蛇形机器人履带车的制作方法

专利名称：蛇形机器人履带车的制作方法
技术领域：
本发明涉及小型无人驾驶的地面机器人车辆。更具体地，本发明涉及 一种具有多个通过高自由度驱动式联接件互连的履带式机架单元的蛇形机 器人履带车。
背景技术：
机器人学是活跃的研究领域，已研制出许多不同类型的机器人车辆用 于各种任务。例如，无人驾驶的飞行器已非常成功地用于军事空中侦察。然而，无人驾驶的地面车辆获得较少成功，这部分地是由于在地面环境中 运动显著地比在空中环境中运动困难。无人驾驶地面车辆当试图实现机动性时会面临许多挑战。地形的变化 很广泛，例如包括木>散和易变的材料、障碍物、植被、有限宽度或高度的 开口、台阶等。优化用于在一种环境中运行的车辆可能在另一种环境中运 行不佳。还有一些与车辆的尺寸有关的折衷方案。大型车辆可以更好地处理某 些障碍物，例如台阶、落差、间隙等。另一方面，大型车辆不能容易地通 过狭窄的通道或者在管道内部行进，且更容易被植物阻挡。大型车辆还往 往更容易被看到，并因此不太希望用于独立的监视应用。相比之下，尽管小型车辆更独立，但越过障碍变成更大的行驶问题。
各种各样的机动性构造已经适合于通过困难的地形。这些选择方案包 括腿、车轮和履带。有腿的机器人可能是灵活的，但采用复杂的控制机构 来移动和达到稳定性。轮式车辆可以提供高度机动性，但提供有限的附着 作用并需要宽度以便得到稳定性。
履带式车辆是已知的，且通常构造成坦克构型。尽管履带式车辆在某 些环境中可以提供高度稳定性，但履带式车辆在车辆很小的情况下通常提 供有限的可操纵性。此外，已知的履带式车辆不能适应在宽范围内变化的 障碍，尤其是当地形狭窄并且道路弯曲时。

发明内容
本发明包括一种蛇形机器人履带车，该履带车克服现有技术中固有的 问题和不足。在一个实施例中，蛇形机器人履带车包括第一机架和第二机 架，每个机架都具有一旋转式支承于其中的连续履带。第一和第二机架通 过驱动式联接臂连接。联接臂具有 一对位于联接到相应的机架的各端部处
的腕状(wrist-like)驱动式联接件，并具有位于腕状驱动式联接件之间的 肘状(elobw-like )驱动式接头。


从下文结合附图的描述和所附权利要求中可以更清楚地看到本发明。 应当理解，这些附图仅描述了本发明的示例性实施例，它们不应当净皮认为 是对本发明的范围的限制。可以容易地认识到，文中一般性地描述以及在 附图中示出的本发明的部件可布置成或设计成各种不同的构造。但是下面 将通过附图更加详细和具体地描述和解释本发明，其中
图1示出按照本发明的示例性实施例的蛇形机器人履带车的透视图； 图2示出按照本发明的实施例的腕状驱动式联接件的透视图； 图3示出按照本发明的实施例的肘状驱动式联接件的透视图； 图4示按照本发明的实施例的腕状驱动式联接件的透视图；图5示出按照本发明的实施例的具有基;^f皮包围的连续履带的机架的 透视图，其中履带底部露出；图6示出按照本发明的实施例的具有连续履带的机架的透视图，其中 履带的顶部和底部露出；图7示出按照本发明的实施例的处于坦克构型的蛇形机器人履带车的 透视图；图8示出按照本发明的实施例的处于蛇形构型的蛇形机器人履带车的 透视图；图9示出按照本发明的实施例的处于外部爬升构型的蛇形机器人履带 车的透视图；图10 U) -10 (c)示出按照本发明的实施例的处于不同的内部爬升构型的蛇形机器人履带车的透视图；图11 (a)-ll (e)示出按照本发明的实施例的蛇形机器人履带车恢复常态的一连串运动的俯视图；图12 (a) -12 (f)示出按照本发明的实施例的蛇形机器人履带车的各种姿势的透视图；图13示出按照本发明的实施例的控制系统的示意图；图14示出按照本发明的可供选择的实施例的蛇形机器人履带车；以及图15示出按照本发明的又一可供选择的实施例的蛇形机器人履带车。
具体实施方式
