專利名稱：一種機器蛇封閉表皮驅動裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種驅動裝置，特別涉及一種機器蛇封閉表皮驅動裝置。
背景技術：
生物蛇遍布于整個地球，其生理特點及多種運動形式使它能夠適應廣泛的地理和自然環境。蛇形機器人是一種基于生物蛇的仿生系統，具有生物蛇的運動機理和行為方式，借助自身身軀光滑細小的優勢可以鉆入狹小的空洞，同時長而有力的身體使之可以爬到高于地面的空洞、樹或其他陡直的物體，因此在許多領域具有非常廣泛的應用前景。機器蛇的驅動機構對于機器蛇的運動能力起著至關重要的作用，基于仿生學的原理，機器蛇的外形結構與生物蛇類似，冗長的結構在帶來諸多益處的同時也給驅動機構的設計提出了更高的要求。目前，大多數的機器蛇，依靠關節之間的扭動來產生前進的動力，這種驅動方式，使得機器蛇必須按照蛇形曲線來運動，同時存在動力不足、速度慢、越障困難等缺點。另外一種機器蛇，采用履帶將周身覆蓋，雖然可以實現全身的動力，但存在結構復雜、體積大及重量大的缺點，因此此種結構的機器蛇只適用于寬大的環境。如何提高機器蛇驅動裝置的驅動能力以使機器蛇能夠適應各種復雜的環境成為蛇形機器人研究中的一大熱點和難點問題。通過給機器蛇表皮增加動力，形成一層驅動層的方法，可以極大的增強機器蛇的運動與控制能力。如何給機器蛇增加驅動表皮，有很多方法，有一種用繩纏繞在機器蛇的表面作為驅動的方案，但它存在雜物偶爾夾雜到繩和殼體之間的可能。本方案是將一條封閉的布作為驅動裝置，殼體外面是一個完整的封閉表面，不會被雜物纏住，具有更強的適應性。但使用封閉驅動表皮，也帶來如何進行機械設計才能保證布的連續驅動，在外界扭力下保持布的直線導向，封閉布表面如何支撐，受力、彎曲時如何繃緊等問題，本發明就是針對這些問題而提出的一種實用的全封閉表皮機器蛇新方案，具有表皮驅動機器蛇的優點，而且不易被雜物纏繞，更具有實用性。
發明內容
本發明實施例的目的是針對上述現有技術的缺陷，提供了一種可以為機器蛇提供強大驅動力和環境適應能力的表皮驅動裝置。為了實現上述目的本發明采取的技術方案是:一種機器蛇表皮驅動裝置，包括驅動布、外骨架、內骨架、電機、連接件、被動輪固定件、被動輪、主動輪以及導向繩，所述電機固定在所述內骨架上并驅動所述主動輪轉動，所述被動輪通過所述連接件以及所述被動輪固定件固定在所述外骨架上，所述驅動布被所述主動輪壓緊在所述被動輪上，并將所述外骨架和所述被動輪包裹住，然后使用無縫連接的方式將所述驅動布的兩端縫合，形成一個閉合回路。所述主動輪輪緣為半圓形凸面，所述被動輪輪緣為與所述主動輪輪緣具有相同半徑的半圓形凹槽，可以使所述驅動布均勻分布在所述主動輪和所述被動輪的接觸面并形成良好過渡。所述導向繩沿所述驅動布運動方向粘合于所述驅動布的內部，形成一個閉合回路，并被所述主動輪與所述被動輪壓緊于所述被動輪輪緣的半圓形凹槽內，使所述驅動布形成良好定位和導向，從而使其運動不會發生偏移。所述導向繩具有一定的彈性，使得當機器蛇關節擺動時能夠始終張緊并柔順通過所述被動輪輪緣的半圓形凹槽。所述電機與所述連接件、所述被動輪固定件、所述被動輪以及所述主動輪組成一個驅動單元，所述表皮驅動裝置至少包括三對所述驅動單元，并沿所述機器蛇骨架的周向均勻分布，軸向對稱分布。所述電機轉動，電機軸帶動固定在其上的所述主動輪轉動，所述驅動布被所述被動輪壓緊在所述主動輪上，從而所述布在摩擦力的作用下隨所述主動輪轉動，并將所述主動輪的圓周運動轉化為直線運動，從而帶動所述機器蛇運動。所述驅動布為具有很大摩擦系數并且耐磨的土工布。所述內骨架為三角架結構，便于確定所述電機的位置以產生均勻分布的摩擦力，同時各角互為加強筋，可以增加所述內骨架的強度。本發明實施例提供的技術方案帶來的有益效果是:相比現有技術，本驅動裝置實現了全封閉表皮驅動，裝備了本驅動裝置的機器蛇身體的任何一點與障礙物接觸均能產生額外的驅動力。