[发明专利]一种可实现无轮式与有轮式交互的蛇形机器人

说明书

一种可实现无轮式与有轮式交互的蛇形机器人，属于机器人技术领域。本发明是为了解决现有的蛇形机器人无法实现无轮式与有轮式的交互运动模式，导致蛇形机器人的避障能力或者执行任务效率低下的问题。本发明中蛇头模块、供能模块、蛇身模块和蛇尾模块顺次连接；蛇身模块的两侧侧壁上分别对称安装若干个被动轮伸缩模块，实现蛇形机器人有轮模式与无轮模式的切换；每个被动轮伸缩模块包括驱动机构、三连杆机构和从动轮；驱动机构的连接端铰连接在蛇身模块的侧壁上，驱动机构的驱动端与三连杆机构的一端铰连接，三连杆机构的另一端与从动轮铰连接；驱动机构通过驱动三连杆机构的弯折与伸直实现从动轮的上抬与下放。本发明主要用于复杂环境的作业。

技术领域

本发明属于机器人技术领域，尤其涉及一种可实现无轮式与有轮式交互的蛇形机器人。

背景技术

蛇形机器人是一类特殊的移动机器人，它身体细长使其能够进入到狭窄空间和狭长管道中，并且灵活度高，有着超冗余自由度，运动形式多样，可以适应各种不同的复杂环境。蛇形机器人的这些特点使其在水陆侦察救援、管道巡检、太空装配和复杂环境作业等领域有着广阔的应用前景，越来越受到高校和研究机构的关注。

现有的蛇形机器人分为无轮蛇形机器人和有轮蛇形机器人，由于蛇形机器人靠与地面之间的摩擦力呈蜿蜒运动，无轮状态的蛇形机器人虽然结构简单、体积小，适合穿越狭窄空间；但在向前运动时与地面之间的摩擦力大，能量损耗大，不满足机器人在蜿蜒运动时摩擦力的各向异性条件，无法实现蜿蜒运动。有轮状态的蛇形机器人，从动轮虽然可以减小机器蛇蜿蜒运动中的摩擦阻力，实现了蛇体的平稳游动，增强了蛇形机器人的灵活性和机动性，满足了机器人在蜿蜒运动时摩擦力的各向异性条件(无侧滑约束)，但是有轮蛇形机器人体积较大、重心高，在不平坦的地面上运动时容易侧翻。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是：现有的蛇形机器人无法实现无轮式与有轮式的交互运动模式，导致蛇形机器人无法适应多种复杂环境；进而提供一种可实现无轮式与有轮式交互的蛇形机器人。

本发明为解决上述技术问题采用的技术方案是：

一种可实现无轮式与有轮式交互的蛇形机器人，它包括蛇头模块、供能模块、蛇身模块、多个被动轮伸缩模块和蛇尾模块；所述的蛇头模块、供能模块、蛇身模块和蛇尾模块顺次连接形成无轮式蛇形机器人；蛇身模块的两侧侧壁上分别对称安装若干个被动轮伸缩模块，实现蛇形机器人有轮模式与无轮模式的切换；

每个被动轮伸缩模块包括驱动机构、三连杆机构和从动轮；所述驱动机构的连接端铰连接在蛇身模块的侧壁上，驱动机构的驱动端与三连杆机构的一端铰连接，三连杆机构的另一端与从动轮铰连接；所述的驱动机构通过驱动三连杆机构的弯折与伸直实现从动轮的上抬与下放。

进一步的，所述的三连杆机构包括连杆一、连杆二与连杆三，连杆一的一端铰连接在蛇身模块的侧壁上，连杆一的另一端与连杆二的一端铰连接，连杆二的另一端与连杆三的中间位置铰连接，连杆三的顶端铰连接在蛇身模块的侧壁上，连杆三的底端与从动轮铰连接；驱动机构的驱动端铰连接在连杆一的中间位置上，以实现连杆一与连杆二之间的弯折与伸直。

进一步的，所述的驱动机构为记忆合金弹簧，记忆合金弹簧的一端连接在蛇身模块的侧壁上，记忆合金弹簧的另一端连接在连杆一的中间位置上。

进一步的，所述的蛇头模块包括控制板、深度相机、蛇头底座和蛇头上盖；所述的蛇头上盖与蛇头底座上下相对设置并形成蛇头空腔，所述的控制板处于蛇头空腔内；所述的深度相机固定安装在蛇头底座的前端。

进一步的，所述的供能模块包括电池、供能舱底座、供能舱上盖、偏航舵机和两块舵机固定板Ⅰ，所述的供能舱上盖与供能舱底座上下相对设置并形成电池安装舱；所述的电池安装在电池安装舱内，并给深度相机和控制板供电；所述的两块舵机固定板Ⅰ左右相对安装在供能舱底座的一端，偏航舵机的机身安装在两块舵机固定板Ⅰ之间；所述的供能模块与蛇头模块远离深度相机的一端进行连接，所述蛇身模块的一端与供能模块的偏航舵机的输出端相连接。