[实用新型]蛇形机器人的行走装置

说明书

蛇形机器人可以应用在很多不同的场合，例如在有辐射、有粉尘、有毒环境下执行侦查等任务，在空间狭小、通道蜿蜒、洞穴、管道、松软的地面等环境下顺利通行，在地震、塌方等自然灾害形成的复杂地域执行搜救等任务。在上述环境下执行任务需要可靠的行走装置。本实用新型提供的蛇形机器人的行走装置是通过在蛇形机器人的骨架表面包裹密封的、连续的仿生蛇表皮，仿生蛇表皮通过驱动装置相对骨架的轴向做相对运动，通过仿生蛇表皮与外界接触点的摩擦力给蛇形机器人提供沿骨架轴向的外力，从而实现蛇形机器人的运动。

技术领域

本实用新型涉及一种蛇形机器人，特别是蛇形机器人的行走装置。

背景技术

蛇形机器人研究开创了仿生机器人研究的新领域。由于蛇形机器人可以应用在很多不同的场合，适用于条件非常恶劣而又要求高可靠的环境，例如在有辐射、有粉尘、有毒环境下执行侦查、巡视等任务；在空间狭小、通道蜿蜒、洞穴、管道、松软的地面等环境下顺利通行；在地震、塌方等自然灾害形成的复杂地域执行搜救等任务；在战场上隐蔽执行情报搜集、侦查等任务。由于其广泛的应用前景，因此各国对蛇形机器人的研究十分重视。

上个世纪70年代，日本东京工业大学的Hirose研制了第一台蛇形机器人 ActiveCord；美国的G.Miller博士在1987年开始研制蛇形机器人，先后完成四代蛇形机器人的研制和完善；瑞典的Nilsson研制了PIRAIA蛇形机器人；另外法国的Bayraktaroglu、意大利的Poi、以色列等科研人员和研究机构也进行了各种蛇形机器人的研制和探讨，他们的研究成果已经应用到军事、民生等各个领域。

蛇形机器人的研究在我国起步比较晚，与国际水平差距比较大。但是近些年随着对蛇形机器人应用的需求不断攀升，国内从事蛇形机器人研究的力量在不断加强。例如哈尔滨工业大学、上海交通大学、国防科技大学、中科院沈阳自动化研究所等大学和研究机构也对蛇形机器人的研究投入了大量的人力物力，开展了卓有成效的研究并取得了一些成果。

在自然界中蛇可以在没有腿的情况下实现运动，它的主要运动方式有蜿蜒运动、直线运动、伸缩运动、侧向运动、蠕动等。为了实现这些运动，生物蛇是通过身体的变形以及腹部鳞片与地面的作用而产生的摩擦力为其运动提供外力。目前各类蛇形机器人的研究中为了模拟蛇的运动方式采用的行走方式主要有两大类：一是设计相应的关节连接结构，通过复杂的计算给各个关节连接机构发出指令，通过各个关节连接机构的扭转使蛇形机器人的蛇体产生变形，这个变形的过程中蛇体与地面产生摩擦力来实现蛇形机器人的运动；二是在蛇形机器人的相应部位安装滚轮替代腹部鳞片，以电机带动滚轮的转动，滚轮与地面产生摩擦力来实现蛇形机器人的运动。

利用关节连接机构的扭动实现蛇形机器人运动的方式可以完美地模拟蛇的运动模式，但是这种方式的代价是运算量大、控制复杂、运动效率低下。利用滚轮转动实现蛇形机器人运动的方式控制比较简单，但是这种行走方式的致命弱点是通过性比较差，对所处环境有最低的要求，一旦环境不满足最低的要求，蛇形机器人的可靠运动就得不到保障。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种蛇形机器人的行走装置，这种行走装置可以彻底摆脱通过蛇形机器人蛇体变形来实现行走的方式，避免计算量大、控制复杂、运动效率低等不利因素。同时，这种蛇形机器人的行走装置相比滚轮式的装置可以提高蛇形机器人的通过性。采用本实用新型提供的蛇形机器人的行走装置的蛇形机器人对环境的要求很低，理论上可以在任何环境下都可以实现可靠的行走。

这种蛇形机器人的行走装置有一个仿生蛇表皮(2)，在其内部包裹着管状蛇形骨架(1)，与驱动器(3)相连，其特征在于仿生蛇表皮(2)是由管状仿生蛇皮套的一端沿管状蛇形骨架(1)内腔穿入至管状蛇形骨架(1)一端并沿这一端的口沿外翻，沿着管状蛇形骨架(1)外表面包裹管状蛇形骨架(1)，将管状仿生蛇皮套的另一端沿管状蛇形骨架(1)的另一端的口沿外翻，将管状仿生蛇皮套的两端粘合形成密封的、连续的蛇形机器人的仿生蛇表皮(2)，仿生蛇表皮(2)将管状蛇形骨架(1)内外表面和端面全部包裹。