驅動布采用了強度大摩擦系數高的土工布來制作，在進行無縫隙連接之后可以形成一個閉合的回路，在多組驅動電機的驅動下，基于摩擦力的作用，可以為驅動布提供均勻而強勁的驅動力，從而能夠帶動機器蛇的運動，如果還需要更大的驅動力，可以適當張緊驅動布，同時可以設計更多組的驅動電機。同時由于其實現了全封閉表皮驅動，從而可以使得其殼體外面形成一個完整的封閉表面，不會被雜物纏住，具有更強的適應性。故本發明的機器蛇表皮驅動裝置具有結構簡單，驅動力強勁，不易被雜物卡死的特點，具有運動能力強、通過能力強、環境適應性好的優勢。
圖1是安裝有本發明實施例提供的機器蛇封閉表皮驅動裝置的機器蛇整體剖面圖；圖2是機器蛇單個模塊的剖視圖；圖3是機器蛇單個模塊去掉所述驅動布的示意圖；圖4是圖3去掉所述外骨架的示意圖；圖5是所述內骨架的立體圖；圖6是所述驅動布和導向繩的簡化示意圖；圖中:I驅動布，2外骨架，3內骨架，4電機，5連接件，6被動輪固定件，7被動輪，8主動輪，9導向繩。
具體實施方式
為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明實施方式作進一步地詳細描述。參見圖1，圖2和圖3，一種機器蛇封閉表皮驅動裝置，包括驅動布1、外骨架2、內骨架3、電機4、連接件5、被動輪固定件6、被動輪7、主動輪8以及導向繩9，電機4固定在內骨架3上并驅動主動輪8轉動，被動輪7通過連接件5以及被動輪固定件6固定在外骨架2上，驅動布I被主動輪8壓緊在被動輪7上，并將外骨架2和被動輪7包裹住，然后使用無縫連接的方式將所述驅動布的兩端縫合，形成一個閉合回路。本發明的表皮驅動裝置可以為機器蛇提供全封閉表皮驅動，使得機器蛇全身均具有動力，從而驅動力強勁，環境適應性好。作為優選,主動輪8輪緣為半圓形凸面,被動輪7輪緣為與主動輪8輪緣具有相同半徑的半圓形凹槽，從而可以使驅動布I與主動輪8和被動輪7的接觸面為半圓形，半圓形的接觸面可以使得驅動布I的變形不會出現大的褶皺，過渡性良好，從而使驅動布I在運動過程中更加流暢。參見圖2及圖6，導向繩9沿驅動布I運動方向粘合于驅動布I的內部，形成一個閉合回路，并被主動輪8與被動輪7壓緊于被動輪7輪緣的半圓形凹槽內，使驅動布I形成良好定位和導向，從而使其運動不會發生偏移。進一步的，導向繩9具有一定的彈性，使得當機器蛇關節擺動時能夠始終張緊并柔順通過被動輪7輪緣的半圓形凹槽。參見圖4，電機4與連接件5、被動輪固定件6、被動輪7以及主動輪8組成一個驅動單元，所述表皮驅動裝置至少包括三對所述驅動單元，并沿機器蛇骨架的周向均勻分布，軸向對稱分布。作為優選，本實施例采用三對所述驅動單元。參見圖1、圖2和圖3，本發明的運動原理為:電機4轉動，電機軸帶動固定在其上的主動輪8轉動，驅動布I被被動輪7壓緊在主動輪8上，從而驅動布I在主動輪8與被動輪7之間的壓緊力而產生的摩擦力的作用下隨主動輪8轉動，并將主動輪8的圓周運動轉化為直線運動，從而帶動機器蛇運動，同時在導向繩9的定位與導向作用下，驅動布I在運動過程中不會產生周向偏移，可以使得機器蛇按照既定路線運動。特別的，每個主動輪8均配合兩個被動輪7，被動輪7不僅在傳遞驅動力的過程中起著至關重要的作用，同時還起著定位內骨架3的作用。內骨架3以及安裝在其上的電機4和主動輪8在被動輪7的作用下定位在外骨架2內部，其本身的重力會產生額外的壓緊力，從而可以為機器蛇提供更大的摩擦力，驅動能力得到進一步提高。驅動布I采用了強度大摩擦系數高的材料來制作，在進行無縫隙連接之后可以形成一個閉合的回路，在多組驅動電機的驅動下，基于摩擦力的作用，可以為驅動布I提供均勻而強勁的驅動力，從而能夠帶動機器蛇的運動，如果還需要更大的驅動力，可以適當張緊驅動布1，同時可以設計更多組的驅動電機4。本發明的機器蛇表皮驅動裝置具有結構簡單，驅動力強勁的特點，同時由于其實現了全表皮驅動，從而可以使得其運動能力強，通過能力強和環境適應性好的特點。具體的，作為優選，驅動布I具有很高的強度和耐磨性，并且具有一定的彈性和很大的摩擦系數。可以由多段首尾相連的驅動布I組成一個閉合回路。驅動布I優選為土工布。
