一種基于四邊形機構的蛇形機器人的制作方法
一種基于四邊形機構的蛇形機器人的制作方法
【專利摘要】一種基于四邊形機構的蛇形機器人，屬于機器人研究和工程【技術領域】，特別是涉及一種基于四邊形機構的蛇形機器人。本發明實現了三維運動：通過四邊形機構的變形實現了俯仰運動，易于爬坡，增強了越障能力，通過偏轉關節舵機和翻滾關節舵機分別實現了偏轉及翻滾運動；采用模仿蛇的肋骨形狀的外殼，使運動更平穩。本發明由若干個相同的模塊首尾依次相連組成，每個模塊均由四邊形機構、偏轉關節舵機、偏轉關節舵機舵臂、第三外殼、翻滾關節舵機及翻滾關節舵機舵臂組成；四邊形機構由第一外殼、第二外殼、伸縮桿及上、下橫桿組成。
【專利說明】一種基于四邊形機構的蛇形機器人
【技術領域】
[0001]本發明屬于機器人研究和工程【技術領域】，特別是涉及一種基于四邊形機構的蛇形機器人。
【背景技術】
[0002]當代機器人的研究領域已從結構環境下的定點作業向非結構環境下的自主作業方向發展，傳統方法設計的機器人很難滿足這種要求，各國研究者紛紛把目光轉向了自然界中形形色色的動物，仿生機器人的研究越來越多，蛇形機器人具有多關節、多自由度、多冗余度等優點，可以根據不同環境變換運動模式，具有較強的環境適應能力，因此蛇形機器人也成為仿生機器人研究的熱點。
[0003]其中，一種蛇形機器人，如日本的Hirose教授研制的ACM-R3，相鄰兩關節采用正交連接，可以實現三維運動，該機器人采用小輪布置在體外，存在實際野外環境適應性較差的缺點。中國專利CNI269620C公開了 “一種蛇形機器人”，由于該蛇形機器人體型細長，重心低，更適合在廢墟的復雜環境下運動。其不足之處是它的蛇身采用記憶合金彈簧連接，僅在底部設置用于行走的足，受記憶合金特性及足的設置位置限定，該機器人只能采用蠕動的前進方式，且不能實現翻滾前進，前進速度慢，這些缺陷限制了該蛇形機器人在災難救援中的應用。
[0004]還有一種蛇形機器人，使用幾條履帶把機器蛇周身覆蓋，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，因此此種結構的蛇形機器人只能適用于寬大的環境。
[0005]還有一種蛇形機器人是采用蜿蜒前進方式，對地面平整度要求高，不適合在廢墟內爬行。現有蛇形機器人有的不具有外殼，有的具有圓筒形或方形外殼，圓筒形外殼在復雜地形運動中容易引起非自主的翻滾，沒有外殼或方形外殼在蜿蜒運動中阻力較大。
【發明內容】
[0006]針對現有技術存在的問題，本發明提供一種基于四邊形機構的蛇形機器人，該蛇形機器人實現了三維運動:通過四邊形機構的變形實現了俯仰運動，易于爬坡，增強了越障能力，通過偏轉關節舵機和翻滾關節舵機分別實現了偏轉及翻滾運動；采用模仿蛇的肋骨形狀的外殼，使運動更平穩。
[0007]為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案:一種基于四邊形機構的蛇形機器人，由若干個相同的模塊首尾依次相連組成，每個模塊均由四邊形機構、偏轉關節舵機、偏轉關節舵機舵臂、第三外殼、翻滾關節舵機及翻滾關節舵機舵臂組成；四邊形機構由第一外殼、第二外殼、伸縮桿及上、下橫桿組成，上、下橫桿分別設置在第一、第二外殼之間的上、下兩側，上、下橫桿的兩端與第一、第二外殼之間分別通過銷軸相鉸接，并形成四邊形，第一、第二外殼作為四邊形的豎桿，鉸接點作為四邊形的頂點，伸縮桿設置在四邊形的對角線位置，伸縮桿兩端通過通孔套裝在對應的銷軸上；第二外殼與第三外殼之間通過偏轉關節舵機和偏轉關節舵機舵臂相連接，偏轉關節舵機的上、下輸出軸的外齒輪分別與上、下偏轉關節舵機舵臂的內端的內齒輪相嚙合，上、下偏轉關節舵機舵臂的外端分別固定在第二外殼的上、下兩側，偏轉關節舵機固定在第三外殼內；翻滾關節舵機固定在第一外殼的前部，翻滾關節舵機舵臂固定在偏轉關節舵機的后端；翻滾關節舵機前端的輸出軸的外齒輪與前方相鄰模塊的翻滾關節舵機舵臂的內齒輪相嚙合；相鄰模塊的連接方式有如下兩種，第一種:在第一外殼前部的外側壁上設置有環形凹槽，第一外殼的前部伸入到前方相鄰模塊的第三外殼內部，若干個螺釘的底端穿過第三外殼的側壁設置在第一外殼的環形凹槽內；第二種:在第三外殼后部的外側壁上設置有環形凹槽，第三外殼的后部伸入到后方相鄰模塊的第一外殼內部，若干個螺釘的底端穿過第一外殼的側壁設置在第三外殼的環形凹槽內。