下文对本发明的示例性实施例的详细描述参考了附图，该附图形成描 述的一部分，在该附图中作为示例示出了本发明可实施的示例性实施例。 尽管这些示例性实施例被充分详细地描述以使得本领域技术人员能够实施 本发明，但应当理解可实现其他实施例且可在不脱离本发明的精神和范围 的情况下对本发明作各种改变。因此，下文对本发明的实施例的更详细的 描述并不用于限制所要求的本发明的范围，而仅仅为了进行举例说明且不 限制对本发明的特点和特征的描述，以提出执行本发明的最佳方式，并足以使得本领域技术人员能够实施本发明。从而，本发明的范围仅由所附权 利要求来限定。
下文对本发明的详细描述和示例实施例可结合附图来更好地理解，其 中本发明的元件和特征由附图标记标识。
参见图1，图1示出的是按照本发明的第一示例性实施例的蛇形机器
人履带车的例图。更具体地，图1将蛇形机器人履带车10示出为包括第一 机架12和第二机架14。每个机架都包括由机架旋转支承的连续履带16、 18。机架通过多自由度驱动式联接臂20联接在一起。多自由度联接臂包括 联接到第一机架的第一腕状驱动式联接件22， ^i接到第二机架的第二腕状 驱动式联接件24,和联接在第一和第二腕状驱动式联接件之间的肘状驱动 式接头26。
在图2中更详细示出的腕状驱动式联接件22、24提供绕两个不同的横 向轴线28、 29的弯曲运动和绕纵向轴线30的^L转运动。纵向是指一般沿 驱动式联接件取向的方向，因此绕纵向轴线的运动对应于扭转或旋转运动。 横向是指一般与纵向轴线垂直或成一角度取向的方向，因此绕横向轴线的 运动对应于弯曲运动。两个不同的横向轴线可以、但不限于相互成直角。 在图3中更详细示出的肘状驱动式接头提供绕 f黄向轴线32的弯曲运动。
腕状驱动式联接件22、 24可以用不同的方式构造。例如，腕状驱动式 联接件可以包括一系列相联的偏转弯曲接头、俯仰弯曲接头和旋转接头的 组合，其中在接头和机架之间联接有各种臂联接件。例如，如图4所示， 按照本发明的实施例，腕状躯动式联接件40可以包括通过偏转弯曲接头 44联接到机架12、 14的偏转臂42，当连续履带16、 18处于既定(nominal) 工作位置并与大体水平的表面接触时，上述偏转弯曲接头44提供绕横向轴 线28弯曲的偏转(运动)46,所述横向轴线28相对于机架大体上竖直地
俯仰臂48,上述俯仰弯曲接头50提供绕横向轴线29弯曲的俯仰(运动) 52，所述横向轴线29相对于机架大体上水平地取向。腕状驱动式联接件还 可以包括旋转接头54，所述旋转接头54提供绕俯仰臂的纵向轴线30旋转的滚动50。对竖直和水平的引用是指，相对于蛇形机器人履带车在其上工 作的大体上水平的支承表面、且当连续履带与支承表面接触时的既定方向。 应该认识到，当蛇形机器人履带车翻倒时，相对于蛇形机器人履带车的竖 直方向相对于支承表面实际上是水平的。更详细地考虑机架12、 14和连续履带16、 18，机架可以用各种方式 构造，使得连续履带基^ 皮包围，从而只有底部60露出，如图5所示； 或者连续履带部分地被包围，从而连续履带16、 18的顶部62和底部60 露出，如图6所示。应该注意，当连续履带的顶部和底部都露出时，机架 可以取向成任一侧朝上，并仍然能运动。通过下面对蛇形机器人履带车的 工作的进一步的讨论，可以清楚地看到这种构型的好处。机架可以包括联 接到连续履带的驱动装置(未示出)，以驱动连续履带。可选地，驱动装 置可以构造成在一定的速JL范围内沿任一方向(如顺时针和逆时针)驱动 连续履带。用于对连续履带施加驱动力的各种类型的驱动装置和联接技术 是已知的，且可应用在本发明的实施例中。回过来参见图1,高自由度驱动式联接臂20与两个单独的履带式机架 12、 14的组合使蛇形机器人履带车10能实现许多不动的运动模式，下面 将对其进行说明。操纵蛇形机器人履带车可以包括扭铰多自由度驱动式联 接臂，以便为蛇形机器人履带车建立所需的姿势。连续履带16、 18的驱动 操作可以与高自由度驱动式联接臂的扭铰协调，以进一步控制姿势和提供 蛇形机器人履带车的运动。当确定蛇形机器人履带车的姿势时，可考虑作 用在接头上的力矩和力，这将在文中进一步地描述。第一种姿势在本文称之为"坦克"构型，其中第一机架12和第二机架 14并排设置，如图7所示。