一種蛇形機器人的制作方法
【專利摘要】一種蛇形機器人，包括多個主體模塊、多個關節模塊及一驅動控制模塊，每相鄰的兩個主體模塊通過一關節模塊相連接；所述關節模塊包括一關節擺動臂，所述驅動控制模塊用于驅動至少一關節擺動臂相對與其相連接的前一主體模塊擺動，和/或驅動至少一關節擺動臂相對與其相連接的后一主體模塊擺動；所述關節擺動臂與其相連接的前一主體模塊的擺動方向與該關節擺動臂與其相連接的后一主體模塊的擺動方向相互垂直。本方案有效降低整個關節轉向機構的復雜性，同時提高了傳動精度。
【專利說明】
一種蛇形機器人
技術領域
[0001 ]本發明涉及機器人領域，尤其涉及一種蛇形機器人。
【背景技術】
[0002]仿生蛇形機器人，以其具有模塊化設計、多自由度、高冗余度、高柔性以及細小身軀出色的環境適應能力，已經成為了機器人領域研究的熱點，其中關節轉向機構是蛇形機構的一大關鍵點，轉向關節起到連接兩個軀體單元并輸出運動的作用。關節轉向機構設計合理與否，直接決定了機器人的運動性能。蛇形機器人所用的關節轉向機構，應具有可變角度大、力學性能優良、運動精確等特點。
[0003]現在大部分所用的蛇形關節轉向機構結構復雜、零件加工難度大、安裝復雜、傳動精度低、可維護性差。
[0004]公開號為CN103909520A的發明專利公開了一種具有蠕動和擺動功能的蛇形機器人，該蛇形機器人的關節模塊內第一齒輪傳動機構包括第一直齒齒輪、與第一直齒齒輪相嚙合的第二直齒齒輪、與第二直齒齒輪套置在同一轉軸上的第三直齒齒輪、與第三直齒齒輪嚙合的第四直齒齒輪、與第四直齒齒輪套置在同一轉軸上的第一螺旋齒輪以及套置在擺動軸上的第二螺旋齒輪，這樣多的不同大小的齒輪無疑增加了制造難度和機構體積質量，更重要的增加了安裝難度，積累了傳動誤差，造成傳動精度降低。
【發明內容】
[0005]本發明旨在解決現有技術中蛇形機器人關節轉向結構復雜，安裝復雜及傳動精度低的技術問題，提供一種關節轉向結構簡單，安裝簡單及傳動精度高的蛇形機器人。
[0006]本發明的實施例提供一種蛇形機器人，所述蛇形機器人包括多個主體模塊、多個關節模塊及一驅動控制模塊，每相鄰的兩個主體模塊通過一關節模塊相連接。
[0007]所述關節模塊包括一關節擺動臂，所述驅動控制模塊用于驅動至少一關節擺動臂相對與其相連接的前一主體模塊擺動，和/或驅動至少一關節擺動臂相對與其相連接的后一主體模塊擺動。
[0008]所述關節擺動臂與其相連接的前一主體模塊的擺動方向與該關節擺動臂與其相連接的后一主體模塊的擺動方向相互垂直。
[0009]優選地，所述多個主體模塊包括首主體模塊、尾主體模塊及位于所述首主體模塊和尾主體模塊之間的至少一中間主體模塊。
[0010]所述首主體模塊包括第一驅動機構，所述尾主體模塊包括第二驅動機構，所述中間主體模塊包括所述第一驅動機構和所述第二驅動機構，所述驅動控制模塊控制所述第一驅動機構工作以驅動所述關節擺動臂相對與其相連接的前一主體模塊擺動，和/或控制所述第二驅動機構工作以驅動所述關節擺動臂相對與其相連接的后一主體模塊擺動。
[0011]優選地，所述關節模塊包括一個與其相鄰前一個主體模塊固定連接的頭關節和與其相鄰后一個主體模塊固定連接的尾關節;還包括第一小錐齒輪、第一大錐齒輪、第一大錐齒輪軸、第二小錐齒輪、第二大錐齒輪及第二大錐齒輪軸。
[0012]所述頭關節設有與第一驅動機構對應的第一軸承孔，第一小錐齒輪通過軸承基座安裝在所述第一軸承孔中并固定套設在第一驅動機構的驅動軸上;所述尾關節設有與第二驅動機構對應的第二軸承孔，第二小錐齒輪通過軸承基座安裝在所述第二軸承孔中并固定套設在第二驅動機構的驅動軸上。
