一种蛇形机器人的制作方法

本发明涉及机器人领域，特别涉及一种蛇形机器人。

背景技术：

目前市面上常见的机器人，主要有轮式、四足、六足及轮腿复合式，轮式制作控制简单，运动能力强，但由于过于常见，缺乏新意，难以得到市场的青睐。后面所述的几种机器人，结构与控制相对复杂，成本较高，不适用于业余人士制作娱乐，难以推广。

蛇形机器人作为一种新兴仿生类机器人在这一领域的应用越来越受到重视，蛇形机器人的设计基于模块化关节设计思想，机器人总体体积较小，各关节串联组成多自由度冗余本体结构，运动过程中机器人大部分机体与地面接触，机器人重心极低，运动稳定性高，而且运动形式多，蛇形机器人运用本体冗余特性、机体体积小，可以很容易适应复杂路面环境。

现有的蛇形机器人虽然结构及运动形式新颖，仿生度高，科研及娱乐市场前景广阔，但目前主要处于科研阶段，制作成本高，机器人运动能力有限，并未得到实质性推广。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：本发明提供了一种结构简单、性价比高的蛇形机器人。

本发明为解决其技术问题提供的一种技术方案是：一种蛇形机器人，其特征在于包含：头部模块、身体模块和尾部模块，所述各模块均包括机体、与机体连接的轮子，以及舵机，所述机体包括上基板和下基板，所述上基板上连接有舵机，所述上基板与所述下基板通过舵机转动连接；其中，所述蛇形机器人各模块之间，前一模块的下基板与后一模块的上基板固定连接，所述舵机驱动所述下基板做基于正弦曲线的协同摆动，使得蛇身发生S型蠕动变化，产生前进及转向的动力，进而蛇形机器人在地面爬行。

作为上述方案的改进，所述上基板上设置有第一容置空间，所述第一容置空间内设置有通孔，所述舵机固定连接在所述第一容置空间内。

作为上述方案的进一步改进，所述下基板上设置有摇臂舵盘，所述摇臂舵盘固定连接在所述下基板的一端。

作为上述方案的改进，所述摇臂舵盘上设置有内齿孔，所述内齿孔与舵机上设置的外齿轮啮合。

作为上述方案的改进，所述摇臂舵盘上设置有多组安装孔。

作为上述方案的进一步改进，所述头部模块与所述身体模块之间、所述身体模块与所述身体模块之间、所述身体模块与所述尾部模块之间固定连接。

作为上述方案的改进，所述轮子与设置在下基板上的轮轴固定连接，所述轮轴与所述下基板转动连接。

作为上述方案的进一步改进，所述头部模块的上基板外形呈吐出舌头的舌头状。

作为上述方案的进一步改进，所述尾部模块的下基板的一端逐渐缩小呈蛇尾状。

作为上述任意一项方案的改进，所述头部模块和所述尾部模块之间可连接多个身体模块。

本发明的有益效果是：本发明一种蛇形机器人，通过设置相互连接的具有舵机和轮子的头部模块、身体模块和尾部模块，使用舵机驱动各模块自身及与其连接的模块使得蛇形机器人做基于正弦曲线的协同摆动，使得蛇身发生S型蠕动变化，驱动蛇形机器人在地面爬行，另一方面相互连接的模块化设计使得本发明结构简单，可依据需要增添身体模块数量，使机器人运动时连续性更好，仿真度更高，性价比更高。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图做简单说明。

图1为本发明一种实施方式的整体示意图；

图2为该种实施方式的头部模块示意图；

图3为该种实施方式的身体模块示意图；

图4为该种实施方式的尾部模块示意图。

具体实施方式

以下结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分理解本发明的目的、方案和效果。需要说明的是，在不冲突的情况下本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。此外本发明中所使用的上、下、左、右等描述仅仅是相对图中本发明各组成部分相互位置关系来说的。

图1为本发明一种实施方式的整体示意图，参照图1一种蛇形机器人，包括头部模块10，身体模块20，尾部模块30，所述头部模块10与所述身体模块20之间、所述身体模块2与所述身体模块20之间、所述身体模块20与所述尾部模块30之间，均可通过螺柱、螺钉连接，连接方式简单方便，所述头部模块10与所述尾部模块30之间连接有多个身体模块20。

