一种蛇形机器人的制作方法
【专利摘要】一种蛇形机器人，包括多个主体模块、多个关节模块及一驱动控制模块，每相邻的两个主体模块通过一关节模块相连接；所述关节模块包括一关节摆动臂，所述驱动控制模块用于驱动至少一关节摆动臂相对与其相连接的前一主体模块摆动，和/或驱动至少一关节摆动臂相对与其相连接的后一主体模块摆动；所述关节摆动臂与其相连接的前一主体模块的摆动方向与该关节摆动臂与其相连接的后一主体模块的摆动方向相互垂直。本方案有效降低整个关节转向机构的复杂性，同时提高了传动精度。
【专利说明】
一种蛇形机器人
技术领域
[0001 ]本发明涉及机器人领域，尤其涉及一种蛇形机器人。
【背景技术】
[0002]仿生蛇形机器人，以其具有模块化设计、多自由度、高冗余度、高柔性以及细小身躯出色的环境适应能力，已经成为了机器人领域研究的热点，其中关节转向机构是蛇形机构的一大关键点，转向关节起到连接两个躯体单元并输出运动的作用。关节转向机构设计合理与否，直接决定了机器人的运动性能。蛇形机器人所用的关节转向机构，应具有可变角度大、力学性能优良、运动精确等特点。
[0003]现在大部分所用的蛇形关节转向机构结构复杂、零件加工难度大、安装复杂、传动精度低、可维护性差。
[0004]公开号为CN103909520A的发明专利公开了一种具有蠕动和摆动功能的蛇形机器人，该蛇形机器人的关节模块内第一齿轮传动机构包括第一直齿齿轮、与第一直齿齿轮相啮合的第二直齿齿轮、与第二直齿齿轮套置在同一转轴上的第三直齿齿轮、与第三直齿齿轮啮合的第四直齿齿轮、与第四直齿齿轮套置在同一转轴上的第一螺旋齿轮以及套置在摆动轴上的第二螺旋齿轮，这样多的不同大小的齿轮无疑增加了制造难度和机构体积质量，更重要的增加了安装难度，积累了传动误差，造成传动精度降低。
【发明内容】
[0005]本发明旨在解决现有技术中蛇形机器人关节转向结构复杂，安装复杂及传动精度低的技术问题，提供一种关节转向结构简单，安装简单及传动精度高的蛇形机器人。
[0006]本发明的实施例提供一种蛇形机器人，所述蛇形机器人包括多个主体模块、多个关节模块及一驱动控制模块，每相邻的两个主体模块通过一关节模块相连接。
[0007]所述关节模块包括一关节摆动臂，所述驱动控制模块用于驱动至少一关节摆动臂相对与其相连接的前一主体模块摆动，和/或驱动至少一关节摆动臂相对与其相连接的后一主体模块摆动。
[0008]所述关节摆动臂与其相连接的前一主体模块的摆动方向与该关节摆动臂与其相连接的后一主体模块的摆动方向相互垂直。
[0009]优选地，所述多个主体模块包括首主体模块、尾主体模块及位于所述首主体模块和尾主体模块之间的至少一中间主体模块。
[0010]所述首主体模块包括第一驱动机构，所述尾主体模块包括第二驱动机构，所述中间主体模块包括所述第一驱动机构和所述第二驱动机构，所述驱动控制模块控制所述第一驱动机构工作以驱动所述关节摆动臂相对与其相连接的前一主体模块摆动，和/或控制所述第二驱动机构工作以驱动所述关节摆动臂相对与其相连接的后一主体模块摆动。
[0011]优选地，所述关节模块包括一个与其相邻前一个主体模块固定连接的头关节和与其相邻后一个主体模块固定连接的尾关节;还包括第一小锥齿轮、第一大锥齿轮、第一大锥齿轮轴、第二小锥齿轮、第二大锥齿轮及第二大锥齿轮轴。
[0012]所述头关节设有与第一驱动机构对应的第一轴承孔，第一小锥齿轮通过轴承基座安装在所述第一轴承孔中并固定套设在第一驱动机构的驱动轴上;所述尾关节设有与第二驱动机构对应的第二轴承孔，第二小锥齿轮通过轴承基座安装在所述第二轴承孔中并固定套设在第二驱动机构的驱动轴上。
