[发明专利]一种多体节蛇形机器人的体节单元

说明书

技术领域

本发明属于机器人领域，特别是一种多关节蛇形机器人的体节设计方法。

背景技术

蛇形机器人是一种新兴的特种机器人，它在结构上是一种类似蛇的多体节重复结构，具有体节多，自由度高度冗余的特点。从自然界蛇的分布来看，海洋，沙漠，等等极端地形都有分布，它可以适应各种不同地形，具有地形适应性强的特点，这对提高机器人的运动能力很有帮助。

西安电子科技大学申请号为201310240421.7的发明专利公开了一种《可闭环控制的多功能水中蛇形机器人》，其蛇形机器人包括蛇头、蛇身、蛇尾，蛇身由多个体节构成，每个体节控制两个方向的自由度，每个体节又由两小节组成，每个小节各控制一个自由度。由于该蛇形机器人一个体节的两个小节各控制一个自由度，导致其单个体节过长，机器人转动半径过大，运动不灵活。

中科院沈阳自动化研究所申请号为20071015828.2的发明专利公开了《一种水路两栖蛇形机器人关节模块》，其蛇形机器人关节模块包括:舵机、连接板、扭转板、差动驱动结构，整体安装在外壳内，通过两个伞齿轮的同步和差动带动第三个伞齿轮，来实现两个自由度方向上的运动，这个结构使用了多个伞齿轮，加工复杂、成本高、安装精度要求严格。

发明内容

本发明的目的是针对背景技术的不足改进设计了一种多体节蛇形机器人的体节单元，达到在蛇形机器人组装过程中简便、易操作、成本低、便于维修的目的。

本发明的技术方案是动力模块(2)内设置有两个舵机，两舵机的输出轴相互垂直，通过电源(4)为舵机供电；连接头(1)包括环形的连接头本体和分别设置于连接头本体两侧的两组连接臂，连接头(1)通过一组连接臂组与动力模块(2)的一个输出轴连接；另一输出轴与后一个体节的空余连接臂组连接，由此实现发明目的。因而本发明一种多体节蛇形机器人的体节单元包括:动力模块、连接头、电路板及电源，其特征在于动力模块内部含有主、副两个舵机，其输出轴相互垂直；连接头包括连接头本体、前连接臂组及后连接臂组，其中连接头本体为环状结构，前、后连接臂组分别设置于连接头本体两侧，每组包含两个连接臂，一对后连接臂分别设置于连接头本体左右两侧，一对前连接臂分别设置于连接头本体上下两侧，设置于下方的前连接臂与连接头本体接触位置设有用于前后滑动的滚珠轴承；连接头的后连接臂组与动力模块副舵机连接，电源通过电路板为主、副舵机供电。

动力模块包括主、副舵机，主、副安装板，L形支架，其中主舵机设置于主安装板上，其输出轴与主安装板垂直；副舵机设置于副安装板上，其输出轴与副安装板垂直；主、副安装板固定在一起形成L形结构，再同L形支架固定形成环状结构。

主舵机通过齿轮在主安装板外侧将其输出轴向副舵机一侧平移至与副舵机输出轴位于同一平面。

电路板包括电源电路和控制电路，电源电路将电源电压分为5V和3.3V两路，5V为主、副舵机供电，3.3V为控制电路供电，控制电路控制主、副舵机的开、关及转角。

本发明一种多体节蛇形机器人的体节单元通过在动力模块内设置有两个舵机，两舵机的输出轴相互垂直，通过电源为舵机供电；连接头包括环形的连接头本体、分别设置于连接头本体两侧的两组连接臂，连接头通过一组连接臂组与动力模块的一个输出轴连接；后一个体节的空余连接臂组与本体节的动力模块另一输出轴连接，从而具有在蛇形机器人组装过程中简便、易操作、成本低、便于维修的效果。

说明书附图

图1为本发明一种多体节蛇形机器人的体节单元结构图；

图2为本发明动力模块爆炸图示意图；

图3为本发明连接头结构图；

图4为本发明相邻体节连接示意图。

图中：1.连接头，1-1后连接臂组，1-2.连接头本体，1-3.滚珠轴承，1-4.前连接臂组，2.动力模块，2-1.副舵机，2-2.副安装板，2-3.副舵盘，2-4.主舵机，2-5.主安装板，2-6.主舵盘，3.电路板，4.电源。

具体实施方式

本发明一种多体节蛇形机器人的体节单元包括:动力模块、连接头、电路板及电源，其特征在于动力模块包括主、副舵机，采用辉盛的MG995，13kg，主、副安装板，材料为铝合金,厚度为2.5mm，L形支架，材料为铝合金,厚度为2.5mm，其中主舵机设置于主安装板上，其输出轴与主安装板垂直；副舵机设置于副安装板上，其输出轴与副安装板垂直；主、副安装板固定在一起形成L形结构，再同L形支架固定形成环状结构，主舵机通过齿轮在主安装板外侧将其输出轴向副舵机一侧平移一段距离。连接头包括连接头本体、前连接臂组及后连接臂组，其中连接头本体，材料为铝合金，高度为10mm,厚度为2.5mm,边长为86mm的圆角正方形筒状结构,前、后连接臂组分别设置于连接头本体两侧，每组包含两个连接臂，一对后连接臂分别设置于连接头本体左右两侧，一对前连接臂分别设置于连接头本体上下两侧，设置于下方的前连接臂与连接头本体接触位置设有型号为MR83ZZ的滚珠轴承减小平行体节方向上的摩擦力，所有连接臂的材料均为铝合金，长68mm，宽30mm，厚度为2.5mm，与舵机连接孔的圆心距连接头本体56mm，带滚珠轴承的连接臂长68mm，宽30，厚度为2.5mm；连接头后连接臂组与动力模块副舵机连接，电源通过电路板为主、副舵机供电，电路板包括电源电路和控制电路，电源电路将电源电压分为5V和3.3V两路，5V为主、副舵机供电，3.3V为控制电路供电，控制电路控制主、副舵机的开、关和转角。