图2为该种实施方式的头部模块示意图，图3为该种实施方式的身体模块示意图，图4为该种实施方式的尾部模块示意图，参照图2至图4，所述头部模块10、身体模块20和尾部模块30，均包括上基板1、下基板2、舵机3、摇臂舵盘4和轮子5，所述上基板上设置有第一容置空间7，所述第一容置空间7内还设置有通孔(图中未示)，所述舵机3固定连接在所述上基板1上，所述固定连接可通过在舵机3两翼上设置通孔，上基板1上设置与所述通孔对应的螺纹孔，使用螺钉将所述舵机固定连接在所述上基板1上的第一容置空间7内，所述第一容置空间7对所述舵机3还起到限位作用，所述下基板2与摇臂舵盘4固定连接，所述连接方式可为螺钉连接，或者使用胶结，所述摇臂舵盘4近似呈“十”字形，所述摇臂舵盘4从中心向两端宽度逐渐缩小，使得模块小巧紧凑，所述摇臂舵盘4固定连接在所述下基板2的一端，所述摇臂舵盘4上设置有内齿孔(图中未示)，所述内齿孔与设置在舵机3上的外齿轮啮合，舵机轴上设置有内螺纹孔，使用螺钉从下面穿过下基板2、舵盘4与舵机轴内螺纹孔配合，拧紧后将三者压紧固定，连接稳定，可靠性高；所述舵机3驱动所述下基板2做基于正弦曲线的协同摆动，使得身体发生S型蠕动变化，产生前进及转向的动力，进而使蛇形机器人在地面爬行，所述摇臂舵盘4上还设置有多组连接孔，所述连接孔可用于固定连接所述摇臂舵盘4，所述连接孔还可用于调整所述摇臂舵盘4在下基板2上的位置，所述下基板2与所述轮子5通过设置在下基板2上的轮轴(图中未示)连接，所述轮轴与所述下基板2转动连接，所述轮轴上还设置有轴向挡圈(图中未示)，防止轮轴发生轴向窜动，所述轮子5与所述轮轴固定连接，所述轮子2为橡胶轮，所述橡胶轮子5随着蛇身摆动过程中左右方向为滑动摩擦，产生较大的驱动摩擦力，前后方向为滚动摩擦产生的阻碍摩擦力较小，使得机器人运动速度大大提升。所述蛇形机器人模块与模块之间，被连接模块的下基板2与连接模块的上基板通过螺柱连接。图2中头部模块10的上基板11一端为吐出舌头的蛇头形状，图4中尾部模块30上的下基板32一端宽度逐渐缩小呈蛇尾状。

在控制算法中的正弦曲线，是通过离散化蛇运动过程中的体型曲线，得到的关节连接处舵机运动轨迹正弦曲线方程，通过改变方程参数即可控制蛇的运动形态。通过离散蛇运动曲线得到的关节连接处舵机角度运动曲线简化表达式为：其中θ_i为从头部起第i个舵机的角度变化函数，a决定蛇爬行时S型曲线幅值及爬行的前后方向，a取正值时向前爬行，a取负值时向后爬行，ω决定爬行时舵机角度变化周期，影响着爬行速度，c是一个转向参数，当等于零时蛇往前爬行，大于零或小于零时转向，参数大小影响转弯幅度。

本发明蛇形机器人，通过舵机3驱动摇臂舵盘4做基于正弦曲线的协同摆动，驱使蛇身发生周期性的S型蠕动变化，蛇身与摆动过程中轮子5与地面之间产生前进及转向动力，使得机器人在地面上爬行。另一方面本发明结构简单，可通过3D打印技术快速制作并组装一款小型的蛇形机器人，性价比较高；采用模块化设计，可根据需要自由增加模块数量，改变蛇体长度；蛇身增加被动轮子，运动速度大大提升；本发明的蛇形机器人即可用作爬行娱乐，也可进入狭小环境进行探测，科研娱乐价值高。

以上对本发明较佳实施例进行了具体说明，但本发明并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求书所限定的范围内。