[0013]所述关节摆动臂上设有两个前支臂，所述头关节上还设有两个与前支臂相配合的头关节支臂，所述前支臂和头关节支臂上都设有容纳所述第一大锥齿轮轴的通孔，所述关节摆动臂通过第一大锥齿轮轴与所述头关节转动连接，所述第一大锥齿轮固定设置在所述第一大锥齿轮轴上并与所述第一小锥齿轮传动啮合，所述第一小锥齿轮的动力传递给第一大锥齿轮并带动关节摆动臂相对头关节摆动。
[0014]所述关节摆动臂上还设有两个后支臂，所述尾关节上还设有两个与后支臂相配合的尾关节支臂，所述后支臂和尾关节支臂上也都设有容纳所述第二大锥齿轮轴的通孔，所述关节摆动臂通过第二大锥齿轮轴与所述尾关节转动连接，所述第二大锥齿轮固定设置在所述第二大锥齿轮轴上并与所述第二小锥齿轮传动啮合，所述第二小锥齿轮的动力传递给第二大锥齿轮并带动关节摆动臂相对尾关节摆动。
[0015]优选地，所述头关节支臂与所述前支臂相配合时，两个前支臂分别位于并贴合在两个头关节支臂的内侧，头关节支臂上设有用于安装第一大锥齿轮轴的轴承基座，所述前支臂的其中一个支臂上设有半圆孔，其中另一个支臂上设有圆孔，所述第一大锥齿轮轴与所述半圆孔相配合的地方设置为半圆轴。
[0016]所述尾关节支臂与所述后支臂相配合时，两个后支臂分别位于并贴合在两个尾关节支臂的内侧，尾关节支臂上设有用于安装第二大锥齿轮轴的轴承基座，所述后支臂的其中一个支臂上也设有半圆孔，其中另一个支臂上设有圆孔，所述第二大锥齿轮轴与该半圆孔相配合的地方设置为半圆轴。
[0017]优选地，在所述关节摆动臂上，所述两前支臂的半圆孔的圆心和圆孔的圆心的连线与两后支臂的半圆孔的圆心和圆孔的圆心的连线正交，所述两个前支臂之间及所述两个后支臂之间分别设有退让槽。
[0018]优选地，所述第一大锥齿轮及第二大锥齿轮分别为模数为0.2，齿数为28，且削去60°牙的锥形齿轮，所述第一小锥齿轮及第二小锥齿轮分别为模数为0.2，齿数为14的锥形齿轮。
[0019]优选地，所述关节摆动臂、头关节及尾关节的横截面为圆形结构;所述关节摆动臂上，所述两个前支臂分别设置在关节摆动臂的一侧端面上的边缘位置上，且沿关节摆动臂的轴向延伸，在所述关节摆动臂的两个前支臂所在端面上远离所述前支臂的一侧倾斜延伸形成朝向边缘厚度逐渐变薄的楔形面。
[0020]所述两个后支臂分别设置在关节摆动臂的另一侧端面上的边缘位置上，且沿关节摆动臂的轴向延伸，在所述关节摆动臂的两个后支臂所在端面上远离所述前支臂的一侧倾斜延伸也形成朝向边缘厚度逐渐变薄的楔形面。
[0021 ]在所述头关节及尾关节上分别形成一个与对应楔形面相配合的退让楔形面。
[0022]优选地，所述主体模块的两端分别设有三个螺纹孔，在每一端上，以中间螺纹孔为基准，另外两个螺纹孔分别位于中间螺纹孔的两侧，且与中间螺纹孔的径向夹角分别为35°和45°;所述头关节及尾关节上分别设有与三个螺纹孔相对应配合的螺孔。
[0023]优选地，所述首主体模块及中间主体模块上分别设有第一驱动机构安装通孔，所述尾主体模块及中间主体模块上分别设有第二驱动机构安装通孔，所述每个中间主体模块上的第一驱动机构安装通孔与第二驱动机构安装通孔反向且平行设置，所述第一驱动机构安装通孔尾部及第二驱动机构安装通孔尾部分别设有内螺纹，第一驱动机构及第二驱动机构安装在对应的安装通孔内，尾部内螺纹与螺栓拧紧配合，螺栓顶紧对应的驱动机构。
[0024]优选地，所述主体模块上还设有一个中空内腔，所述每个驱动机构安装通孔内壁上设有连通所述通孔及所述中空内腔的出线孔，所述关节摆动臂、头关节及尾关节上也分别设有与主体模块上中空内腔相对应的空腔，所述每个驱动机构的电源线及控制线通过所述出线孔穿出到所述中空内腔，并穿过相应的其他主体模块的中空内腔与关节摆动臂、头关节及尾关节上的空腔与所述驱动控制模块电连接。