[0013]所述關節擺動臂上設有兩個前支臂，所述頭關節上還設有兩個與前支臂相配合的頭關節支臂，所述前支臂和頭關節支臂上都設有容納所述第一大錐齒輪軸的通孔，所述關節擺動臂通過第一大錐齒輪軸與所述頭關節轉動連接，所述第一大錐齒輪固定設置在所述第一大錐齒輪軸上并與所述第一小錐齒輪傳動嚙合，所述第一小錐齒輪的動力傳遞給第一大錐齒輪并帶動關節擺動臂相對頭關節擺動。
[0014]所述關節擺動臂上還設有兩個后支臂，所述尾關節上還設有兩個與后支臂相配合的尾關節支臂，所述后支臂和尾關節支臂上也都設有容納所述第二大錐齒輪軸的通孔，所述關節擺動臂通過第二大錐齒輪軸與所述尾關節轉動連接，所述第二大錐齒輪固定設置在所述第二大錐齒輪軸上并與所述第二小錐齒輪傳動嚙合，所述第二小錐齒輪的動力傳遞給第二大錐齒輪并帶動關節擺動臂相對尾關節擺動。
[0015]優選地，所述頭關節支臂與所述前支臂相配合時，兩個前支臂分別位于并貼合在兩個頭關節支臂的內側，頭關節支臂上設有用于安裝第一大錐齒輪軸的軸承基座，所述前支臂的其中一個支臂上設有半圓孔，其中另一個支臂上設有圓孔，所述第一大錐齒輪軸與所述半圓孔相配合的地方設置為半圓軸。
[0016]所述尾關節支臂與所述后支臂相配合時，兩個后支臂分別位于并貼合在兩個尾關節支臂的內側，尾關節支臂上設有用于安裝第二大錐齒輪軸的軸承基座，所述后支臂的其中一個支臂上也設有半圓孔，其中另一個支臂上設有圓孔，所述第二大錐齒輪軸與該半圓孔相配合的地方設置為半圓軸。
[0017]優選地，在所述關節擺動臂上，所述兩前支臂的半圓孔的圓心和圓孔的圓心的連線與兩后支臂的半圓孔的圓心和圓孔的圓心的連線正交，所述兩個前支臂之間及所述兩個后支臂之間分別設有退讓槽。
[0018]優選地，所述第一大錐齒輪及第二大錐齒輪分別為模數為0.2，齒數為28，且削去60°牙的錐形齒輪，所述第一小錐齒輪及第二小錐齒輪分別為模數為0.2，齒數為14的錐形齒輪。
[0019]優選地，所述關節擺動臂、頭關節及尾關節的橫截面為圓形結構;所述關節擺動臂上，所述兩個前支臂分別設置在關節擺動臂的一側端面上的邊緣位置上，且沿關節擺動臂的軸向延伸，在所述關節擺動臂的兩個前支臂所在端面上遠離所述前支臂的一側傾斜延伸形成朝向邊緣厚度逐漸變薄的楔形面。
[0020]所述兩個后支臂分別設置在關節擺動臂的另一側端面上的邊緣位置上，且沿關節擺動臂的軸向延伸，在所述關節擺動臂的兩個后支臂所在端面上遠離所述前支臂的一側傾斜延伸也形成朝向邊緣厚度逐漸變薄的楔形面。
[0021 ]在所述頭關節及尾關節上分別形成一個與對應楔形面相配合的退讓楔形面。
[0022]優選地，所述主體模塊的兩端分別設有三個螺紋孔，在每一端上，以中間螺紋孔為基準，另外兩個螺紋孔分別位于中間螺紋孔的兩側，且與中間螺紋孔的徑向夾角分別為35°和45°;所述頭關節及尾關節上分別設有與三個螺紋孔相對應配合的螺孔。
[0023]優選地，所述首主體模塊及中間主體模塊上分別設有第一驅動機構安裝通孔，所述尾主體模塊及中間主體模塊上分別設有第二驅動機構安裝通孔，所述每個中間主體模塊上的第一驅動機構安裝通孔與第二驅動機構安裝通孔反向且平行設置，所述第一驅動機構安裝通孔尾部及第二驅動機構安裝通孔尾部分別設有內螺紋，第一驅動機構及第二驅動機構安裝在對應的安裝通孔內，尾部內螺紋與螺栓擰緊配合，螺栓頂緊對應的驅動機構。
[0024]優選地，所述主體模塊上還設有一個中空內腔，所述每個驅動機構安裝通孔內壁上設有連通所述通孔及所述中空內腔的出線孔，所述關節擺動臂、頭關節及尾關節上也分別設有與主體模塊上中空內腔相對應的空腔，所述每個驅動機構的電源線及控制線通過所述出線孔穿出到所述中空內腔，并穿過相應的其他主體模塊的中空內腔與關節擺動臂、頭關節及尾關節上的空腔與所述驅動控制模塊電連接。
