具有适应不平整地面能力的蛇形机器人的制作方法
【专利摘要】一种具有适应不平整地面能力的蛇形机器人，由多个关节模块连接构成，该蛇形机器人还包括控制系统，关节模块包括机身，机身与控制系统相连，多个关节模块的机身相互连接，机身下部设置有悬挂系统，悬挂系统包括对称安装在机身左右两侧的两个悬挂子系统和行走轮，悬挂子系统包括检测装置和与检测装置相连的导杆，检测装置与控制系统相连，两个悬挂子系统上的导杆均通过铰链连接有连杆，两侧悬挂子系统的连杆经铰链连接到行走轮。本发明改进了蛇形机器人关节模块的结构，简化了现有蛇形机器人的控制方式，增强了蛇形机器人在不平整地面上的适应能力。
【专利说明】 具有适应不平整地面能力的蛇形机器人
【技术领域】
[0001]本发明属于机械【技术领域】，涉及一种机器人，具体的说，涉及一种具有适应不平整地面能力的蛇形机器人。
【背景技术】
[0002]蛇形机器人具有身体细长，横截面小，形状可变等特点，能够在障碍物密集的狭窄空间中穿行，并可以攀爬跨越障碍物。
[0003]蛇形机器人一般由多个关节模块组成，各个关节模块之间互相连接。关节模块内部结构为液压、气动或者电动，具有单自由度或者多自由度运动方式，关节模块与地面通过轮与地面接触。虽关节模块的内部结构和功能各有不同，但轮与地面是否能够保持可靠稳定的接触才是蛇形机器人能否成功运动的唯一因素。
[0004]当蛇形机器人爬行在不平整地面时，目前的蛇形机器人通过调整关节模块之间的夹角使得关节模块上的轮与地面接触能够被保持，但这种方法存在两个关键问题。首先，根据蛇形运动规律计算得到的关节模块间的夹角，需要实时修正才能够保持轮与地面的接触，为了进行这种实时的修正计算，不仅需要使用传感器获取地面的信息，而且对蛇形机器人的控制器的计算能力提出了很高的要求，增加了蛇形机器人的复杂程度，增加了研制和维护成本，也降低了可靠性。其次，轮与地面之间的接触力的大小同样对蛇形机器人的运动有着很大影响，目前的蛇形机器人仅能够保证轮与地面发生接触，但是无法有效地控制调整轮与地面之间的接触力大小，这也限制了蛇形机器人在不平整地面上的运动能力。这些都限制了蛇形机器人在不平整地面上的应用。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于针对现有技术的以上不足，提供一种可更好调整轮与地面接触力，获得更稳定爬行效果的具有适应不平整地面能力的蛇形机器人。
[0006]本发明的技术方案是:一种具有适应不平整地面能力的蛇形机器人，由多个关节模块连接构成，该蛇形机器人还包括控制系统，关节模块包括机身，机身与控制系统相连，多个关节模块的机身相互连接，机身下部设置有悬挂系统，悬挂系统包括对称安装在机身左右两侧的两个悬挂子系统和行走轮，悬挂子系统包括检测装置和与检测装置相连的导杆，检测装置与控制系统相连，两个悬挂子系统上的导杆均通过铰链连接有连杆，两侧悬挂子系统的连杆经铰链连接到行走轮。
[0007]优选的是:检测装置包括相互连接的力传感器和线弹簧，线弹簧与导杆相连，力传感器与控制系统相连。
[0008]优选的是:检测装置包括相互连接的力传感器和线弹簧，力传感器与导杆相连，力传感器还与控制系统相连。
[0009]优选的是:悬挂子系统包括安装在机身下部的滑块，连杆穿过滑块中，连杆可在滑块内部自由滑动。[0010]优选的是:行走轮中心安装有轮轴，轮轴的两端均连接有连接块，连接块的末端通过转轴连接到机身下部，连接块可绕转轴转动。
[0011]优选的是:机身上设置有连挂系统，连挂系统包括设置在机身前端的关节和设置在机身后端的关节槽，后一关节模块的关节连接到前一关节模块的关节槽内。
[0012]本发明的有益效果是:
[0013](I)本发明改进了蛇形机器人关节模块的结构，提供了两种蛇形机器人关节模块结构和控制方式，在关节模块中设置了检测装置，检测装置采用力传感器和线弹簧，并提供了两种力传感器和线弹簧的连接方式，在蛇形机器人运动过程中实时检测关节模块的轮与地面的接触力，并将力反馈会控制系统，控制系统将根据反馈的力调整各个关节模块的角度。这种控制方式不需要经过复杂的控制运算，简化了现有蛇形机器人的控制方式，可获得更稳定的控制效果。
[0014](2)该蛇形机器人的行走轮安装在轮轴上，轮轴通过滑块连接到机身，轮轴可绕连接块转动，连接块与机身之间也是活动连接，这种结构改善了蛇形机器人轮与地面的接触模式，结构灵活，更适合蛇形机器人在不平整地面上行驶，扩大了蛇形机器人在不平整地面上的适应能力。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]附图1为本发明整体结构示意图。
[0016]附图2为本发明实施例1关节模块结构主视示意图。
[0017]附图3为本发明实施例1关节模块结构左视示意图
