[发明专利]一种蛇形机器人六向内嵌独立伸缩式轮腿躯干模块

说明书

技术领域

本发明涉及机器人研究和工程领域，特别涉及一种多运动模式可分体蛇形机器人的六向内嵌独立伸缩式轮腿躯干模块。

背景技术

蛇形机器人具有以下优点：结构合理、控制灵活、性能可靠、可扩展性强、适应性强等。蛇形机器人由于其天生的多关节、多自由度，多冗余自由度，可以有多种运动模式，因而迎合了一些市场的需求。目前已有的蛇形机器人机构，大多针对于蛇形的传统运动形式进行设计，随着仿生技术的进步和结构设计的高度细化，世界上一些先进的蛇形机器人已经能够达到甚至超过自然界蛇的一些运动能力，但是与轮式运动相比，传统蛇形运动在一定程度上限制了蛇体的运动速度，与爬行方式相比，蛇形运动复杂地形环境下的运行能力也逊色很多。尤其是针对于现阶段蛇形机器人应用较广的灾害搜救领域，因为材料、结构、尺寸以及设计等原因，蛇形机器人的运动能力受到很大的限制，严重影响其搜救能力。在现有技术中，蛇形机器人的设计基本是将轮固定在蛇体外缘来辅助蛇形机器人的蜿蜒等传统运动，像东京工业大学的ACM-R5水陆两栖机器人，中科院沈阳自动化研究所设计的专利号为200820231889.4的水陆两栖蛇形机器人，中南大学学生设计的专利号为200920313939.8的一种多功能蛇形机器人都是固定轮设计。此前本发明相关发明人曾申请了一种可伸缩轮式蛇形机器人以及其电磁式伸缩轮机构的发明专利，专利申请号分别为201210564904.8和201210552679.6，所述两项专利申请主要是从电磁伸缩的角度对传统运动形式进行了突破，主要是从电磁伸缩的角度做出相关设计。本发明则从关节屈伸和舵机驱动的角度对蛇形机器人的运动模式进行了扩展和延伸。

发明内容

本发明的目的是针对当前的蛇形机器人运动形式的不足，提出一种多运动模式可分体蛇形机器人的六向内嵌独立伸缩式轮腿躯干模块，实现蜿蜒、蠕动、翻转、滑行、爬行等多种运动模式的融合，以期有效提升其运行速度，增强其地形适应能力，拓展其适用范围，同时减少对机器人外壳或者皮肤的不必要磨损，延长其使用寿命。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

本发明的蛇形机器人六向内嵌独立伸缩式轮腿躯干模块包括内槽壳、基座、舵机、旋杆、轮杆和被动轮。内槽壳和基座为圆柱形空腔，其中内槽壳为嵌套型槽壳，其圆周上均匀分布有六个基舵机限位槽和六个被动轮收纳槽，对应着基座上的基舵机限位孔和被动轮收纳孔，起到对基舵机限位和被动轮收纳的作用，而且能防止基座内腔受外界环境尘埃污染，同时其上有基座连接孔和关节部连接孔，分别与基座和关节部固定盘进行连接；基座外圆周上均匀分布着六个独立伸缩轮腿复合机构的安装槽，槽内部有基舵机限位孔和旋杆连接板嵌位槽，基座两侧均有螺纹连接孔，一侧与内槽壳连接并依靠相应的螺钉起到紧固基舵机的作用，另一侧则可连接关节部固定盘或者分体机构；独立伸缩轮腿复合机构整体安装于基座的槽内部，完全收纳时只有被动轮的一部分露出基座圆周起到辅助运动的作用，同时减少对基座的磨损，独立伸缩轮腿复合机构包括基舵机、关节舵机、旋杆、轮杆一、轮杆二和以及被动轮，它们彼此通过齿配位、螺钉、孔嵌套、定位销等方式连接在一起，通过舵机的转动形成轮腿复合的肢状结构，起到改变运动模式、伸缩变形的功能，其中基舵机安装在基座的限位孔中并通过基座与内槽壳的连接螺钉进行紧固定位，旋杆由基舵机提供动力，旋杆另一侧有关节舵机的安装定位板，依靠夹持和定位螺钉彼此固定，轮杆一侧与关节舵机相固定，另一侧安装被动轮。

进一步地，内槽壳和基座均为圆柱体空腔结构，彼此同心，能够紧密配合，依托基座连接紧固孔并由连接紧固螺钉固定连接，内槽壳圆周上均匀分布的六个基舵机限位槽和六个被动轮收纳槽分别与基座六个槽内安装的基舵机和被动轮一一对应。

进一步地，基舵机通过基座限位孔限位的同时通过内槽壳与基座的连接紧固螺钉进行固定。

进一步地，基座一侧内腔壁上均匀分布着三个分体连接孔，孔呈三角形，利于分体杆的旋入和旋出，可与相应的分体机构相配合；

进一步地，旋杆为Π形结构，开口一侧一边与基舵机的旋转轴齿配合连接，另一边与基座圆周槽内的配位轴光滑连接，不开口一侧利用舵机定位板和连接孔固定关节舵机。

进一步地，轮杆一、二均为L形机构，轮杆一L形一边通过齿配合与关节舵机连接，另一边通过筒形结构套住被动轮轮轴一端并用定位销固定轮轴，轮杆二L形一边通过限位孔与关节舵机加配的轴光滑连接，另一边也通过筒形结构依靠定位销固定被动轮轮轴另一端。