[0025]以上技術方案中，所述蛇形機器人通過驅動控制模塊控制至少一關節擺動臂相對前一主體模塊及后一個主體模塊擺動，不但有效降低整個關節轉向機構的復雜性，有效減小了安裝難度，也有效避免了多級驅動帶來的問題，有效減小傳動誤差，提高了傳動精度；同時由于關節擺動臂與其相連接的前一主體模塊的擺動方向與該關節擺動臂與其相連接的后一主體模塊的擺動方向相互垂直，實現了蛇形機器人多自由的擺動。
【附圖說明】
[0026]圖1是本發明蛇形機器人的機構組成示意圖；
[0027]圖2是本發明蛇形機器人關節模塊與主體模塊的結構組成示意圖；
[0028]圖3是本發明蛇形機器人關節模塊與驅動電機的結構組成示意圖；
[0029]圖4是本發明蛇形機器人關節模塊中關節擺動臂的結構示意圖；
[0030]圖5是本發明蛇形機器人關節模塊中頭關節的結構示意圖；
[0031 ]圖6是本發明蛇形機器人關節模塊中尾關節的結構示意圖；
[0032]圖7是本發明蛇形機器人主體模塊的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0033]為了使本發明所解決的技術問題、技術方案及有益效果更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
[0034]結合圖1、圖2及圖3所示，本發明的實施例提供一種蛇形機器人，包括多個主體模塊100和關節模塊200，還包括一個驅動控制模塊(圖中未示出)，每相鄰的兩個主體模塊100通過一個關節模塊200相連接。
[0035]所述關節模塊200包括一關節擺動臂210，所述驅動控制模塊用于驅動至少一關節擺動臂210相對與其相連接的前一主體模塊100擺動，和/或驅動至少一關節擺動臂210相對與其相連接的后一主體模塊100擺動。
[0036]所述關節擺動臂210與其相連接的前一主體模塊100的擺動方向與該關節擺動臂210與其相連接的后一主體模塊100的擺動方向相互垂直。這里假設一個關節擺動臂210與其相連接的前一主體模塊100的擺動方向為上下擺動，那么該關節擺動臂210與其相連接的后一主體模塊10的擺動方向即為左右擺動。本發明實施例所提供的蛇形機器人的每個關節模塊都能夠實現上下左右的擺動，從而可以實現蛇形機器人的多個主體模塊100的多自由度的擺動。
[0037]進一步地，所述多個主體模塊100包括首主體模塊、尾主體模塊及位于所述首主體模塊和尾主體模塊之間的至少一中間主體模塊;這里定義首主體模塊為蛇形機器人靠近驅動控制模塊的一端上位于最外側的一個主體模塊。尾主體模塊為蛇形機器人遠離驅動控制模塊的一端上位于最外側的一個主體模塊。
[0038]結合圖3所示，所述首主體模塊包括第一驅動機構101，所述尾主體模塊包括第二驅動機構102，因中間主體模塊100的兩端分別設置了與之相連的關節模塊，因此所述中間主體模塊中同時設置了所述第一驅動機構101和所述第二驅動機構102，如果第一驅動機構101用來驅動該中間模塊左側的關節模塊，那么第二驅動機構102就用來驅動該中間模塊右側的關節模塊。所述驅動控制模塊控制所述第一驅動機構101工作以驅動所述關節擺動臂210相對與其相連接的前一主體模塊100擺動，和/或控制所述第二驅動機構102工作以驅動所述關節擺動臂210相對與其相連接的后一主體模塊100擺動。
