一種模塊化可重構蛇形機器人的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于機械自動化工程領域，具體地說是一種模塊化可重構蛇形機器人，可應用在古墓、地下墓葬等環境。
【背景技術】
[0002]在我國考古界，長期以來對地下墓葬類封閉空間的探查，主要采用的是洛陽鏟。這種探查方式，是用洛陽鏟在探查區打出豎直的探洞，依據洛陽鏟帶出的泥土變化的特征，來判斷地下遺存的狀況。這種探查方法盡管簡便，其判斷依據卻是間接地帶有一定的隨機性，并無法準確判斷地下遺存的存在和分布。而且，當地下存在遺存時，洛陽鏟難免正好打在文物上，存在一定損害文物的風險。
[0003]考古人員如果要身入墓室，也是風險重重。古代墓葬年代久遠，尸體和其他物質的氧化腐敗，耗盡了其中的氧氣，同時也會生成一些有害的氣體，比如二氧化碳、硫化氫、二氧化硫、甲烷，按照古人的埋葬文化可能還會存在汞蒸汽。此外，由于地下潮濕、陰暗，可能還會存在一些微生物。無氧和上述氣體以及微生物的存在，對考古人員必然造成有害影響。
[0004]國外研究人員1993年首次在大金字塔內使用機器人進行探測。2002年9月，名為“金字塔漫游者”的機器人被用于埃及金字塔神秘石門考古探索任務，其長30cm，寬12cm，高度在11?28cm范圍內可調，配備超聲傳感器用來測量石塊厚度，并通過“透地雷達”裝置探測金子塔內部。2013年4月，考古學家為了探明墨西哥羽蛇神廟中一條隧道的奧妙，使用了一個名為“Tlaloc I1-TC”的機器人。這個機器人裝備有紅外線攝像裝置和激光掃描儀，能夠生成地下空間的3D圖像。
[0005]中國國家博物館于2008年研制出一種雙履帶式考古機器人，在西安龐留唐墓的搶救性發掘工作中，機器人成功從盜洞中進入墓穴內，將墓室內的圖像、溫度、濕度等信息傳回控制臺。該機器人也在西安延廉漢墓進行了測試試驗。國內同類機器人如果從探洞進入，就不能在墓室內移動探測。如何讓機器人既可從盜洞、探洞進入，又可以在進入墓室后進行移動探測，獲取古代墓葬內的環境信息，已經成了制約地下墓葬考古發掘的一個瓶頸。
【發明內容】
[0006]為了解決現有古墓探測機器人存在的上述問題，本發明的目的在于提供一種能夠在古墓、地下墓葬等環境下工作的模塊化可重構蛇形機器人。該蛇形機器人能夠在根據不同情況組合不同的模塊來獲取古墓、地下墓葬的溫、濕度、有害氣體和布局等環境信息。
[0007]本發明的目的是通過以下技術方案來實現的:
[0008]本發明包括通過連接模塊依次連接的可視模塊、溫度探測模塊、濕度探測模塊及氣體探測模塊，其中可視模塊、溫度探測模塊、濕度探測模塊及氣體探測模塊均包括標準模塊，所述標準模塊包括框架、履帶支架、履帶、履帶輪、履帶輪軸及履帶驅動機構，該框架周向均布有多個履帶支架，相鄰履帶支架之間設有至少一條履帶，所述履帶上連接有多個履帶輪，每個履帶輪的履帶輪軸轉動安裝在所述履帶支架上；所述履帶驅動機構安裝在框架內，驅動每條履帶中同一位置的履帶輪旋轉、進而帶動履帶；所述框架的兩端分別為與所述連接模塊相連接的快換接口板、連接模塊接口 ；所述可視模塊的標準模塊上設有可視攝像頭，所述溫度探測模塊的標準模塊上分別安裝有溫度數據采集轉換電路板及溫度探測頭，所述濕度探測模塊的標準模塊上分別安裝有濕度數據采集轉換電路板及濕度探測頭，所述氣體探測模塊的標準模塊上分別開有空氣進口、空氣出口，并在氣體探測模塊的標準模塊內設有氣體成分分析模塊；
[0009]其中:所述履帶支架端面呈“十”字形，其內側下方設有固定架，每個固定架的兩端分別與所述快換接口板及連接模塊接口相連，形成所述框架；所述履帶支架與固定架的長度相等，即為所述標準模塊的軸向長度；所述標準模塊為端面呈四邊形的框架結構，履帶支架及固定架各為四個，分別位于四邊形的四個角，所述標準模塊的每個面均設有兩條相互平行的履帶，每條履帶上連接相同數量的履帶輪，兩條履帶上相對應的履帶輪套設在同一履帶輪軸上；所述標準模塊每個面上的兩條履帶靠近快換接口板一端的履帶輪軸上均設有第一斜齒輪，每個面上第一斜齒輪位于各面兩條履帶之間，各面上的第一斜齒輪通過所述履帶驅動機構同步驅動旋轉，進而同步帶動各面上的履帶；