两个机架从驱动式联接臂20朝同一方向延伸， 并可以是、但不是必须平行。例如当经过陵坡时，坦克构型为蛇形机器人 履带车提供横向稳定性。通过沿相同的方向驱动连续履带16、 18,蛇形机 器人履带车可以沿向前和向后的方向移动；通过沿相反的方向驱动连续履 带，蛇形机器人履带车可以转动。通常，使处于坦克构型的蛇形机器人履 带车运动可以包括向连续履带施加不同的驱动速度(包括相反的方向)。本文称之为"列车"构型的第二姿势是第一机架12和第二机架14首 尾相连地排成一行的构型，如图8所示。两个机架可以是、但不是必须平 行。列车构型提供较小的轮廓，从而允许蛇形机器人履带车10进入小的孑L、 管道、隧道等。列车构型还使蛇形机器人履带车能跨越空隙和孔。在列车 构型中，向前和向后运动通过驱动连续履带16、 18来提供。应该注意，相 对于坦克构型，连续履带中的一个的方向4皮改变。通过操作驱动式联接臂 20，以在第一机架和第二机架之间形成一夹角，可实现蛇形机器人履带车 的转动。
蛇形机器人履带车也可以构造用于爬升结构的外部。如图9所示，蛇 形机器人履带车IO包住结构70,使得连续履带的露出部分72、 74彼此朝 向，并接触所述结构的相对的外表面76、 78。连续履带可以被驱动，以便 沿着所述结构上下移动蛇形机器人履带车。许多不同的结构几何形状，包 括例如柱，都可以用这种外部爬升构型进行爬升。
蛇形机器人履带车也可以构造用于爬升结构的内部。图10 (a)和IO (b)示出两种不同的内部爬升构型。在内部爬升构型中，蛇形机器人履带 车构造成使得连续履带的露出部分72、 74彼此背离，并与结构70的相对 的内表面80、 82接触。内部爬升构型可用于爬升管道、烟囱、墙内部等。
对蛇形机器人履带车来说，通过使连续履带的露出部分72、 74面向同 一方向、与结构的同甘共苦内表面80，及将驱动式联接件放置成与对置的 内表面接触来爬升结构部分70的内部可能也是可行的，如图10 (c)中所 示。
对蛇形机器人履带车来说，各种不同的扭铰运动也是可行的。例如， 图11 (a) -11 (e)用俯视風示出翻转的蛇形机器人履带车的一种自动复原 技术。蛇形机器人履带车10在图11 (a)中示出为侧放着，其中连续履带 的露出部分72、 74不再与表面接触。在第一步骤中，启动驱动式联接件 20，以将机架以约90°角定位，如图11 (b)中所示。这提供了一种稳定 的构型，此时，可以使一个腕状接头旋转，以将连续履带的一个露出部分 安放成与表面接触，如图11 (c)所示。然后旋转另一个腕状接头，以类似地定位另一个机架，如11 (d)所示。此时，两个连续的履带与表面接 触。然后使联接臂变直，使得蛇形机器人履带车可以继续(工作)，如图
ll(e)所示。可选地，使联接臂变直可以在蛇形机器人履带车已开始向前 移动时进行。蛇形机器人履带车可以包括一些系统，如履带载荷传感器、 惯性基准等，以帮助确定和校正履带车的取向。例如，引用在此作为参考 的、共同所有并均处于审理中的、于2006年11月13日提交的标题为 "Conformable Track Assembly For A Robotic Crawler"(用于才几器人履 带车的顺应性履带组件)的美国临时专利申请No. 60/858,805,描述了一种 用于履带的悬架系统，该悬架系统包括可以在本发明的实施例中使用的偏 转器和载荷传感元件。
其它自动复原运动模式也是可行的。例如，可以通过操作驱动式联接 臂20将蛇形机器人履带车10安放成拱形构型(这将在下文进一步说明)， 使得蛇形机器人履带车基本仅由履带的最远地分开的端部支承。这种构型 可能不稳定，从而允许进一步致动扭铰的联接臂，以使蛇形机器人履带车 翻倒。
不具有的大量姿势和运动模式。蛇形机器人履带车10可以采用的其它姿势 在图12 (a) -12 (f)中示出。例如，驱动式联接件20可以将机架12、 14 彼此成一角度地设置。因此，蛇形机器人履带车可以沿向上(图12(a))、 向下(图12 (b))、向左(图12 (c))、或向右(图12 (d))的方向 形成拱形。向上和向下形成拱性可以帮助通过地形的不平坦部分，如凹陷 部或抬升部。向左和向右形成拱形可帮助转动和避免障碍。