[0039]進一步地，為方便裝配主體模塊100之間的關節模塊200，結合圖2和圖3所示，所述關節模塊200包括一個與之相鄰的前一個主體模塊100固定連接的頭關節230和一個與之相鄰的后一個主體模塊100固定連接的尾關節220，所述關節擺動臂210分別與所述頭關節230和所述尾關節220轉動連接。
[0040]本實施例中，所述第一驅動機構和第二驅動機構可以為現有技術的各種用作動力驅動的裝置，如電機、馬達、發動機等等。此處第一驅動機構及第二驅動機構優選為微型直流無刷伺服電機。
[0041]所述關節模塊200還包括第一大錐齒輪203、第一大錐齒輪軸204、第一小錐齒輪202、第二大錐齒輪201、第二大錐齒輪軸206及第二小錐齒輪205。
[0042]所述頭關節230設有與第一驅動機構101對應的第一軸承孔232，第一小錐齒輪202通過一軸承基座安裝在所述第一軸承孔232中并固定套設在第一驅動機構的驅動軸上，第一驅動機構101通過所述驅動軸驅動第一小錐齒輪202轉動。
[0043]所述尾關節220設有與第二驅動機構102對應的第二軸承孔222，第二小錐齒輪205通過一軸承基座安裝在所述第二軸承孔222中并固定套設在第二驅動機構的驅動軸上，第二驅動機構102通過驅動軸驅動第二小錐齒輪205轉動。
[0044]如圖4所示，所述關節擺動臂210上設有兩個前支臂211、213，所述頭關節230上還設有兩個與前支臂211、213相配合的頭關節支臂231、234。所述前支臂和頭關節支臂上都設有容納所述第一大錐齒輪軸204的通孔，所述關節擺動臂210通過第一大錐齒輪軸204與所述頭關節230轉動連接。所述第一大錐齒輪203固定設置在所述第一大錐齒輪軸204上并與所述第一小錐齒輪202傳動嚙合，所述第一小錐齒輪202的動力傳遞給第一大錐齒輪203并帶動關節擺動臂210相對頭關節230擺動。
[0045]為了定位第一大錐齒輪203在第一大錐齒輪軸204上的位置，第一大錐齒輪的側面并排設有兩個頂絲孔，同樣為了定位第一小錐齒輪202在對應驅動軸上的位置，第一小錐齒輪202的側面也設有頂絲孔。
[0046]作為一種優選實施方案，結合圖4及圖5所示，所述頭關節支臂231、234，與所述關節擺動臂210上的前支臂211、213相配合時，兩個前支臂211、213分別位于并貼合在兩個頭關節支臂231、234的內側，頭關節支臂上設有用于安裝第一大錐齒輪軸204的軸承基座，所述前支臂的其中一個支臂上211設有半圓孔，其中另一個支臂213上設有圓孔，所述第一大錐齒輪軸204與所述半圓孔相配合的地方設置為半圓軸。
[0047]本實施例中，用于安裝定位第一大錐齒輪203的齒輪軸兩端是軸承內徑，中間一部分是半圓軸狀的，另一部分是圓的階梯軸，關節擺動臂210是通過第一大錐齒輪軸204與頭關節230轉動連接，所述頭關節230先裝配好用于安裝第一大錐齒輪203的軸承和第一小錐齒輪202的軸承，第一小錐齒輪202先配合安裝于相對應的軸承內且與與第一驅動機構101的驅動軸過渡配合并通過對應的頂絲固定相連接，然后安裝第一大錐齒輪軸204穿過頭關節支臂上的軸承、關節擺動臂210的一個支臂213，再穿過第一大錐齒輪203、關節擺動支臂210的另一個支臂211，并與頭關節支臂上的另一個軸承配合。其中，軸承與軸承基座的配合都屬于過渡配合，最后再用頂絲加固第一大錐齒輪203，因關節擺動臂210的前支臂的其中一個支臂211上設有半圓孔，所述第一大錐齒輪軸204與所述半圓孔相配合的地方設置為半圓軸，所以第一大椎齒輪軸204相對關節擺動臂210的前支臂不會轉動，當第一大錐齒輪203轉動時，會通過第一大錐齒輪軸204帶動關節擺動臂210相對頭關節230擺動。