[0010]所述連接模塊接口為圓環狀結構件，其外圈沿圓周方向均布有四個沿徑向向外延伸的延伸部，所述標準模塊每個面上的兩條履帶靠近連接模塊接口一端的履帶輪軸分別與一個延伸部轉動連接，每個面上的延伸部位于各面兩條履帶之間；所述延伸部沿標準模塊軸向的長度小于所述標準模塊；所述連接模塊接口的內圈為圓柱形止口，端面沿圓周方向均布有多個用于連接的螺紋孔；
[0011]所述快換接口板為四邊形板狀結構件，中間開有圓孔，所述圓孔邊緣沿軸向向外延伸形成接口 ；所述快換接口板的四角分別開有用于與所述固定架連接的螺紋孔；
[0012]所述履帶驅動機構包括驅動電機、正交斜齒輪、斜齒輪軸及第二斜齒輪，該驅動電機安裝在所述框架內，所述正交斜齒輪連接于驅動電機的輸出軸，在該正交斜齒輪的圓周方向均布有數量與所述履帶支架相同的第二斜齒輪，每個第二斜齒輪的斜齒輪軸均轉動安裝在所述框架上；每個所述第二斜齒輪與相鄰兩履帶支架之間的履帶上的履帶輪傳動，通過所述驅動電機的驅動進行帶動履帶；
[0013]所述溫度探測模塊的溫度探測頭安裝在標準模塊的履帶支架上，位于所述框架的外面，探測外面環境溫度；所述溫度數據采集轉換電路板安裝在框架內部，并分別與外部線路和溫度探測頭相連，將溫度探測頭采集到的信息轉換成數字信號上傳到外部線路上；
[0014]所述濕度探測模塊的溫度探測頭安裝在標準模塊的履帶支架上，位于所述框架的外面，探測外面環境濕度；所述濕度數據采集轉換電路板安裝在框架內部，并分別與外部線路和濕度探測頭相連，將濕度探測頭采集到的信息轉換成數字信號上傳到外部線路上；
[0015]所述氣體探測模塊的空氣進口、空氣出口分別安裝在標準模塊的履帶支架上，位于所述框架的外面，采集或排放空氣；所述氣體成分分析模塊安裝在框架內部，并分別與外部線路和空氣進口、空氣出口相連，將氣體成分的分析信息轉換成數字信號上傳到外部線路上;
[0016]所述連接模塊包括橡膠套外殼、支撐側板、舵機、快換法蘭、“L”形板、齒輪傳動機構及具有彈性的橡膠套，該橡膠套外殼內壁上對稱固定有兩個支撐側板，所述舵機為兩個、均容置于所述橡膠套外殼內，并分別與所述支撐側板相連；所述“L”形板的一端通過所述齒輪傳動機構與兩個舵機的輸出軸連接，另一端連接有所述快換法蘭上；所述橡膠套套在橡膠套外殼上，一端連接于橡膠套外殼上，另一端連接于所述快換法蘭；所述橡膠套外殼露在橡膠套外部的部分與所述標準模塊的連接模塊接口相連接，所述快換法蘭與所述標準模塊的快換接口板相連接。
[0017]本發明的優點與積極效果為:
[0018]1.本發明基于可重構的模塊化設計理念，針對不同的探測環境組裝不同的勘測模塊，通過探洞并進入墓室查探。機器人具有較強的越障能力，能夠長時間、大范圍的探查墓穴內的環境、布局以及葬品；機器人同時能夠對墓室內的溫度、濕度以及有毒有害氣體進行檢測，防止科考人員直接進入墓室造成古物及人員的傷害。
[0019]2.本發明的環境適應性較強，具有主、被動驅動能力，本發明模擬生物蛇的爬行動作除了能夠適應地下墓室的平整土質地面外還能夠適應水泥、理石和等路面，通過模仿蛇類運動靠地面摩擦力的推動實現模塊化可重構蛇形機器人的被動前進、后退運動；通過模塊化可重構蛇形機器人標準模塊上的驅動電機則能夠實現機器人的主動前進、后退運動，還具有越障能力。
[0020]3.本發明結構緊湊、重量輕，能夠很好的完成地下墓穴的探測任務。
【附圖說明】
[0021]圖1為本發明的立體結構示意圖；
[0022]圖2為本發明可視模塊的結構示意圖；
[0023]圖3為本發明標準模塊的結構示意圖；
[0024]圖4為本發明標準模塊中履帶驅動機構的結構示意圖；
[0025]圖5為本發明溫度探測模塊的結構示意圖；
[0026]圖6為本發明濕度探測模塊的結構示意圖；
[0027]圖7