另一种姿势可以称为急转弯(zag)构型，其中机架以平行的线取向， 但从驱动式联接臂朝相反的方向偏移并延伸，如图12(e)所示。与坦克 构型类似，急转弯构型可以给蛇形机器人履带车提供附加的稳定性。
尽管已描述了处于静态的各种姿势，但应该理解，蛇形机器人履带车 可以在工作时动态地改变姿势。此外，根据蛇形机器人履带车在其中工作 的环境，上述姿势的经过修改的型式也可以证明是有用的。如上所述，各种动态运动模式是可行的。尽管上述讨论主要集中在履 带操作提供推进力上，但应认识到，驱动式联接件的操作也可以帮助推进。 例如，驱动式联接件的突然急拉运动可以帮助提供牵引作用，或者当被缠 绕时帮助释放蛇形机器人履带车。作为另一个例子，履带的空间取向可以 通过驱动式联接件周期性地或连续地调节，以符合所经过的表面。例如，图12 (f)示出一扭铰构型。返回到对扭铰的多自由度联接臂20的讨论，对蛇形机器人履带车来 说，各种其它构型也是可行的。通常，联接臂包括至少七个驱动接头，这 七个驱动接头提供绕七个不同轴线的运动(虽然这些轴线中的某些有时可 以相互对准)。这些接头可以是单轴、双轴、或三轴接头。联接臂可以包 括下面 一 系列相联接的组合中的任一种 7个单轴接头 3个单轴接头和2个双轴接头 1个单轴接头和2个三轴接头 2个双轴接头和1个三轴接头例如，联接臂可以包括五个驱动式单轴弯曲接头和两个驱动式单轴旋 转接头的一系列组合。例如，四个弯曲接头可以围绕位于联接件中央的第 五个弯曲接头对称地设置，在中央的各侧上有两个弯曲接头。旋转接头也 可以围绕中心对称地^L置。例如，旋转接头可以与第五(位于中央的)弯 曲接头相邻(例如，如图7所示)、位于对称设置的弯曲接头之间、或者 与机架相邻。或者，也可以使用双轴接头或三轴接头，其中，双轴接头提供与两个 串联的单轴接头相同的自由度，三轴接头提供与串联的三个单轴接头相同 的自由度。双轴接头可以提供例如绕两个轴线的弯曲。这些轴线可以、但 不是必须相互正交。三轴接头可以提供例如绕两个横向轴线的弯曲和绕一 第三纵向轴线的旋转。接头不需要限于提供弯曲或旋转运动的绕转接头。也可以包括提供平 移运动的棱柱接头(/滑移接头，prismatic joint)。接头可以包括绕转接头15和棱柱接头的特点，以提供例如偏心运动。
现在将更详细地讨论蛇形机器人履带车10的控制。如上所述，可以通 过驱动式多自由度联接臂20的扭铰和连续履带16、 18的旋转来控制蛇形 机器人履带车的运动和姿势。因此，如图13示意示出的，蛇形机器人履带 车可以包括控制子系统90。控制子系统与联接臂20的各驱动式接头92通 信，以控制蛇形机器人履带车的姿势。控制系统还可以与驱动单元94通信， 该驱动单元94联接到第一和第二连续履带上，以控制连续履带旋转的速度 和方向，从而控制蛇形机器人履带车的运动。控制系统还可以包括一通信 网络系统96,该通信网络系统构造用于在控制子系统、联接臂中的接头和 驱动单元之间互相通信。
通信网络的各种实现方式是可行的。例如，已知允许大量的通信节点 在有限数量的线路上通信的各种通信协议，包括例如RS-485, RHAMIS, USB， Ethernet等。或者，通信网络可以包括无线部件。例如，通信网络 可包括在蛇形机器人履带车和位于远离该蛇行机器人履带车处的控制系统 之间提供通信的无线部分。
控制子系统的各种实现方式是可行的。例如在一个实施例中，控制系 统可以利用主复本(replica)来控制蛇形机器人履带车。在主复本控制系 统中，主复本位于远离蛇形机器人履带车处。主复本包含与蛇形机器人履 带车相同的接头，且被手动操纵成所希望的姿势。位于接头处的传感器检 测接头的位置，这些位置与蛇形机器人履带车通信，该蛇行机器人履带车 致动其接头，以试图形成相同的姿势。可选地，蛇形机器人履带车中的接 头可以包括力传感器、力矩传感器或者这两种传感器，从而允许测量接头 上的力和/或力矩。可选地，接头上的力和/或力矩可返回与主复本通信，从 而向控制系统提供力反馈。各种力反馈控制系统是已知的，并可以应用于 本发明的实施例。