[0048]進一步地，所述關節擺動臂210上還設有兩個后支臂214、215，所述尾關節220上還設有兩個與所述后支臂214、215相配合的尾關節支臂221、224，所述后支臂和尾關節支臂上也都設有容納所述第二大錐齒輪軸206的通孔。所述關節擺動臂210通過第二大錐齒輪軸206與所述尾關節220轉動連接，所述第二大錐齒輪201固定設置在所述第二大錐齒輪軸206上并與所述第二小錐齒輪205傳動嚙合，所述第二小錐齒輪205的動力傳遞給第二大錐齒輪201并帶動關節擺動臂210相對尾關節220擺動。
[0049]同樣，為了定位第二大錐齒輪201在第二大錐齒輪軸206上的位置，第二大錐齒輪201的側面也并排設有兩個頂絲孔，同樣為了定位第二小錐齒輪205在對應驅動軸上的位置，第二小錐齒輪205的側面也設有頂絲孔。
[0050]優選地，所述尾關節支臂221、224，與所述關節擺動臂210的后支臂214、215相配合時，兩個后支臂214、215分別位于并貼合在兩個尾關節支臂221、224的內側，尾關節支臂上設有用于安裝第二大錐齒輪軸206的軸承基座，所述后支臂的其中一個支臂215上設有半圓孔，其中另一個支臂214上設有圓孔，所述第二大錐齒輪軸206與所述半圓孔相配合的地方設置為半圓軸。
[0051 ]本實施例中，用于安裝定位第二大錐齒輪201的第二大錐齒輪軸206兩端是軸承內徑，中間一部分是半圓軸狀的，另一部分是圓的階梯軸，關節擺動臂210的兩個后支臂是通過第二大錐齒輪軸206與尾關節支臂221、224轉動連接。所述尾關節220先裝配好用于安裝第二大錐齒輪201的軸承和第二小錐齒輪205的軸承，第二小錐齒輪205先配合安裝于相對應的軸承內且與第二驅動機構102的驅動軸過渡配合并通過對應的頂絲固定相連接，然后安裝第二大錐齒輪軸206穿過尾關節支臂上的軸承、關節擺動臂210的一個支臂214，再穿過第二大錐齒輪201、關節擺動支臂210的另一個后支臂215，并與尾關節支臂上的另一個軸承配合。其中，軸承與軸承基座的配合都屬于過渡配合，最后再用頂絲加固第二大錐齒輪201。因關節擺動臂210的后支臂的其中一個支臂215上設有半圓孔，所述第二大錐齒輪軸206與所述半圓孔相配合的地方設置為半圓軸，所以第二大椎齒輪軸206相對關節擺動臂210的后支臂不會轉動。當第二大錐齒輪201轉動時，會通過第二大錐齒輪軸206帶動關節擺動臂210相對尾關節220擺動。
[0052]結合圖4所示，所述關節擺動臂210是左右兩邊偏心且正交的結構，所述關節擺動臂210的兩個前支臂211、213上對應的半圓孔的圓心和圓孔的圓心的連線與兩后支臂214、215上對應的半圓孔的圓心和圓孔的圓心的連線正交。所述兩個前支臂的其中一個支臂211與另一個支臂213之間設有前退讓槽212，所述兩個后支臂的其中一個支臂214與另一個支臂215之間設有后退讓槽216。設置退讓槽的目的一方面可以避免大錐齒輪和小錐齒輪嚙合傳動過程的干涉問題，另一方面可以減輕關節擺動臂210的重量，減少耗材。
[0053]本實施例中所述關節擺動臂210、頭關節230及尾關節220的橫截面優選為為圓形結構，即關節擺動臂210，頭關節230及尾關節220都為長度不等的圓柱體，這種圓形結構的柱體更符合蛇形機器人的仿生學原理。
[0054]在所述關節擺動臂210上，所述兩個前支臂211、213分別設置在關節擺動臂210的一側端面上的邊緣位置上，且沿關節擺動臂210的軸向延伸。同時，在所述關節擺動臂210的兩個前支臂211、213所在端面上遠離所述前支臂的一側傾斜延伸形成朝向邊緣厚度逐漸變薄的楔形面217。
