们选用了舵机4。利用舵机440°?140°的运动范围， 控制8个舵机4的不同的运动角度，从而使得每个关节下的车轮转变方向，从而推动整个机 身蜿蜒前进。
[0023] 下面是蛇形运动的力的分解公式：
[0024] 我们将蛇形每个关节运动的运动范围设置为40°?140°，再假设运动过程中最 小的力（单位力）为f，那么在这过程中就有：
[0025] 顺时针运动时：
[0026] 40° ?60。和 90。至Ij 110。时，F= (1+V 2 sin0 )· f (F 为某一时刻运动力， 0为转动的度数，90°?110°按40°?60°计算，后面同理，0取小于90°值）
[0027] 60。?90。和 110。到 140。时 F=(2+V5 sin0 ) · f
[0028] 逆时针运动时：
[0029] 140。?120。和 90。至Ij 70。时 F=(l+V 2 sin0 )· f
[0030] 70。?40。和 120。到 90。时 F=(2+V5 sin0 ) · f
[0031] (上述公式不包含调试信息，公式与设计蛇形结构相关，上述公式满足无特殊形状 的蛇形运动）
[0032] 控制系统2作为整个蛇形机器人的控制核心，供电系统5中6V供电电池经稳压电 路稳压后为所有器件提供电源。控制信号经驱动电路3控制八路舵机4进行转动作业。其 中包括2个上下转动舵机4,4个左右转动舵机4, 2个"双状态"舵机4。"双状态"指在需 直行情况下做出像后四路一样仅作为前行动力的存在，但当需要它保持向左或向右状态 时也能保持位置。无线通讯系统6遥控器发出指令，控制器接收并做出反应，通过改变PWM 波改变蛇形机器人的具体行进方式。另外，通过数据传输系统，能够及时有效的将传感器组 的检测数据和摄像头所摄画面发送至控制计算机显示，通过摄像头配置的LED灯使得本发 明可在黑暗中作业。环境监测系统7中包含摄像头和传感器组，其中传感器组包括温度传 感器、湿度传感器和烟雾传感器。
[0033] 图2中给出了关节框架的基本组成部分，以中间关节框架为例，包括导轮1，导轮 支架8,螺孔9,舵机固定板10,紧定螺钉11。
[0034] 导轮1固定在导轮支架8上，因舵机4有着40°?140°的运动范围，通过控制8 个舵机4不同的运动角度，依靠对地面的摩擦力，使得每个关节下的车轮转变方向，从而推 动整个机身蜿蜒前进。螺孔9则是使整个关节与前一关节相连接的唯一结构，用螺丝与前 一关节的舵机4舵盘固定在一起，使得前后关节通过两个舵机4的相互作用规律摆动，增加 了行进的协调性。紧定螺钉11将舵机4紧紧固定在两个舵机固定板10之间，解决了因机 身剧烈摆动引起舵机4滑动或者机身分离的问题。
[0035] 图3、图4分别是头部关节框架与尾部关节框架，其结构与中间关节框架相似，在 此不再多做描述。
[0036] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技 术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发 明的保护范围。
【主权项】
