[发明专利]蛇形机器人的平坦路面行进姿态控制方法

说明书

技术领域

本发明专利属于特种机器人领域，具体涉及一种蛇形机器人。

背景技术

当前已有的蛇形机器人基本上都是由相互垂直的舵机组合，而形成一种正交万向结构的蛇形机器人，其运动形式基本上限于俯仰运动、蜿蜒运动两种运动或者两种运动的组合，如专利CN201320573824.9即提供了此种类型的蛇形机器人，但存在效率低，且消耗功率较大的缺陷。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的上述不足，基于新提出的一种蛇形机器人，提出其在平坦路面上快速易形，高效前行的姿态控制方式。相比之前的蛇形机器人及姿态控制方法，可以降低功耗，适应平整地面的高效率的行进。本发明的技术方案如下：

一种蛇形机器人的平坦路面行进姿态控制方法，所述的蛇形机器人包括4个一组的螺旋壳体(1)、在每个螺旋壳体(1)上设置有螺旋齿，位于中间的两个螺旋壳体(1)上的螺旋齿旋转方向相同，位于两侧的螺旋壳体(1)上的螺旋齿旋转方向与位于中间的两个螺旋壳体(1)上的螺旋齿旋转方向相反；

相邻的两个螺旋壳体(1)之间设置有全向关节，每个全向关节包括两个U型连杆(12)，两个舵机(4)，两个舵机支架(11)，两个舵机盘(2)。两个U型连杆(12)以相互垂直的方式通过配合孔固定连接；舵机(4)固定安装在舵机支架(11)上，舵机盘(2)固定安装在舵机的旋转轴上；U型连杆(12)的一端固定有舵机盘(2)，另一端设有一个轴孔，固定在舵机支架(11)底部的轴配合在所述轴孔中，舵机支架(11)能够绕U型连杆旋转，舵机(4)旋转轴旋转，使U型连杆(12)与舵机支架(11)产生相对旋转的运动，以上结构组成一个全向关节；

每个螺旋壳体(1)内部设置有中空轴(9)，中空轴(9)的端部通过中空连接轴(10)与舵机支架(11)相连；在中空轴(9)上固定有减速电机(7)，由减速电机(7)驱动的外齿轮(6)与固定在螺旋壳体(1)内壁上的内齿轮(8)相啮合；

上述的蛇形机器人的平坦路面行进姿态控制方法如下：

在两个舵机(4)的控制下使每对位于全向关节两侧的相邻的螺旋壳体(1)位于不同的水平面上并相互垂直，位于平行着地的两个螺旋壳体(1)上的螺旋齿的旋转方向相同，其他结构架在这两个螺旋壳体上面；固定在中空轴(9)的减速电机(7)上的外齿轮6与螺旋壳体(1)上的内齿轮8啮合，带动平行着地的两个螺旋壳体(1)旋转，最终两个平行着地的螺旋壳体(1)向前滚动，使整个蛇形机器人如小车一样在平坦的路面上行进。

本发明的姿态控制方法利用螺旋壳体和全向关节的融合，使旋转壳体与全向结构交互连接，便于可快速易形，实现在平坦路面车形高速前进。

附图说明

附图1是结构、控制、功能间关系说明。

附图2是蛇形机器人整体结构图。

附图3是壳体内外结构图。

附图4是全向关节方案图。

附图5是本发明的蛇形机器人的平坦路面行进姿态示意图。

附图中：1-螺旋壳体  2-舵机盘  3-螺旋齿(左旋)  4-舵机  5-螺旋齿(右旋)  6-外齿轮7-减速电机  8-内齿轮8  9-中空轴(走线、支撑)  10-中空连接轴  11-舵机支架  12-正交连接件

具体实施方式

图1直观展示了蛇形机器人的结构、功能、控制方式。控制器发出控制信号，控制关节和螺旋壳体进入不同的姿态和运动状态，使整条蛇形机器人实现多种形态和运动模式，从而在不同环境中高效率地运动。图1列出了控制关节使蛇形机器人产生的4种姿态，以适应4种典型的环境，另外通过姿态和运动的适当变换，实现攀爬楼梯、越障等更多功能。

整条蛇形机器人的关键部件是：舵机支架11上固定安装有舵机4，U型连杆12的一端固定有舵机盘2，舵机盘2固定在舵机4的旋转轴上，U型连杆12的另一端有一个轴孔，固定在舵机支架11底部的轴配合在所述轴孔中，舵机支架11可以绕U型连杆旋转，舵机4旋转轴旋转，使U型连杆12与舵机支架11产生相对旋转的运动，两个U型连杆12以相互垂直的方式通过配合孔固定连接，即正交方式固定连接，以上结构组成一个全向关节；减速电机7固定安装在中空轴9上，安装在减速电机7上的外齿轮6与螺旋壳体1上的内齿轮啮合8；中空轴9固定安装在中空连接轴10上，中空连接轴10与舵机支架固定连接；螺旋壳体1架在中空轴9上，螺旋壳体1可以绕中空轴9旋转，螺旋齿(左旋)3与螺旋齿(右旋)5附着在螺旋壳体1表面上。；螺旋壳体为4的倍数，并且螺旋壳体至少为4个。

在平坦的路面上，本发明的蛇形机器人的姿态如图5所示，全向关节在两个舵机4的控制下使每对位于全向关节两侧的相邻的螺旋壳体1位于不同的水平面上并相互垂直，平行着地的两个螺旋壳体1上的螺旋齿的旋转方向相同，其他结构架在这两个螺旋壳体上面。固定在中空轴9的减速电机7上的外齿轮6与螺旋壳体1上的内齿轮8啮合，带动平行着地的两个螺旋壳体1旋转，最终使其向前行进，这样就跟小车一样在平坦的路面上行进了。