控制系统可以结合到蛇形机器人履带车中，从而允许履带车自动地工 作。例如，履带车可以长时间自动地工作。在一实施例中，控制系统可以 包括局部控制一个或多个密切联结的接头的履带控制器和分布式接头。分布式接头和履带控制器可以与位于履带车内部或位于履带车外部的主控制 器通信。在另一个实施例中，蛇形机器人履带车的控制可以包括控制第一机架， 其它机架从动于第一机架。例如，操作者可以控制第一机架的取向和运动。 然后其它机架跟随第一机架。 一个特别的控制方案可以包括在第一机架之 后自动地使其它机架转向，以减小施加在驱动式联接臂上的力。作为另一个例子，蛇形机器人履带车的控制可以包括使用操纵杆。例 如，例如通过由操纵杆控制驱动式联接件的运动，可以利用两维操纵杆来控制机器人的姿势。操纵杆的两维运动可以通过预定的原语(premitive) 转变成多自由度驱动式联接件的复杂运动。作为一特定的例子，操纵杆向 左或向右的运动可以使蛇形机器人履带车向左向右形成拱形，其中持续地 保持操纵杆会使蛇形机器人履带车在坦克构型和蛇形构型之间运动。作为 另一个特定的例子，操纵杆向前或向后运动可以使蛇形机器人履带车向上 或向下形成拱形，其中持续地保持操纵杆向前或向后会将蛇形机器人履带 车设置成内部爬升或外部爬升构型。当然，可以认识到，可限定从操纵杆 到(蛇形机器人履带车)运动的各种映射关系。操作者和控制系统之间的 接口可以通过在个人计算机、膝上型计算机、个人数据助手等上操作的菜 单驱动接口来提供，这是已知的。控制系统还可以构造成在接头中提供一定程度的顺应性。例如，由柔 性机器人履带车的环境施加到接头上的力可以被检测出并与控制系统通 信。当超过某些力的阈值时，可以允许接头移动。例如，接头可以包括通 过机械系统、电子系统、或者混合机电系统实现的断开式离合器。力限制 阈值可以进行调节，以便给蛇形机器人履带车提供可变的顺应性。例如， 在通过某种类型障碍物时，提供刚硬姿态的高阈值可以证明是有用的。或 者，在围绕其它类型障碍弯曲时，低阈值可以证明是有用。作为另一个例子，控制系统可以利用过程处理系统来实现。各种运动 原语可以预先编程，其中包括例如采取某些姿势(比如，坦克构型、急转 弯构型、拱形构型、列车构型、或爬升构型)的原语，及用于运动(比如,向前、向后)的原语。控制可以包括从接头力传感器和环境传感器反馈。 混合式的人和自动控制可以组合。例如，利用执行指令/原语的自动的低级
反馈回路可实现高^lA工指令/原语。控制功能可以分成子系统，其中包括， 例如，姿势控制，顺应性控制、运动控制、力控制及其混合式组合。
按照本发明的实施例，在图14中示出蛇形机器人履带车的可供选择的 构型。蛇形机器人履带车100包括多个机架单元102，每个机架单元102 都具有旋转式支承于其中的连续履带。例如，连续履带可以具有一个或多 个露出的表面，如上所述。在各机架单元之间联接至少一个驱动式高自由 度联接臂104。例如，在N个机架单元情况下，利用N-1个联接臂来将机 架互连成多机架长列。驱动式多自由度联接臂包括例如如上所述的至少七 个接头轴线。可选地，驱动式高自由度联接件臂可以可拆卸地连接在各机 架单元之间，以允许将多机架长列例如重新构造成许多单个的机架、若干 对机架、或较短的多机架长列。
蛇形机器人履带车还可以包括设置在驱动式多自由度联接臂和/或机 架上的各种传感器或工具。例如，如图15所示，蛇形机器人履带车110 可以具有设置在一个^L架112上的摄^4/L 116。作为另一个例子，可以在 前机架和后机架上都设置摄像机。例如，前摄傳4几主要用于观测环境，而 后摄像机可以用于观察蛇形机器人履带车的姿势以便控制。可以在蛇形机 器人履带车上设置其它传感器，包括例如雷达、激光雷达、红外检测器、 温度传感器、化学传感器、力传感器、运动检测器、扬声器、天线等。作 为另一个例子，也可以在蛇形机器人履带车上^1置一些工具，包括例如光 源、夹具、钳子、操纵装置、切削刀具、钻头、材料取样器等。作为另一 个例子，蛇形机器人履带车可以包括设置在机架上的铰接臂。共同所有并 均处于审理中的、于2006年11月13日提交的标题为"Tracked Robotic Vehicle with Articulated Arms"(具有铰接臂件的履带式机器人车辆)的 美国临时专利申请No. 60/858,915描述了 一种具有铰接臂的履带式机器人 车辆，该申请被引用在此作为参考。