[0025]以上技术方案中，所述蛇形机器人通过驱动控制模块控制至少一关节摆动臂相对前一主体模块及后一个主体模块摆动，不但有效降低整个关节转向机构的复杂性，有效减小了安装难度，也有效避免了多级驱动带来的问题，有效减小传动误差，提高了传动精度；同时由于关节摆动臂与其相连接的前一主体模块的摆动方向与该关节摆动臂与其相连接的后一主体模块的摆动方向相互垂直，实现了蛇形机器人多自由的摆动。
【附图说明】
[0026]图1是本发明蛇形机器人的机构组成示意图；
[0027]图2是本发明蛇形机器人关节模块与主体模块的结构组成示意图；
[0028]图3是本发明蛇形机器人关节模块与驱动电机的结构组成示意图；
[0029]图4是本发明蛇形机器人关节模块中关节摆动臂的结构示意图；
[0030]图5是本发明蛇形机器人关节模块中头关节的结构示意图；
[0031 ]图6是本发明蛇形机器人关节模块中尾关节的结构示意图；
[0032]图7是本发明蛇形机器人主体模块的结构示意图。
【具体实施方式】
[0033]为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0034]结合图1、图2及图3所示，本发明的实施例提供一种蛇形机器人，包括多个主体模块100和关节模块200，还包括一个驱动控制模块(图中未示出)，每相邻的两个主体模块100通过一个关节模块200相连接。
[0035]所述关节模块200包括一关节摆动臂210，所述驱动控制模块用于驱动至少一关节摆动臂210相对与其相连接的前一主体模块100摆动，和/或驱动至少一关节摆动臂210相对与其相连接的后一主体模块100摆动。
[0036]所述关节摆动臂210与其相连接的前一主体模块100的摆动方向与该关节摆动臂210与其相连接的后一主体模块100的摆动方向相互垂直。这里假设一个关节摆动臂210与其相连接的前一主体模块100的摆动方向为上下摆动，那么该关节摆动臂210与其相连接的后一主体模块10的摆动方向即为左右摆动。本发明实施例所提供的蛇形机器人的每个关节模块都能够实现上下左右的摆动，从而可以实现蛇形机器人的多个主体模块100的多自由度的摆动。
[0037]进一步地，所述多个主体模块100包括首主体模块、尾主体模块及位于所述首主体模块和尾主体模块之间的至少一中间主体模块;这里定义首主体模块为蛇形机器人靠近驱动控制模块的一端上位于最外侧的一个主体模块。尾主体模块为蛇形机器人远离驱动控制模块的一端上位于最外侧的一个主体模块。
[0038]结合图3所示，所述首主体模块包括第一驱动机构101，所述尾主体模块包括第二驱动机构102，因中间主体模块100的两端分别设置了与之相连的关节模块，因此所述中间主体模块中同时设置了所述第一驱动机构101和所述第二驱动机构102，如果第一驱动机构101用来驱动该中间模块左侧的关节模块，那么第二驱动机构102就用来驱动该中间模块右侧的关节模块。所述驱动控制模块控制所述第一驱动机构101工作以驱动所述关节摆动臂210相对与其相连接的前一主体模块100摆动，和/或控制所述第二驱动机构102工作以驱动所述关节摆动臂210相对与其相连接的后一主体模块100摆动。
[0039]进一步地，为方便装配主体模块100之间的关节模块200，结合图2和图3所示，所述关节模块200包括一个与之相邻的前一个主体模块100固定连接的头关节230和一个与之相邻的后一个主体模块100固定连接的尾关节220，所述关节摆动臂210分别与所述头关节230和所述尾关节220转动连接。
