一種蛇形爬網機器人及其爬網方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及仿生機器人領域，特別涉及一種仿生蛇形機器人。
【背景技術】
[0002]蛇形機器人是一種模仿蛇的運動機理和行為方法研制出的機器人，由于其環境適應性強、運動靈活性好、結構易模塊化、適應范圍廣，具有很大的研宄價值和應用前景。
[0003]如中國專利CN201410663548.4所公開的一種蛇形機器人，由若干單元模塊首尾相連組合而成，單元模塊包括雙電機驅動舵機1、模塊骨架2及鱗片機構，所述雙電機驅動舵機I內包含兩個相同的電機，且兩個電機的電機軸平行設置，模塊骨架2 —側固定安裝有兩條第一舵機連接臂3，另一側固定安裝有兩條第二舵機連接臂4，兩條第一舵機連接臂3與雙電機驅動舵機I的電機的電機軸相連接，所述鱗片機構包括鱗片張合電機5、絲杠6、絲母7、導引盤8、鱗片9及連桿10，鱗片9的根部鉸接在模塊骨架2上，所述連桿10 —端鉸接在鱗片9的中部，連桿10另一端鉸接在導引盤8上。在需要蛇形機器人爬行前進時，調整鱗片張合電機5，使鱗片9張開，此時鱗片9的尖部與地面接觸，由于受到鱗片摩擦各向異性作用，兩端單元模塊受到的摩擦力不同，其中受到摩擦力大的模塊基本保持不動，受到摩擦力小的模塊向前推進，進而實現爬行前進。上述蛇形機器人通過鱗片與地面的摩擦作用，使蛇形機器人進行爬行。然而這種方法需要鱗片與地面的摩擦力大，則電機的功耗大，并且鱗片長期與地面存在較大的摩擦，導致鱗片容易損壞，耐久度降低。同時，上述利用摩擦方法實現爬行的蛇形機器人只能用于地面，而無法應用于網格。
[0004]關于實現爬網的機器人，目前國內外相關文獻記載很少，只有日本大阪大學研制的一款名為ASTERISK的六足機器人，文獻“全方位倒掛爬網肢體機器人，，(“Omn1-direct1nal Gait of Limb Mechanism Robot Hanging from Grid-LikeStructure”) 2006年IEEE/RSJ智能機器人與系統國際會議，pp.1732-1737，2006，記載該六足機器人可以在倒掛的網格上爬行，但其自由度太高，控制難度大，不適合在戶外復雜環境中執行任務。
[0005]因此，有必要設計一種可靠的爬網機器人。
【發明內容】
[0006]針對現有技術存在的問題，本發明提供一種可靠、方便爬網的蛇形爬網機器人及其爬網方法。
[0007]為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案:
[0008]一種蛇形爬網機器人，包括多個單元模塊，所述單元模塊之間通過萬向節驅動單元相串聯，每一所述單元模塊具有雙電機驅動舵機及位于所述雙電機驅動舵機兩側的鱗片機構，所述雙電機驅動舵機內包含兩個相同的電機，且兩個所述電機的電機軸平行設置，每一所述鱗片機構內包括驅動電機，與所述驅動電機的輸出軸固定的中心齒輪，所述中心齒輪的外周設有三個行星輪與所述中心齒輪相嚙合，所述行星輪的外側設有齒圈，所述齒圈具有內齒和外齒，所述內齒與所述行星輪相嚙合，所述外齒與多個傳動齒輪相嚙合，所述傳動齒輪分布于所述齒圈的外周，每一所述傳動齒輪固定于一蝸桿上，所述蝸桿與蝸輪相互配合，所述蝸輪上固定有鱗片。
[0009]進一步，所述萬向節驅動單元包括兩個大力矩驅動電機以及萬向節連接件，兩個所述大力矩驅動電機通過所述萬向節連接件以相互正交的方法連接。
[0010]進一步，相鄰的所述單元模塊之間連接有電源盒。
[0011]進一步，所述鱗片機構的兩端設有支撐圓盤，一端的所述支撐圓盤延伸有第一連接臂連接于所述雙電機驅動舵機，另一端的所述支撐圓盤延伸有第二連接臂連接于所述萬向節驅動單元，所述第一連接臂與所述第二連接臂在圓周方向上相差90度。
[0012]進一步，兩端的所述支撐圓盤之間設有多個支撐金屬桿，所述鱗片機構安裝于所述金屬圓盤之間。