在某种程度上概括并重申，按照本发明的蛇形机器人履带车可以在各种应用和环境中使用。例如，但不作为限制，应用可以包括搜索和救援、 军事活动和工业操作。可有助于避免需要将人暴露于危险的环境中，例如 不稳定的建筑物、军事冲突情况、和化学、生物或核污染的环境中。蛇形 机器人履带车的构造柔性提供多种运动模式。例如，在坦克构型中的运动 可以提供高度稳定性。以蛇状构型运动可以穿过狭窄的通道或管道。也可 以爬升结构的外部如柱子，以及爬升结构的内部如管道内部。在上文中结合具体的示例性实施例详细描述了本发明。但是，应当理 解，可在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下进行各种修 改和变型。详细的描述和附图应仅被认为是说明性的，而不是限制性的， 如果存在任何这样的修改和变型，那么它们都将落入在此描述的本发明的 范围内。更具体地，尽管在此已经描述了本发明的示例性实施例，但是本发明 并不局限于这些实施例，而是包括本领域技术人员根据前面的详细描述可 认识到的经过修改、省略、(例如各个实施例之间的)組合、适应性改变 和/或替换的任何和全部实施例。权利要求中的限定可根据权利要求中使用 的语言而进行广泛的解释，且不限于在前述详细描述中或在实施该申请期 间描述的示例，这些示例应^皮认为是非排他性的。例如，在本发明中，术 语"优选地"不是排他性的，这里它的意思是"优选地，但是并不限于"。限于权利要求中提出的顺序。因此，本发明的范围应当仅由所附权利要求 及其合法等同物来确定，而不是由上文给出的说明和示例来确定。
权利要求
1.一种蛇形机器人履带车，包括第一机架，该第一机架具有由该第一机架可旋转地支承的第一连续履带；联接到第一机架的第一腕状驱动式联接件，其中，第一腕状驱动式联接件提供绕一纵向轴线的旋转运动和绕两个不同的横向轴线的弯曲运动；联接到第一腕状驱动式联接件的肘状驱动式接头，其中，肘状驱动式接头提供绕一横向轴线的弯曲运动；联接到肘状驱动式接头的第二腕状驱动式联接件，其中，第二腕状驱动式联接件提供绕一纵向轴线的旋转运动和绕两个不同的横向轴线的弯曲运动；以及第二机架，该第二机架联接到第二腕状驱动式联接件，并具有由第二机架可旋转地支承的第二连续履带。
2. 如权利要求l所述的蛇形机器人履带车，其特征在于，腕状驱动 式联接件的两个不同的横向轴线彼此基本成直角。
3. 如权利要求l所述的蛇形机器人履带车，其特征在于，腕状驱动 式联接件包括第一偏转臂，该第一偏转臂通过第一偏转弯曲接头联接到第一才几架， 该第一偏转弯曲接头提供绕"横向轴线的偏转弯曲，该横向轴线相对于第 一机架的既定工作位置基本竖直地取向；第一俯仰臂，该第一俯仰臂通过第一俯仰弯曲接头联接到偏转臂，该 第一俯仰弯曲接头提供绕一横向轴线的俯仰弯曲，该横向轴线相对于第一 机架的既定工作位置基本水平地取向；以及联接到第 一俯仰臂的第 一旋转接头。
4. 如权利要求l所述的蛇形机器人履带车，其特征在于，腕状驱动 式联接件包括第一弯曲接头，该第一弯曲接头提供绕一相对于第一连续履带的既定工作位置基本竖直的轴线的偏转弯曲；第二弯曲接头，该第二弯曲接头提供绕一相对于第一连续履带的既定工作位置基本水平的轴线的俯仰弯曲；以及旋转接头，该旋转接头提供绕第二轴线的滚动旋转，该第二轴线与第 一基本水平的轴线基本正交。
5. 如权利要求l所述的蛇形机器人履带车，其特征在于，机架部分 地包围连续履带，使得沿机架的底部和顶部露出连续履带。