[0055]進一步地，結合圖5所示，在所述頭關節230上形成一個與該楔形面217相配合的退讓楔形面235。由于設置楔形面217及退讓楔形面235，有效增加了關節擺動臂210與頭關節230之間的有效擺動角度。
[0056]同樣地，所述兩個后支臂214、215分別設置在關節擺動臂210的另一側端面上的邊緣位置上，且沿關節擺動臂210的軸向延伸。同時，在所述關節擺動臂的兩個前支臂211、213所在端面上遠離所述前支臂的一側傾斜延伸也形成朝向邊緣厚度逐漸變薄的楔形面。
[0057]進一步地，結合圖6所示，在所述尾關節220上也形成一個與該楔形面相配合的退讓楔形面225。這樣設置也有效增加了關節擺動臂210與尾關節220之間的有效擺動角度。
[0058]本實施例中，考慮到蛇形機器人關節模塊200的設計空間及齒輪的傳動比，在實現精確傳動，減小誤差的同時，盡量保證關節模塊200的結構緊湊性，優選地，所述第一大錐齒輪203及第二大錐齒輪201分別為模數為0.2，齒數為28的錐形齒輪;所述第一小錐齒輪202及第二小錐齒輪205分別為模數為0.2，齒數為14的錐形齒輪。因蛇形機器人各關節模塊與主體模塊之間的轉動角度最大是300°，為了進一步減小各關節的軸向距離，進一步地把蛇形機器人做小做緊湊，所述第一大錐齒輪及第二大錐齒輪分別削去60°牙。
[0059]更進一步地，結合圖5、圖6及圖7所示，所述主體模塊100的兩端分別設有三個螺紋孔103。在所述主體模塊100的每一端上，以中間螺紋孔為基準，另外兩個螺紋孔分別位于中間螺紋孔的兩側，且與中間螺紋孔的徑向夾角分別為35°和45°。
[0060]所述頭關節230及尾關節220上分別設有與上述三個螺紋孔相對應配合的螺孔。如在主體模塊100的前端設有三個螺紋孔103，則在尾關節220上設有與之對應的螺孔223。同樣，在主體模塊100的后端上設有三個螺紋孔，則在頭關節230上設有與其對應的螺孔233。所述頭關節230及尾關節220分別通過螺栓固定連接在所述主體模塊100上。
[0061]結合圖7所示，所述首主體模塊及中間主體模塊上分別設有第一驅動機構安裝通孔105，所述尾主體模塊及中間主體模塊上分別設有第二驅動機構安裝通孔104，所述每個中間主體模塊上的第一驅動機構安裝通孔105與第二驅動機構安裝通孔104反向且平行設置。所述第一驅動機構安裝通孔105尾部及第二驅動機構安裝通孔104尾部分別設有內螺紋。在所述首主體模塊中，第一驅動機構直接裝配在第一驅動機構安裝通孔中，并與對應的小錐齒輪驅動連接。在所述尾主體模塊中，第二驅動機構直接裝配在第二驅動機構安裝通孔中，并與對應的小錐齒輪驅動連接。在所述中間主體模塊中，第一驅動機構101及第二驅動機構102平行且反向安裝在對應的驅動機構安裝通孔內且與對應的小錐齒輪驅動連接。所述每個驅動機構安裝通孔尾部內螺紋與螺栓擰緊配合，螺栓頂緊對應的驅動機構。
[0062]第一驅動機構安裝通孔105及第二驅動機構安裝通孔104在主體模塊100上偏心設計，第一驅動機構安裝通孔105及第二驅動機構安裝通孔104的截面分別位于每個中間主體模塊100的同一半圓截面上。
[0063]所述主體模塊100上還設有一個中空內腔106，優選地，所述中空內腔106的截面位于主體模塊100的另一半圓截面上，所述每個驅動機構安裝通孔內壁上設有連通所述安裝通孔及所述中空內腔的出線孔。與此同時，所述關節擺動臂210、頭關節230及尾關節220上也分別設有與主體模塊100上中空內腔相對應的空腔。所述每個驅動機構的電源線及控制線通過所述出線孔穿出到所述中空內腔，并穿過相應的其他主體模塊的中空內腔與關節擺動臂、頭關節及尾關節上的空腔與所述驅動控制模塊電連接。