[0040]本实施例中，所述第一驱动机构和第二驱动机构可以为现有技术的各种用作动力驱动的装置，如电机、马达、发动机等等。此处第一驱动机构及第二驱动机构优选为微型直流无刷伺服电机。
[0041]所述关节模块200还包括第一大锥齿轮203、第一大锥齿轮轴204、第一小锥齿轮202、第二大锥齿轮201、第二大锥齿轮轴206及第二小锥齿轮205。
[0042]所述头关节230设有与第一驱动机构101对应的第一轴承孔232，第一小锥齿轮202通过一轴承基座安装在所述第一轴承孔232中并固定套设在第一驱动机构的驱动轴上，第一驱动机构101通过所述驱动轴驱动第一小锥齿轮202转动。
[0043]所述尾关节220设有与第二驱动机构102对应的第二轴承孔222，第二小锥齿轮205通过一轴承基座安装在所述第二轴承孔222中并固定套设在第二驱动机构的驱动轴上，第二驱动机构102通过驱动轴驱动第二小锥齿轮205转动。
[0044]如图4所示，所述关节摆动臂210上设有两个前支臂211、213，所述头关节230上还设有两个与前支臂211、213相配合的头关节支臂231、234。所述前支臂和头关节支臂上都设有容纳所述第一大锥齿轮轴204的通孔，所述关节摆动臂210通过第一大锥齿轮轴204与所述头关节230转动连接。所述第一大锥齿轮203固定设置在所述第一大锥齿轮轴204上并与所述第一小锥齿轮202传动啮合，所述第一小锥齿轮202的动力传递给第一大锥齿轮203并带动关节摆动臂210相对头关节230摆动。
[0045]为了定位第一大锥齿轮203在第一大锥齿轮轴204上的位置，第一大锥齿轮的侧面并排设有两个顶丝孔，同样为了定位第一小锥齿轮202在对应驱动轴上的位置，第一小锥齿轮202的侧面也设有顶丝孔。
[0046]作为一种优选实施方案，结合图4及图5所示，所述头关节支臂231、234，与所述关节摆动臂210上的前支臂211、213相配合时，两个前支臂211、213分别位于并贴合在两个头关节支臂231、234的内侧，头关节支臂上设有用于安装第一大锥齿轮轴204的轴承基座，所述前支臂的其中一个支臂上211设有半圆孔，其中另一个支臂213上设有圆孔，所述第一大锥齿轮轴204与所述半圆孔相配合的地方设置为半圆轴。
[0047]本实施例中，用于安装定位第一大锥齿轮203的齿轮轴两端是轴承内径，中间一部分是半圆轴状的，另一部分是圆的阶梯轴，关节摆动臂210是通过第一大锥齿轮轴204与头关节230转动连接，所述头关节230先装配好用于安装第一大锥齿轮203的轴承和第一小锥齿轮202的轴承，第一小锥齿轮202先配合安装于相对应的轴承内且与与第一驱动机构101的驱动轴过渡配合并通过对应的顶丝固定相连接，然后安装第一大锥齿轮轴204穿过头关节支臂上的轴承、关节摆动臂210的一个支臂213，再穿过第一大锥齿轮203、关节摆动支臂210的另一个支臂211，并与头关节支臂上的另一个轴承配合。其中，轴承与轴承基座的配合都属于过渡配合，最后再用顶丝加固第一大锥齿轮203，因关节摆动臂210的前支臂的其中一个支臂211上设有半圆孔，所述第一大锥齿轮轴204与所述半圆孔相配合的地方设置为半圆轴，所以第一大椎齿轮轴204相对关节摆动臂210的前支臂不会转动，当第一大锥齿轮203转动时，会通过第一大锥齿轮轴204带动关节摆动臂210相对头关节230摆动。