[0013]進一步，所述鱗片機構的外側設有保護外殼。
[0014]進一步，所述傳動齒輪設有八個，沿所述齒圈圓周均勻分布，對應的，所述蝸桿、所述蝸輪及所述鱗片均設有八個，沿圓周均勻分布。
[0015]采用上述蛇形爬網機器人的爬網方法，包括:
[0016]a.定義相鄰的所述單元模塊為首部單元模塊和尾部單元模塊，控制所述首部單元模塊內的兩個所述鱗片機構內的所述驅動電機以相反的方向轉動，帶動所述中心齒輪繞相反的方向轉動，進而帶動兩個所述鱗片機構中的所述鱗片背向彼此轉動，使所述鱗片張開；
[0017]b.驅動所述首部單元模塊內的所述雙電機驅動舵機內的兩個電機的電機軸以相反的方向轉動，使兩個所述鱗片機構朝向彼此移動；
[0018]c.使步驟a中的所述驅動電機反轉，帶動所述鱗片朝向彼此轉動，扣緊網格；
[0019]d.控制所述萬向節驅動單元，使所述尾部單元模塊移動到一定位置，再控制所述尾部單元模塊重復步驟a至步驟c ;
[0020]e.控制所述首部單元模塊和所述尾部單元模塊輪流重復步驟a至步驟d，實現爬網。
[0021]進一步，所述首部單元模塊或所述尾部單元模塊上設有檢修件，當所述蛇形爬網機器人在網格上檢修時，所述首部單元模塊或所述尾部單元模塊其中之一個緊扣住所述網格，另一個進行檢修操作。
[0022]本發明的有益效果:
[0023]利用驅動電機驅動中心齒輪轉動，進而將驅動電機的動力傳遞給中心齒輪，行星輪，齒圈，傳動齒輪，蝸桿及蝸輪，進而使蝸輪上的鱗片繞一定角度轉動，從而實現對網格的扣緊和松開，且利用雙電機驅動舵機使相鄰鱗片機構彼此靠近，從而使鱗片固定于網格上，再通過萬向節驅動單元控制單元模塊在網格上移動，實現蛇形爬網機器人的爬網。采用上述方法使鱗片抓住網格，可靠度高，且單元模塊既可用于攀爬，又可充當機械手，執行檢修任務，上述爬行步態通過控制各個電機就可完成，且單元模塊之間只進行前后移動，自由度相對較少，易于控制。
【附圖說明】
[0024]圖1為本發明蛇形爬網機器人的整體結構示意圖；
[0025]圖2為本發明蛇形爬網機器人中單元模塊中鱗片機構的結構示意圖；
[0026]圖3為圖2的俯視圖；
[0027]首部單元模塊10 雙電機驅動舵機I 鱗片機構2驅動電機21
[0028]中心齒輪22行星輪23齒圈24內齒241
[0029]外齒242傳動齒輪25蝸桿26蝸輪27
[0030]鱗片28支撐圓盤3第一連接臂31 第二連接臂32
[0031]支撐金屬桿4保護外殼5尾部單元模塊20 萬向節驅動單元30
[0032]大力矩驅動電機301萬向節連接件302電源盒40
[0033]具體實施方法
[0034]下面結合附圖和具體實施例對本發明做進一步的詳細說明。
[0035]如圖1至圖3所示，本發明蛇形爬網機器人包括多個單元模塊，單元模塊之間通過萬向節驅動單元30相串聯，即多個單元模塊首尾相連。在本實施例中，所述單元模塊具有兩個，分別定義為首部單元模塊10和尾部單元模塊20，首部單元模塊10與尾部單元模塊20的結構相同。首部單元模塊10和尾部單元模塊20之間設有電源盒40，以及連接電源盒40與單元模塊的萬向節驅動單元30，該萬向節驅動單元30包括兩個大力矩驅動電機301以及萬向節連接件302，兩個大力矩驅動電機301通過萬向節連接件302以相互正交的方法剛性連接。通過萬向節驅動單元30的驅動作用，可使單元模塊在一定角度范圍內任意移動。
[0036]每個單元模塊包括雙電機驅動舵機I，兩個鱗片機構2分別位于雙電機驅動舵機I的兩側。雙電機驅動舵機I內包含兩個相同的電機，且兩個電機的電機軸平行設置。每個鱗片機構2的兩端分別設有支撐圓盤3，一端的支撐圓盤3安裝有第一連接臂31連接于雙電機驅動舵機I，另一端的支撐圓盤3安裝有第二連接臂32連接于萬向節驅動單元30，第一連接臂31與第二連接臂32分別相對于支撐圓盤3中