[0064]本實施例所述的蛇形機器人的具體工作過程如下:
[0065]蛇形機器人通電工作，驅動控制模塊控制所述反向且偏心安裝于主體模塊100內的第一驅動機構101及第二驅動機構102轉動，第一驅動機構101帶動安裝在第一驅動機構的驅動軸上的第一小錐齒輪202轉動，第一小錐齒輪202帶動與之互相嚙合的第一大錐齒輪203轉動，進而帶動關節擺動臂210相對于頭關節230轉動，實現關節模塊200的上下擺動。
[0066]同樣，第二驅動機構102帶動安裝在第二驅動機構102的驅動軸上的第二小錐齒輪205轉動，第二小錐齒輪205帶動與之互相嚙合的第二大錐齒輪201轉動，進而帶動關節擺動臂210相對于尾關節220轉動，實現關節模塊200的左右擺動。
[0067]本實施例所述的蛇形機器人由多個相同的主體模塊100和關節模塊200相連組成，上位機編寫好程序，運行程序，下位機就會自動響應，進而控制蛇形機器人主體模塊100中的第一驅動機構101和第二驅動機構102轉動，驅動機構轉動就會通過齒輪嚙合帶動關節模塊200實現上下左右擺動。多個驅動模塊中的驅動機構轉動就會帶動多個關節模塊實現上下左右擺動，這樣就能夠實現蛇形機器人多自由度的擺動。
[0068]以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種蛇形機器人，其特征在于:所述蛇形機器人包括多個主體模塊、多個關節模塊及一驅動控制模塊，每相鄰的兩個主體模塊通過一關節模塊相連接； 所述關節模塊包括一關節擺動臂，所述驅動控制模塊用于驅動至少一關節擺動臂相對與其相連接的前一主體模塊擺動，和/或驅動至少一關節擺動臂相對與其相連接的后一主體模塊擺動； 所述關節擺動臂與其相連接的前一主體模塊的擺動方向與該關節擺動臂與其相連接的后一主體模塊的擺動方向相互垂直。2.根據權利要求1所述的蛇形機器人，其特征在于:所述多個主體模塊包括首主體模塊、尾主體模塊及位于所述首主體模塊和尾主體模塊之間的至少一中間主體模塊； 所述首主體模塊包括第一驅動機構，所述尾主體模塊包括第二驅動機構，所述中間主體模塊包括所述第一驅動機構和所述第二驅動機構，所述驅動控制模塊控制所述第一驅動機構工作以驅動所述關節擺動臂相對與其相連接的前一主體模塊擺動，和/或控制所述第二驅動機構工作以驅動所述關節擺動臂相對與其相連接的后一主體模塊擺動。3.根據權利要求2所述的蛇形機器人，其特征在于:所述關節模塊包括一個與其相鄰前一個主體模塊固定連接的頭關節和與其相鄰后一個主體模塊固定連接的尾關節； 還包括第一小錐齒輪、第一大錐齒輪、第一大錐齒輪軸、第二小錐齒輪、第二大錐齒輪及第二大錐齒輪軸； 所述頭關節設有與第一驅動機構對應的第一軸承孔，第一小錐齒輪通過軸承基座安裝在所述第一軸承孔中并固定套設在第一驅動機構的驅動軸上； 所述尾關節設有與第二驅動機構對應的第二軸承孔，第二小錐齒輪通過軸承基座安裝在所述第二軸承孔中并固定套設在第二驅動機構的驅動軸上； 所述關節擺動臂上設有兩個前支臂，所述頭關節上還設有兩個與前支臂相配合的頭關節支臂，所述前支臂和頭關節支臂上都設有容納所述第一大錐齒輪軸的通孔，所述關節擺動臂通過第一大錐齒輪軸與所述頭關節轉動連接，所述第一大錐齒輪固定設置在所述第一大錐齒輪軸上并與所述第一小錐齒輪傳動嚙合，所述第一小錐齒輪的動力傳遞給第一大錐齒輪并帶動關節擺動臂相對頭關節擺動； 所述關節擺動臂上還設有兩個后支臂，所述尾關節上還設有兩個與后支臂相配合的尾關節支臂，所述后支臂和尾關節支臂上也都設有容納所述第二大錐齒輪軸的通孔，所述關節擺動臂通過第二大錐齒輪軸與所述尾關節轉動連接，所述第二大錐齒輪固定設置在所述第二大錐齒輪軸上并與所述第二小錐齒輪傳動嚙合，所述第二小錐齒輪的動力傳遞給第二大錐齒輪并帶動關節擺動臂相對尾關節擺動。