[实用新型]分布式控制智能机器蛇

说明书

技术领域

本实用新型属于机器人控制技术领域，具体涉及一种分布式控制智能机器蛇。

背景技术

机器蛇(Machine snake；Snake-machine)，又名蛇形机器人，是一种具有蛇类外观体态、能蜿蜒运动的仿生机器人。机器蛇非常适用于在地质勘探、水下侦察、地外探险、地震营救等复杂环境中工作，已被证明在军事、航天和民用领域具有巨大应用前景，

现有机器蛇的机身关节模块大多为单自由度，只能实现二维运动，不能实现三维运动。例如专利ZL200302280911.2和ZL200403238081.2中公开的机器蛇。从模仿蛇身体来设计机器人的角度来说，单自由度的关节模块不能体现出人类蛇的躯体，尤其是蛇身体的柔软特性，从而具有一定的使用局限性。

另外，现有的机器蛇还具有灵活性和扩展性非常有限的不足。

实用新型内容

针对现有技术存在的缺陷，本实用新型提供一种分布式控制智能机器蛇，采用具有垂直和水平两个方向的自由度的单元体串联组成蛇体，使蛇体具有向任何方向弯曲的能力，还具有设计简单、所使用的零部件少以及扩展性高的优点。

本实用新型采用的技术方案如下：

本实用新型提供一种分布式控制智能机器蛇，包括：蛇头和蛇体；所述蛇体由若干个结构完全相同的单元体串联组成；

每一个单元体具有水平和垂直两个方向的自由度，具体包括第一壳体(2)、第二壳体(3)、第一舵机(4)和第二舵机(5)；所述第一壳体和所述第二壳体结构相同，均包括支撑板、设置在所述支撑板左侧的水平舵机固定部和设置在所述支撑板右侧的垂直舵机固定部；将所述第一舵机(4)安装到第一壳体水平舵机固定部(21)，使所述第一舵机(4)呈水平方向布置；使第二壳体垂直舵机固定部(32)与第一壳体垂直舵机固定部(22)相向设置，所述第二舵机呈垂直方向布置，其一面被所述第一壳体垂直舵机固定部(22)固定，另一面被所述第二壳体垂直舵机固定部(32)固定；第二壳体水平舵机固定部(31)用于固定下一节单元体的水平布置的舵机。

优选的，在每一个单元体的第一壳体两侧分别安装一个从动轮，在每一个单元体的第二壳体的两侧分别安装一个从动轮。

优选的，还包括分布式结构的控制系统。

优选的，所述分布式结构的控制系统包括：主控制器和若干个从机控制器；所述主控制器与各个所述从机控制器之间采用CAN总线连接；所述主控制器安装在蛇头内部；在每一个单元体内部均安装一台从机控制器，所述从机控制器用于控制该单元体内正交方向设置的两个舵机动作。

优选的，所述主控制器和所述从机控制器均采用AVR-ATmega128处理器。

优选的，还包括：视觉传感器和听觉传感器；所述视觉传感器和所述听觉传感器安装在所述蛇头。

优选的，还包括：若干个避障传感器；在所述蛇头、每一个单元体的第一壳体和第二壳体分别安装一个所述避障传感器。

优选的，所述避障传感器为超声波阵列。

优选的，还包括上位机和遥控器；所述上位机与所述主控制器之间采用无线串口通讯的方式连接；所述遥控器与所述主控制器无线连接。

优选的，还包括供电电源系统；所述供电电源系统分别与所述主控制器和各个所述从机控制器连接。

本实用新型提供的分布式控制智能机器蛇具有以下优点：

(1)改进了现有机器蛇关节的机械结构，利用垂直和水平方向正交的关节拟合蛇类生物柔软的身体，每两个正交的关节组成一个单元体，使得机器蛇更容易模仿蛇体的复杂运动形式。

(2)在机器蛇每一个关节两侧安装从动轮，可以减少机器蛇运动中的摩擦阻力，实现蛇体的平稳游动，增强了机器蛇的灵活性和机动性。

(3)采用分布式主从控制结构，主控制器通过串口发出命令驱动下一级的各从机控制器，进而控制舵机的姿态，达到控制蛇形机器人运动方向和运动姿态的目的；从机控制器只是驱动本关节的运动，在机器蛇的整个运动中起辅助控制作用。采用分布式控制结构，具有连线少、可扩展性强、易于实现等优点。

(4)针对机器蛇的身体具有狭长的特点，因此在每个关节都安装有避障传感器，以实现有效地避障。

附图说明

图1为本实用新型提供的一个单元体的结构示意图；

图2为本实用新型提供的一个壳体的结构示意图；

图3为一个单元体的组装过程示意图；

图4为安装有四个从动轮的一个单元体的总装配示意图；

图5为智能机器蛇的电气系统结构图；