[0018]附图4为本发明实施例1关节模块各部件连接关系示意图。
[0019]附图5为本发明实施例2关节模块结构示意图。
[0020]附图6为本发明实施例2关节模块各部件连接关系示意图。
[0021]附图7为本发明实施例2关节模块结构左视示意图。
【具体实施方式】
[0022]以下结合附图对本发明做进一步详细的说明。
实施例1
[0023]如图1所示:
[0024]具有适应不平整地面能力的蛇形机器人，由多个关节模块连接构成，关节模块包括机身1，机身I上设置有连挂系统，连挂系统包括设置在机身前端的关节9和设置在机身后端的关节槽12，后一关节模块的关节9连接到前一关节模块的关节槽12内。
[0025]如图2、图3和图4所示:
[0026]该具有适应不平整地面能力的蛇形机器人还包括控制系统，机身I与控制系统相连，机身I下部设置有悬挂系统11，悬挂系统11包括对称安装在机身左右两侧的两个悬挂子系统和行走轮8，悬挂子系统包括检测装置和与检测装置相连的导杆，检测装置包括相互固定连接的力传感器3和线弹簧2，力传感器3固定设置在机身I下方，线弹簧2与导杆5相连，力传感器3与控制系统相连，两个悬挂子系统上的导杆5均通过铰链6连接有连杆7，两侧悬挂子系统的连杆7经铰链8连接到行走轮10。[0027]机身下部固定设置有滑块4，连杆5穿过滑块4中，连杆5可在滑块4内部自由滑动。
[0028]行走轮10中心安装有轮轴9，轮轴9的两端均连接有连接块13，连接块13的末端通过转轴14连接到机身下部，连接块13可绕转轴14转动。
[0029]该蛇形机器人在路面上行走时，位于悬挂系统11底部的行走轮10与地面接触，当遇到起伏路面或障碍物时，行走轮10与地面的接触角度和行走轮10与地面的接触力都将发生变化，这种力的变化通过与行走轮10相连接的连杆7传递到导杆5，经导杆5传递到线弹簧3，再经线弹簧3传递到力传感器2，力传感器2检测到行走轮10与地面的接触力，并将接触力传递到控制系统，控制系统根据力传感器2反馈的值调整力传感器2所在机身I的运动角度，从而调整机身I与地面之间的接触力，使蛇形机器人获得稳定的运动效果。
[0030]实施例2
[0031]如图5、图6和图7所示，
[0032]与实施例1不同的是，检测装置包括相互连接的力传感器3和线弹簧2，线弹簧2和力传感器3均固定连接在机身I下方，线弹簧2与导杆5相连，力传感器3与控制系统相连。
[0033]该蛇形机器人在路面上行走时，位于悬挂系统11底部的行走轮10与地面接触，当遇到起伏路面或障碍物时，行走轮10与地面的接触角度和行走轮10与地面的接触力都将发生变化，这种力的变化通过与行走轮10相连接的连杆7传递到导杆5，经导杆5传递到力传感器2，再经力传感器2传递到控制系统。控制系统根据力传感器2反馈的值调整力传感器2所在机身I的运动角度，从而调整机身I与地面之间的接触力，使蛇形机器人获得稳定的运动效果。
【权利要求】
1.一种具有适应不平整地面能力的蛇形机器人，由多个关节模块连接构成，其特征在于:该蛇形机器人还包括控制系统，所述的关节模块包括机身，机身与控制系统相连，多个关节模块的机身相互连接，机身下部设置有悬挂系统，悬挂系统包括对称安装在机身左右两侧的两个悬挂子系统和行走轮，悬挂子系统包括检测装置和与检测装置相连的导杆，检测装置与控制系统相连，两个悬挂子系统上的导杆均通过铰链连接有连杆，两侧悬挂子系统的连杆经铰链连接到行走轮。
2.如权利要求1所述的具有适应不平整地面能力的蛇形机器人，其特征在于:所述的检测装置包括相互连接的力传感器和线弹簧，线弹簧与导杆相连，力传感器与控制系统相连。
3.如权利要求1所述的具有适应不平整地面能力的蛇形机器人，其特征在于:所述的检测装置包括相互连接的力传感器和线弹簧，力传感器与导杆相连，力传感器还与控制系统相连。
4.如权利要求1所述的具有适应不平整地面能力的蛇形机器人，其特征在于:所述的悬挂子系统包括安装在机身下部的滑块，连杆穿过滑块中，连杆可在滑块内部自由滑动。
5.如权利要求1所述的具有适应不平整地面能力的蛇形机器人，其特征在于:所述的行走轮中心安装有轮轴，轮轴的两端均连接有连接块，连接块的末端通过转轴连接到机身下部，连接块可绕转轴转动。
6.如权利要求1或2或3或4所述的具有适应不平整地面能力的蛇形机器人，其特征在于:所述的机身上设置有连挂系统，连挂系统包括设置在机身前端的关节和设置在机身后端的关节槽，后一关节模块的关节连接到前一关节模块的关节槽内。
【文档编号】B62D57/02GK103909989SQ201410066594
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2014年2月20日 优先权日:2014年2月20日
【发明者】马书根, 孙翊, 张磊 申请人:青岛海艺自动化技术有限公司