[0048]进一步地，所述关节摆动臂210上还设有两个后支臂214、215，所述尾关节220上还设有两个与所述后支臂214、215相配合的尾关节支臂221、224，所述后支臂和尾关节支臂上也都设有容纳所述第二大锥齿轮轴206的通孔。所述关节摆动臂210通过第二大锥齿轮轴206与所述尾关节220转动连接，所述第二大锥齿轮201固定设置在所述第二大锥齿轮轴206上并与所述第二小锥齿轮205传动啮合，所述第二小锥齿轮205的动力传递给第二大锥齿轮201并带动关节摆动臂210相对尾关节220摆动。
[0049]同样，为了定位第二大锥齿轮201在第二大锥齿轮轴206上的位置，第二大锥齿轮201的侧面也并排设有两个顶丝孔，同样为了定位第二小锥齿轮205在对应驱动轴上的位置，第二小锥齿轮205的侧面也设有顶丝孔。
[0050]优选地，所述尾关节支臂221、224，与所述关节摆动臂210的后支臂214、215相配合时，两个后支臂214、215分别位于并贴合在两个尾关节支臂221、224的内侧，尾关节支臂上设有用于安装第二大锥齿轮轴206的轴承基座，所述后支臂的其中一个支臂215上设有半圆孔，其中另一个支臂214上设有圆孔，所述第二大锥齿轮轴206与所述半圆孔相配合的地方设置为半圆轴。
[0051 ]本实施例中，用于安装定位第二大锥齿轮201的第二大锥齿轮轴206两端是轴承内径，中间一部分是半圆轴状的，另一部分是圆的阶梯轴，关节摆动臂210的两个后支臂是通过第二大锥齿轮轴206与尾关节支臂221、224转动连接。所述尾关节220先装配好用于安装第二大锥齿轮201的轴承和第二小锥齿轮205的轴承，第二小锥齿轮205先配合安装于相对应的轴承内且与第二驱动机构102的驱动轴过渡配合并通过对应的顶丝固定相连接，然后安装第二大锥齿轮轴206穿过尾关节支臂上的轴承、关节摆动臂210的一个支臂214，再穿过第二大锥齿轮201、关节摆动支臂210的另一个后支臂215，并与尾关节支臂上的另一个轴承配合。其中，轴承与轴承基座的配合都属于过渡配合，最后再用顶丝加固第二大锥齿轮201。因关节摆动臂210的后支臂的其中一个支臂215上设有半圆孔，所述第二大锥齿轮轴206与所述半圆孔相配合的地方设置为半圆轴，所以第二大椎齿轮轴206相对关节摆动臂210的后支臂不会转动。当第二大锥齿轮201转动时，会通过第二大锥齿轮轴206带动关节摆动臂210相对尾关节220摆动。
[0052]结合图4所示，所述关节摆动臂210是左右两边偏心且正交的结构，所述关节摆动臂210的两个前支臂211、213上对应的半圆孔的圆心和圆孔的圆心的连线与两后支臂214、215上对应的半圆孔的圆心和圆孔的圆心的连线正交。所述两个前支臂的其中一个支臂211与另一个支臂213之间设有前退让槽212，所述两个后支臂的其中一个支臂214与另一个支臂215之间设有后退让槽216。设置退让槽的目的一方面可以避免大锥齿轮和小锥齿轮啮合传动过程的干涉问题，另一方面可以减轻关节摆动臂210的重量，减少耗材。
[0053]本实施例中所述关节摆动臂210、头关节230及尾关节220的横截面优选为为圆形结构，即关节摆动臂210，头关节230及尾关节220都为长度不等的圆柱体，这种圆形结构的柱体更符合蛇形机器人的仿生学原理。
[0054]在所述关节摆动臂210上，所述两个前支臂211、213分别设置在关节摆动臂210的一侧端面上的边缘位置上，且沿关节摆动臂210的轴向延伸。同时，在所述关节摆动臂210的两个前支臂211、213所在端面上远离所述前支臂的一侧倾斜延伸形成朝向边缘厚度逐渐变薄的楔形面217。
[0055]进一步地，结合图5所示，在所述头关节230上形成一个与该楔形面217相配合的退让楔形面235。由于设置楔形面217及退让楔形面235，有效增加了关节摆动臂210与头关节230之间的有效摆动角度。