進一步的，參見圖5，內骨架3為三角架結構，三角形結構更加穩定，也便于確定電機4的位置以產生均勻分布的摩擦力，同時各角互為加強筋，可以增加內骨架3的強度。以上所述僅為本發明的較佳實施例，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、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種機器蛇封閉表皮驅動裝置,其特征在于,包括驅動布、夕卜骨架、內骨架、電機、連接件、被動輪固定件、被動輪、主動輪以及導向繩，所述電機固定在所述內骨架上并驅動所述主動輪轉動，所述被動輪通過所述連接件以及所述被動輪固定件固定在所述外骨架上，所述驅動布被所述主動輪壓緊在所述被動輪上，并將所述外骨架和所述被動輪包裹住，然后使用無縫連接的方式將所述驅動布的兩端縫合，形成一個閉合回路。
2.根據權利要求1所述的機器蛇封閉表皮驅動裝置，其特征在于，所述主動輪輪緣為半圓形凸面，所述被動輪輪緣為與主動輪輪緣具有相同半徑的半圓形凹槽。
3.根據權利要求1所述的機器蛇封閉表皮驅動裝置，其特征在于，所述導向繩沿所述驅動布運動方向粘合于所述驅動布的內部，形成一個閉合回路，并被所述主動輪與所述被動輪壓緊于所述被動輪輪緣的半圓形凹槽內，使所述驅動布形成良好定位和導向，從而使其運動不會發生偏移。
4.根據權利要求3所述的機器蛇封閉表皮驅動裝置，其特征在于，所述導向繩具有一定的彈性，使得當機器蛇關節擺動時能夠始終張緊并柔順通過所述被動輪輪緣的半圓形凹槽。
5.根據權利要求1所述的機器蛇封閉表皮驅動裝置，其特征在于，所述電機與所述連接件、所述被動輪固定件、所述被動輪以及所述主動輪組成一個驅動單元，所述表皮驅動裝置至少包括三對所述驅動單元，并沿所述機器蛇骨架的周向均勻分布，軸向對稱分布。
6.根據權利要求1所述的機器蛇封閉表皮驅動裝置，其特征在于，所述電機轉動，電機軸帶動固定在其上的所述主動輪轉動，所述驅動布被所述被動輪壓緊在所述主動輪上，從而所述布在摩擦力的作用下隨所述主動輪轉動，并將所述主動輪的圓周運動轉化為直線運動，從而帶動所述機器蛇運動。
7.根據權利要求1或6所述的機器蛇封閉表皮驅動裝置，其特征在于:所述驅動布為具有很大摩擦系數并且耐磨的土工布。
8.根據權利要求1所述的機器蛇封閉表皮驅動裝置，其特征在于，所述內骨架為三角架結構，便于確定所述電機的位置以產生均勻分布的摩擦力，同時各角互為加強筋，可以增加所述內骨架的強度。
全文摘要
本發明公布了一種機器蛇封閉表皮驅動裝置，所述封閉表皮驅動裝置包括驅動布、外骨架、內骨架、電機、連接件、被動輪固定件、被動輪、主動輪以及導向繩，電機固定在內骨架上并驅動主動輪轉動，被動輪通過連接件以及被動輪固定件固定在外骨架上，驅動布被主動輪壓緊在被動輪上，并將外骨架和被動輪包裹住，形成一個閉合回路，導向繩與驅動布粘合在一起并定位于主動輪與被動輪之間的凹槽內，使驅動布的運動不會發生偏移。當電機帶動主動輪轉動時，由于摩擦力的作用可以將主動輪和被動輪之間的驅動布帶動，從而帶動機器蛇的運動。本發明機器蛇封閉表皮驅動裝置結構簡單，驅動能力強，可使機器蛇全身均具有驅動力，從而具有很強的環境適應性。
文檔編號B62D57/02GK103112514SQ20131007552
公開日2013年5月22日 申請日期2013年3月11日 優先權日2013年3月11日
發明者高峻峣, 黃承祖, 劉暢, 蘇絢東, 徐喆, 劉軼, 李鑫, 孫文濤 申請人:北京理工大學