6. 如权利要求l所述的蛇形机器人履带车，其特征在于，除了连续 履带沿机架底部的露出部分之外，机架基本上包围连续履带。
7. 如权利要求l所述的蛇形机器人履带车，其特征在于，机架包括 联接到连续履带的驱动装置。
8. 如权利要求l所述的蛇形机器人履带车，其特征在于，还包括一 控制子系统，该控制子系统与第 一和第二腕状驱动式联接件及肘状驱动式 接头中的每个通信，并构造用于控制蛇形机器人履带车的姿势。
9. 如权利要求8所述的蛇形机器人履带车，其特征在于，还包括通 信网络，该通信网络构造用于在控制子系统与第 一和第二腕状驱动式联接 件及肘状驱动式接头中的每个之间互相通信。
10. 如权利要求8所述的蛇形机器人履带车，其特征在于，控制子系 统还与分别联接到第一连续履带和第二连续履带的第一驱动装置和第二驱 动装置通信。
11. 如权利要求8所述的蛇形机器人履带车，其特征在于，控制子系 统还构造成控制第 一和第二腕状驱动式联接件及肘状驱动式接头的顺应 性。
12. 如权利要求8所述的蛇形机器人履带车，其特征在于，控制子系 统包括主复本。
13. —种蛇形机器人履带车，包括至少两个机架单元，各机架单元具有可旋转地支承于其中的第 一连续 履带；联接在机架单元之间的至少一个驱动式多自由度联接臂，其中，至少一个驱动式多自由度联接臂包括至少下述接头的联接组合 第一驱动式三轴接头， 驱动式单轴接头，和 第二驱动式三轴接头。
14. 如权利要求13所述的蛇形机器人履带车，其特征在于，驱动式 三轴接头包括单轴转动体和双轴弯曲体。
15. 如权利要求14所述的蛇形机器人履带车，其特征在于，单轴转 动体提供绕一纵向轴线的旋转。
16. 如权利要求14所述的蛇形机器人履带车，其特征在于，双轴弯 曲体提供绕两个基本正交的横向轴线的弯曲。
17. 如权利要求13所述的蛇形机器人履带车，其特征在于，驱动式 三轴接头包括两个单轴弯曲体和一单轴转动体的串联连接。
18. 如权利要求13所述的蛇形机器人履带车，其特征在于，驱动式 单轴接头包括提供绕一横向轴线的弯曲的单轴弯曲体。
19. 如权利要求13所述的蛇形机器人履带车，其特征在于，第一和 第二驱动式三轴接头联接到不同的机架单元，驱动式单轴接头联接在第一 和第二驱动式三轴接头之间。
20. 如权利要求13所述的蛇形机器人履带车，其特征在于，单轴接 头通过第 一联接臂联接到第 一三轴接头，并且单轴接头通过第二联接臂联 接到第二三轴接头。
21. 如权利要求11所述的蛇形机器人履带车，其特征在于，各机架 单元包括联接到连续履带的驱动单元。
22. 如权利要求21所述的蛇形机器人履带车，其特征在于，还包括 驱动控制装置，该驱动控制装置与驱动单元通信，并构造用于控制蛇形机 器人履带车的运动。
23. 如权利要求13所述的蛇形机器人履带车，其特征在于，还包括 控制子系统，该控制子系统与驱动式多自由度联接臂通信，并构造用于控制蛇形机器人履带车的姿势。
24. 如权利要求13所述的蛇形机器人履带车，其特征在于，还包括 控制子系统，该控制子系统与驱动式多自由度联接臂通信，并构造用于控 制施加到蛇形机器人履带车的接头上的力或力矩。
25. —种蛇形机器人履带车，包括第 一机架，该第 一机架具有由该第 一机架可旋转地支承的第 一连续履带；第二机架，该第二机架具有由第二机架可旋转地支承的第二连续履带；以及联接在第一机架和第二机架之间的驱动式多自由度联接臂，其中，驱 动式多自由度联接臂包括下述接头的联接组合 第一驱动式双轴接头， 驱动式三轴接头，和 第二驱动式双轴接头。
26. 如权利要求25所述的蛇形机器人履带车，其特征在于，驱动式 双轴接头包括双轴弯曲体。
27. 如权利要求26所述的蛇形机器人履带车，其特征在于，双轴弯 曲体提供绕两个基本正交的横向轴线的弯曲。
28. 如权利要求25所述的蛇形机器人履带车，其特征在于，驱动式 双轴接头包括通过联接臂联接的两个单轴弯曲体。
29. 如权利要求25所述的蛇形机器人履带车，其特征在于，驱动式 三轴接头包括两个单轴转动体和一单轴弯曲体。