4.根據權利要求3所述的蛇形機器人，其特征在于:所述頭關節支臂與所述前支臂相配合時，兩個前支臂分別位于并貼合在兩個頭關節支臂的內側，頭關節支臂上設有用于安裝第一大錐齒輪軸的軸承基座，所述前支臂的其中一個支臂上設有半圓孔，其中另一個支臂上設有圓孔，所述第一大錐齒輪軸與所述半圓孔相配合的地方設置為半圓軸； 所述尾關節支臂與所述后支臂相配合時，兩個后支臂分別位于并貼合在兩個尾關節支臂的內側，尾關節支臂上設有用于安裝第二大錐齒輪軸的軸承基座，所述后支臂的其中一個支臂上也設有半圓孔，其中另一個支臂上設有圓孔，所述第二大錐齒輪軸與該半圓孔相配合的地方設置為半圓軸。5.根據權利要求4所述的蛇形機器人，其特征在于:在所述關節擺動臂上，所述兩前支臂的半圓孔的圓心和圓孔的圓心的連線與兩后支臂的半圓孔的圓心和圓孔的圓心的連線正交，所述兩個前支臂之間及所述兩個后支臂之間分別設有退讓槽。6.根據權利要求5所述的蛇形機器人，其特征在于:所述第一大錐齒輪及第二大錐齒輪分別為模數為0.2，齒數為28，且削去60°牙的錐形齒輪，所述第一小錐齒輪及第二小錐齒輪分別為模數為0.2，齒數為14的錐形齒輪。7.根據權利要求6所述的蛇形機器人，其特征在于:所述關節擺動臂、頭關節及尾關節的橫截面為圓形結構； 所述關節擺動臂上，所述兩個前支臂分別設置在關節擺動臂的一側端面上的邊緣位置上，且沿關節擺動臂的軸向延伸，在所述關節擺動臂的兩個前支臂所在端面上遠離所述前支臂的一側傾斜延伸形成朝向邊緣厚度逐漸變薄的楔形面； 所述兩個后支臂分別設置在關節擺動臂的另一側端面上的邊緣位置上，且沿關節擺動臂的軸向延伸，在所述關節擺動臂的兩個后支臂所在端面上遠離所述前支臂的一側傾斜延伸也形成朝向邊緣厚度逐漸變薄的楔形面； 在所述頭關節及尾關節上分別形成一個與對應楔形面相配合的退讓楔形面。8.根據權利要求7所述的蛇形機器人，其特征在于:所述主體模塊的兩端分別設有三個螺紋孔，在每一端上，以中間螺紋孔為基準，另外兩個螺紋孔分別位于中間螺紋孔的兩側，且與中間螺紋孔的徑向夾角分別為35°和45° ; 所述頭關節及尾關節上分別設有與三個螺紋孔相對應配合的螺孔。9.根據權利要求8所述的蛇形機器人，其特征在于:所述首主體模塊及中間主體模塊上分別設有第一驅動機構安裝通孔，所述尾主體模塊及中間主體模塊上分別設有第二驅動機構安裝通孔，所述每個中間主體模塊上的第一驅動機構安裝通孔與第二驅動機構安裝通孔反向且平行設置，所述第一驅動機構安裝通孔尾部及第二驅動機構安裝通孔尾部分別設有內螺紋，第一驅動機構及第二驅動機構安裝在對應的安裝通孔內，尾部內螺紋與螺栓擰緊配合，螺栓頂緊對應的驅動機構。10.根據權利要求9所述的蛇形機器人，其特征在于:所述主體模塊上還設有一個中空內腔，所述每個驅動機構安裝通孔內壁上設有連通所述通孔及所述中空內腔的出線孔，所述關節擺動臂、頭關節及尾關節上也分別設有與主體模塊上中空內腔相對應的空腔，所述每個驅動機構的電源線及控制線通過所述出線孔穿出到所述中空內腔，并穿過相應的其他主體模塊的中空內腔與關節擺動臂、頭關節及尾關節上的空腔與所述驅動控制模塊電連接。
【文檔編號】B25J9/06GK106078717SQ201610533605
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年7月8日
【發明人】韓世鵬, 任嶺雪, 李橡欣, 李栓, 賈靜靜, 陳果, 謝卿丞, 王磊
【申請人】深圳先進技術研究院