1. 一种新型蛇形仿生机器人，包括机器人本体、控制系统、驱动电路、舵机、供电系统、 无线通讯系统、环境监测系统，所述供电系统包括电池和稳压电路，所述无线通讯系统包括 遥控器与数据传输系统，所述的环境监测系统包括摄像头和传感器组，所述机器人本体包 括蛇头、蛇身、蛇尾三个部分，所述蛇头由一个关节组成，所述蛇身由六个关节组成，所述蛇 尾由一个关节组成，所述关节包括导轮、导轮支架、螺孔、舵机固定板、紧定螺钉，所述导轮 固定在导轮支架上，所述导轮支架上侧安装有舵机固定板，所述舵机固定板上安装有紧定 螺钉，所述导轮支架一侧开设有螺孔，所述摄像头安装在蛇头部位，所述传感器安装在蛇身 上的第二关节处，所述控制系统安装在蛇尾部分，所述电池为2块，分别安装在蛇头和蛇 尾，所述驱动系统、供电系统和无线通讯系统安装在蛇尾，所述蛇身分为两部分，其一是2 节可同时上下且左右转动的关节，其二是4节仅可左右转动的关节（只作为前进动力），所 述舵机共八个，分别固定在八个关节上，所述控制系统分别和驱动系统、供电系统、无线通 讯系统、环境监测系统连接，所述驱动系统和舵机连接。
2. 如权利要求1所述的一种新型蛇形仿生机器人，其特征在于，所述舵机包括双状态 操纵左右转动舵机、上下转动舵机、左右转动舵机。
3. 如权利要求1所述的一种新型蛇形仿生机器人，其特征在于所述无线通信系统中的 遥控器发出指令，控制器接收并做出反应，通过改变PWM波改变蛇形机器人的具体行进方 式，另外，通过数据传输系统，能够及时有效的将传感器组的检测数据和摄像头所摄画面发 送至控制计算机显示，通过摄像头配置的LED灯使得本发明可在黑暗中作业。
4. 如权利要求1所述的一种新型蛇形仿生机器人，其特征在于所述舵机为高精度舵 机，实现了模仿生物蛇蜿蜒前进的行进方式，利用舵机40°至140°的运动范围，控制8个 舵机的不同的运动角度，从而使得每个关节下的车轮转变方向，从而推动整个机身蜿蜒前 进。
5. 如权利要求1所述的一种新型蛇形仿生机器人，其特征在于所述导轮固定在导轮支 架上，因舵机有着40°?140°的运动范围，通过控制8个舵机不同的运动角度，依靠对地 面的摩擦力，使得每个关节下的车轮转变方向，从而推动整个机身蜿蜒前进。
6. 如权利要求1所述的一种新型蛇形仿生机器人，其特征在于所述螺孔是整个关节与 前一关节相连接的唯一结构，用螺丝与前一关节的舵机舵盘固定在一起，使得前后关节通 过两个舵机的相互作用规律摆动，增加了行进的协调性，紧定螺钉将舵机紧紧固定在两个 舵机固定板之间，解决了因机身剧烈摆动引起舵机滑动或者机身分离的问题。
7. 如权利要求1所述的一种新型蛇形仿生机器人，其特征在于所述控制系统以 STM32F103为控制核心，设计中选用ULN2003驱动芯片作为舵机信号的驱动过件，稳压电路 选择了 LM2596芯片作为稳压的核心。
8. 如权利要求1所述的一种新型蛇形仿生机器人，其特征在于所述传感器组包括温度 传感器、湿度传感器和烟雾传感器。
【专利摘要】本发明提供一种新型蛇形仿生机器人，包括机器人本体、控制系统、驱动电路、舵机、供电系统、无线通讯系统、环境监测系统，所述供电系统包括电池和稳压电路，所述无线通讯系统包括遥控器与数据传输系统，所述的环境监测系统包括摄像头和传感器组，所述机器人本体包括蛇头、蛇身、蛇尾三个部分，本发明增加了摄像头、传感器等有利于蛇形机器人在实际当中应用的部件，便于机器人帮助完成工作，采用的摄像头与温度、湿度、烟雾传感器，检测灵敏度高、监测准确性强。本发明的无线通讯系统中的按键遥控器可改变其不同行进方式，操作人性化、控制灵活。
【IPC分类】B25J9-06, B25J19-02
【公开号】CN104589336
【申请号】CN201410660192
【发明人】高圣伟, 娄贵鑫, 刘小飞, 张梦, 李树伟, 颜培禹, 李 昊, 段春剑, 谢宗奎, 樊强, 马杉杉, 朱丽敏, 王尚成
【申请人】天津工业大学
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2014年11月18日