[0056]同样地，所述两个后支臂214、215分别设置在关节摆动臂210的另一侧端面上的边缘位置上，且沿关节摆动臂210的轴向延伸。同时，在所述关节摆动臂的两个前支臂211、213所在端面上远离所述前支臂的一侧倾斜延伸也形成朝向边缘厚度逐渐变薄的楔形面。
[0057]进一步地，结合图6所示，在所述尾关节220上也形成一个与该楔形面相配合的退让楔形面225。这样设置也有效增加了关节摆动臂210与尾关节220之间的有效摆动角度。
[0058]本实施例中，考虑到蛇形机器人关节模块200的设计空间及齿轮的传动比，在实现精确传动，减小误差的同时，尽量保证关节模块200的结构紧凑性，优选地，所述第一大锥齿轮203及第二大锥齿轮201分别为模数为0.2，齿数为28的锥形齿轮;所述第一小锥齿轮202及第二小锥齿轮205分别为模数为0.2，齿数为14的锥形齿轮。因蛇形机器人各关节模块与主体模块之间的转动角度最大是300°，为了进一步减小各关节的轴向距离，进一步地把蛇形机器人做小做紧凑，所述第一大锥齿轮及第二大锥齿轮分别削去60°牙。
[0059]更进一步地，结合图5、图6及图7所示，所述主体模块100的两端分别设有三个螺纹孔103。在所述主体模块100的每一端上，以中间螺纹孔为基准，另外两个螺纹孔分别位于中间螺纹孔的两侧，且与中间螺纹孔的径向夹角分别为35°和45°。
[0060]所述头关节230及尾关节220上分别设有与上述三个螺纹孔相对应配合的螺孔。如在主体模块100的前端设有三个螺纹孔103，则在尾关节220上设有与之对应的螺孔223。同样，在主体模块100的后端上设有三个螺纹孔，则在头关节230上设有与其对应的螺孔233。所述头关节230及尾关节220分别通过螺栓固定连接在所述主体模块100上。
[0061]结合图7所示，所述首主体模块及中间主体模块上分别设有第一驱动机构安装通孔105，所述尾主体模块及中间主体模块上分别设有第二驱动机构安装通孔104，所述每个中间主体模块上的第一驱动机构安装通孔105与第二驱动机构安装通孔104反向且平行设置。所述第一驱动机构安装通孔105尾部及第二驱动机构安装通孔104尾部分别设有内螺纹。在所述首主体模块中，第一驱动机构直接装配在第一驱动机构安装通孔中，并与对应的小锥齿轮驱动连接。在所述尾主体模块中，第二驱动机构直接装配在第二驱动机构安装通孔中，并与对应的小锥齿轮驱动连接。在所述中间主体模块中，第一驱动机构101及第二驱动机构102平行且反向安装在对应的驱动机构安装通孔内且与对应的小锥齿轮驱动连接。所述每个驱动机构安装通孔尾部内螺纹与螺栓拧紧配合，螺栓顶紧对应的驱动机构。
[0062]第一驱动机构安装通孔105及第二驱动机构安装通孔104在主体模块100上偏心设计，第一驱动机构安装通孔105及第二驱动机构安装通孔104的截面分别位于每个中间主体模块100的同一半圆截面上。
[0063]所述主体模块100上还设有一个中空内腔106，优选地，所述中空内腔106的截面位于主体模块100的另一半圆截面上，所述每个驱动机构安装通孔内壁上设有连通所述安装通孔及所述中空内腔的出线孔。与此同时，所述关节摆动臂210、头关节230及尾关节220上也分别设有与主体模块100上中空内腔相对应的空腔。所述每个驱动机构的电源线及控制线通过所述出线孔穿出到所述中空内腔，并穿过相应的其他主体模块的中空内腔与关节摆动臂、头关节及尾关节上的空腔与所述驱动控制模块电连接。
[0064]本实施例所述的蛇形机器人的具体工作过程如下:
[0065]蛇形机器人通电工作，驱动控制模块控制所述反向且偏心安装于主体模块100内的第一驱动机构101及第二驱动机构102转动，第一驱动机构101带动安装在第一驱动机构的驱动轴上的第一小锥齿轮202转动，第一小锥齿轮202带动与之互相啮合的第一大锥齿轮203转动，进而带动关节摆动臂210相对于头关节230转动，实现关节模块200的上下摆动。
[0066]同样，第二驱动机构102带动安装在第二驱动机构102的驱动轴上的第二小锥齿轮205转动，第二小锥齿轮205带动与之互相啮合的第二大锥齿轮201转动，进而带动关节摆动臂210相对于尾关节220转动，实现关节模块200的左右摆动。
[0067]本实施例所述的蛇形机器人由多个相同的主体模块100和关节模块200相连组成，上位机编写好程序，运行程序，下位机就会自动响应，进而控制蛇形机器人主体模块100中的第一驱动机构101和第二驱动机构102转动，驱动机构转动就会通过齿轮啮合带动关节模块200实现上下左右摆动。多个驱动模块中的驱动机构转动就会带动多个关节模块实现上下左右摆动，这样就能够实现蛇形机器人多自由度的摆动。
[0068]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种蛇形机器人，其特征在于:所述蛇形机器人包括多个主体模块、多个关节模块及一驱动控制模块，每相邻的两个主体模块通过一关节模块相连接； 所述关节模块包括一关节摆动臂，所述驱动控制模块用于驱动至少一关节摆动臂相对与其相连接的前一主体模块摆动，和/或驱动至少一关节摆动臂相对与其相连接的后一主体模块摆动； 所述关节摆动臂与其相连接的前一主体模块的摆动方向与该关节摆动臂与其相连接的后一主体模块的摆动方向相互垂直。2.根据权利要求1所述的蛇形机器人，其特征在于:所述多个主体模块包括首主体模块、尾主体模块及位于所述首主体模块和尾主体模块之间的至少一中间主体模块； 所述首主体模块包括第一驱动机构，所述尾主体模块包括第二驱动机构，所述中间主体模块包括所述第一驱动机构和所述第二驱动机构，所述驱动控制模块控制所述第一驱动机构工作以驱动所述关节摆动臂相对与其相连接的前一主体模块摆动，和/或控制所述第二驱动机构工作以驱动所述关节摆动臂相对与其相连接的后一主体模块摆动。3.根据权利要求2所述的蛇形机器人，其特征在于:所述关节模块包括一个与其相邻前一个主体模块固定连接的头关节和与其相邻后一个主体模块固定连接的尾关节； 还包括第一小锥齿轮、第一大锥齿轮、第一大锥齿轮轴、第二小锥齿轮、第二大锥齿轮及第二大锥齿轮轴； 所述头关节设有与第一驱动机构对应的第一轴承孔，第一小锥齿轮通过轴承基座安装在所述第一轴承孔中并固定套设在第一驱动机构的驱动轴上； 所述尾关节设有与第二驱动机构对应的第二轴承孔，第二小锥齿轮通过轴承基座安装在所述第二轴承孔中并固定套设在第二驱动机构的驱动轴上； 所述关节摆动臂上设有两个前支臂，所述头关节上还设有两个与前支臂相配合的头关节支臂，所述前支臂和头关节支臂上都设有容纳所述第一大锥齿轮轴的通孔，所述关节摆动臂通过第一大锥齿轮轴与所述头关节转动连接，所述第一大锥齿轮固定设置在所述第一大锥齿轮轴上并与所述第一小锥齿轮传动啮合，所述第一小锥齿轮的动力传递给第一大锥齿轮并带动关节摆动臂相对头关节摆动； 所述关节摆动臂上还设有两个后支臂，所述尾关节上还设有两个与后支臂相配合的尾关节支臂，所述后支臂和尾关节支臂上也都设有容纳所述第二大锥齿轮轴的通孔，所述关节摆动臂通过第二大锥齿轮轴与所述尾关节转动连接，所述第二大锥齿轮固定设置在所述第二大锥齿轮轴上并与所述第二小锥齿轮传动啮合，所述第二小锥齿轮的动力传递给第二大锥齿轮并带动关节摆动臂相对尾关节摆动。