進行角度補償。
[0041]所述運動控制方程中，改變Ai的正負符號，可以改變機器人的正反運動方向；當(dāng)k不變時，改變Ai的絕對值大小，可以調(diào)節(jié)蛇形機器人蛇體形成的螺距。
[0042]本實用新型的上述實施例僅僅是為清楚地說明本實用新型所作的舉例，而并非是對本實用新型的實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本實用新型權(quán)利要求的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于正交關(guān)節(jié)蛇形機器人，其特征在于:所述正交關(guān)節(jié)蛇形機器人包含多個相同結(jié)構(gòu)的關(guān)節(jié)模塊，所述關(guān)節(jié)模塊分為頭座和尾座，所述關(guān)節(jié)模塊頭座是由U形連桿構(gòu)成，所述關(guān)節(jié)模塊尾座由驅(qū)動器、電池和保護外殼構(gòu)成，所述關(guān)節(jié)模塊頭座U形連桿通過配合孔連接在關(guān)節(jié)模塊尾座驅(qū)動器的驅(qū)動軸，所述電池為驅(qū)動器供電，所述保護外殼由左半殼和右半殼通過配合孔連接構(gòu)成，所述正交關(guān)節(jié)蛇形機器人的主體由多個關(guān)節(jié)模塊相互拼接而成，相鄰的兩個關(guān)節(jié)模塊以驅(qū)動軸相互垂直的方式連接，既正交方式連接，前一關(guān)節(jié)模塊尾座與后一關(guān)節(jié)模塊頭座通過配合孔相連。
【文檔編號】B62D57/036GK203511816SQ201320573824
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年9月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月16日
【發(fā)明者】魏武, 任回興, 何振勇, 林維河, 韓學(xué)偉, 張洪華, 馬穎 申請人:華南理工大學(xué), 中交公路養(yǎng)護工程技術(shù)有限公司