30. 如权利要求29所述的蛇形机器人履带车，其特征在于，单轴弯 曲体联接在两个单轴转动体之间。
31. —种蛇形机器人履带车，包括至少两个机架单元，各机架单元包括可旋转地支承在其中的连续履带； 联接在机架单元之间以形成机架单元的长列的至少一个多自由度联接 臂，其中，至少一个驱动式多自由度联接臂包括至少七个驱动式接头的串联联接的组合。
32. 如权利要求31所述的蛇形机器人履带车，其特征在于，至少七 个驱动式接头包括至少七个旋转接头的串联联接的组合。
33. 如权利要求31所述的蛇形机器人履带车，其特征在于，至少七 个驱动式接头包括至少七个弯曲接头的串联联接的组合。
34. 如权利要求31所述的蛇形机器人履带车，其特征在于，至少七 个驱动式接头包括五个弯曲接头和两个旋转接头的串联联接的组合。
35. 如权利要求32所述的蛇形机器人履带车，其特征在于，五个弯 曲接头和两个旋转接头围绕多自由度联接臂的中心对称地设置。
36. —种操纵蛇形机器人履带车的方法，包括 提供第一机架和第二机架，其中各机架具有可驱动的连续履带； 利用驱动式多自由度联接臂将第一机架联接到第二机架，其中多自由度联接臂包括至少七个驱动式接头的串联联接的组合，以形成蛇形机器人 履带车；以及扭铰驱动式多自由度联接臂，以便为蛇形机器人履带车建立所希望的 姿势。
37. 如权利要求36所述的方法，其特征在于，还包括使可驱动的连 续履带的驱动操作与驱动式多自由度联接臂的扭铰相协调，以控制蛇形机 器人履带车的运动。
38. 如权利要求37所述的方法，其特征在于，还包括操纵驱动式多 自由度联接臂，以产生蛇形机器人履带车的短的急拉运动。
39. 如权利要求36所述的方法，其特征在于，还包括使可驱动的连 续履带的驱动操作与驱动式多自由度联接臂的扭铰相协调，以进一步控制 蛇形机器人履带车的姿势。
40. 如权利要求39所述的方法，其特征在于，还包括将第一机架和 第二机架定位成坦克构型，其中，第一机架和第二机架并排，并相对于驱 动式多自由度联接臂朝相同的方向延伸。
41. 如权利要求40所述的方法，其特征在于，还包括沿相同的方向驱动各连续履带，以提供蛇形机器人履带车的行进运动。
42. 如权利要求40所述的方法，其特征在于，还包括沿相反的方向 驱动各连续履带，以提供蛇形机器人履带车的转动运动。
43. 如权利要求39所述的方法，其特征在于，还包括将第一机架和 第二机架定位成列车构型，其中第 一机架和第二机架首尾相连地排成一行。
44. 如权利要求43所述的方法，其特征在于，还包括沿相同的方向 驱动各连续履带，以提供蛇形机器人履带车的行进运动。
45. 如权利要求39所述的方法，其特征在于，还包括将第一机架和 第二机架定位在外部爬升构型，其中第一机架和第二机架取向成使得，连 续履带的露出部分彼此面对，并与要爬升的结构的相对的外表面接触。
46. 如权利要求39所迷的方法，其特征在于，还包括将第一机架和 第二机架定位在内部爬升构型，其中第一机架和第二机架取向成使得，连 续履带的露出部分彼此背离，并与要爬升的结构的相对的内表面接触。
47. 如权利要求39所述的方法，其特征在于，还包括将第一机架和 第二机架定位在急转弯构型，其中第一机架和第二机架并排，并相对于驱 动式多自由度联接臂朝相反方向延伸。
48. 如权利要求39所迷的方法，其特征在于，还包括将第一机架和 第二机架定位在拱形构型，其中第一机架和第二机架彼此间成一角度地定 位。
全文摘要
本发明涉及一种能以多种方式运动的蛇形机器人履带车。该蛇形机器人履带车包括通过至少一个驱动式联接件联接在一起的多个机架单元。各机架单元包括能使蛇形机器人履带车向前运动的连续履带。至少一个驱动式联接件具有多个运动自由度，从而使蛇形机器人履带车能采用多种姿势。
文档编号F16L55/32GK101583820SQ200780049718
公开日2009年11月18日 申请日期2007年11月13日 优先权日2006年11月13日
发明者S·C·雅各布森 申请人:雷神萨科斯公司