4.根据权利要求3所述的蛇形机器人，其特征在于:所述头关节支臂与所述前支臂相配合时，两个前支臂分别位于并贴合在两个头关节支臂的内侧，头关节支臂上设有用于安装第一大锥齿轮轴的轴承基座，所述前支臂的其中一个支臂上设有半圆孔，其中另一个支臂上设有圆孔，所述第一大锥齿轮轴与所述半圆孔相配合的地方设置为半圆轴； 所述尾关节支臂与所述后支臂相配合时，两个后支臂分别位于并贴合在两个尾关节支臂的内侧，尾关节支臂上设有用于安装第二大锥齿轮轴的轴承基座，所述后支臂的其中一个支臂上也设有半圆孔，其中另一个支臂上设有圆孔，所述第二大锥齿轮轴与该半圆孔相配合的地方设置为半圆轴。5.根据权利要求4所述的蛇形机器人，其特征在于:在所述关节摆动臂上，所述两前支臂的半圆孔的圆心和圆孔的圆心的连线与两后支臂的半圆孔的圆心和圆孔的圆心的连线正交，所述两个前支臂之间及所述两个后支臂之间分别设有退让槽。6.根据权利要求5所述的蛇形机器人，其特征在于:所述第一大锥齿轮及第二大锥齿轮分别为模数为0.2，齿数为28，且削去60°牙的锥形齿轮，所述第一小锥齿轮及第二小锥齿轮分别为模数为0.2，齿数为14的锥形齿轮。7.根据权利要求6所述的蛇形机器人，其特征在于:所述关节摆动臂、头关节及尾关节的横截面为圆形结构； 所述关节摆动臂上，所述两个前支臂分别设置在关节摆动臂的一侧端面上的边缘位置上，且沿关节摆动臂的轴向延伸，在所述关节摆动臂的两个前支臂所在端面上远离所述前支臂的一侧倾斜延伸形成朝向边缘厚度逐渐变薄的楔形面； 所述两个后支臂分别设置在关节摆动臂的另一侧端面上的边缘位置上，且沿关节摆动臂的轴向延伸，在所述关节摆动臂的两个后支臂所在端面上远离所述前支臂的一侧倾斜延伸也形成朝向边缘厚度逐渐变薄的楔形面； 在所述头关节及尾关节上分别形成一个与对应楔形面相配合的退让楔形面。8.根据权利要求7所述的蛇形机器人，其特征在于:所述主体模块的两端分别设有三个螺纹孔，在每一端上，以中间螺纹孔为基准，另外两个螺纹孔分别位于中间螺纹孔的两侧，且与中间螺纹孔的径向夹角分别为35°和45° ; 所述头关节及尾关节上分别设有与三个螺纹孔相对应配合的螺孔。9.根据权利要求8所述的蛇形机器人，其特征在于:所述首主体模块及中间主体模块上分别设有第一驱动机构安装通孔，所述尾主体模块及中间主体模块上分别设有第二驱动机构安装通孔，所述每个中间主体模块上的第一驱动机构安装通孔与第二驱动机构安装通孔反向且平行设置，所述第一驱动机构安装通孔尾部及第二驱动机构安装通孔尾部分别设有内螺纹，第一驱动机构及第二驱动机构安装在对应的安装通孔内，尾部内螺纹与螺栓拧紧配合，螺栓顶紧对应的驱动机构。10.根据权利要求9所述的蛇形机器人，其特征在于:所述主体模块上还设有一个中空内腔，所述每个驱动机构安装通孔内壁上设有连通所述通孔及所述中空内腔的出线孔，所述关节摆动臂、头关节及尾关节上也分别设有与主体模块上中空内腔相对应的空腔，所述每个驱动机构的电源线及控制线通过所述出线孔穿出到所述中空内腔，并穿过相应的其他主体模块的中空内腔与关节摆动臂、头关节及尾关节上的空腔与所述驱动控制模块电连接。
【文档编号】B25J9/06GK106078717SQ201610533605
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年7月8日
【发明人】韩世鹏, 任岭雪, 李橡欣, 李栓, 贾静静, 陈果, 谢卿丞, 王磊
【申请人】深圳先进技术研究院