[0008]所述上、下橫桿平行設置，并與第一、第二外殼相鉸接后形成平行四邊形，第一、第二外殼作為平行四邊形的豎桿，鉸接點作為平行四邊形的頂點。
[0009]所述偏轉關節舵機通過第一支架固定在第三外殼內，在第一支架上設置有通孔，偏轉關節舵機通過通孔固定在第一支架上，第一支架的頂端和底端均固定在第三外殼內，在第一支架的中部固定有第二支架，第二支架為水平設置的矩形框結構，第二支架套裝在偏轉關節舵機和第一支架的中部，翻滾關節舵機舵臂固定在第二支架的后端。
[0010]所述翻滾關節舵機通過第三支架固定在第一外殼內，在第三支架上設置有通孔，翻滾關節舵機通過通孔固定在第三支架上，第三支架的左、右兩端均固定在第一外殼內，在第三支架的中部固定有第四支架，第四支架為豎直設置的矩形框結構，第四支架套裝在翻滾關節舵機和第三支架的中部。
[0011]所述第一、第二、第三外殼均采用蛇的肋骨形狀。
[0012]本發明的有益效果:
[0013]1、抬頭運動更簡單、爬坡能力增強:
[0014]本發明蛇形機器人通過四邊形機構具有了俯仰自由度，使抬頭運動更容易實現，與傳統結構的蛇形機器人相比爬坡能力增強，提高了越障能力；
[0015]2、運動穩定性好:
[0016]本發明蛇形機器人的外殼模仿蛇的肋骨形狀，避免了圓筒形外殼在運動中易引起的非自主的翻滾，在復雜的地面環境中，提高了運動穩定性；
[0017]3、整體重量輕:
[0018]本發明蛇形機器人將第一、第二外殼等效為四邊形的豎桿，在保留四邊形機構特征的前提下使結構更簡單，減輕了整體重量。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1為本發明的基于四邊形機構的蛇形機器人的結構示意圖；
[0020]圖2為本發明的一個模塊的結構示意圖；
[0021]圖3為本發明的四邊形機構的結構示意圖；
[0022]圖4為安裝軸承后的本發明的電動伸縮桿的結構示意圖；
[0023]圖5為本發明的偏轉關節舵機、偏轉關節舵機舵臂、翻滾關節舵機舵臂、第三外殼及第一、第二支架連接后的結構示意圖；
[0024]圖6為本發明的翻滾關節舵機、第一外殼及第三、第四支架連接后的結構示意圖；[0025]圖中，I—偏轉關節舵機，2—第一支架，3—第二支架，4—四邊形機構，5—翻滾關節舵機舵臂，6—第三外殼，7—第二外殼，8—偏轉關節舵機舵臂，9一環形凹槽，10-橫桿，11 一第一外殼，12-銷軸，13-伸縮桿，14-翻滾關節舵機，15-第三支架，16-第四支架，17—軸承，18一第一模塊,19一第二模塊，20—第二模塊，21一第四模塊，22一第五模塊，23一第六模塊。
【具體實施方式】
[0026]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。
[0027]如圖1?圖6所示，一種基于四邊形機構的蛇形機器人，由六個相同的模塊首尾依次相連組成，六個模塊從頭到尾依次為:第一模塊18、第二模塊19、第三模塊20、第四模塊21、第五模塊22及第六模塊23 ;每個模塊均具有俯仰、偏轉、翻滾三個自由度的運動功能，其中，俯仰運動通過四邊形機構4的變形來實現，偏轉及翻滾運動分別通過偏轉關節舵機I和翻滾關節舵機14實現；每個模塊均由四邊形機構4、偏轉關節舵機1、偏轉關節舵機舵臂
8、第三外殼6、翻滾關節舵機14及翻滾關節舵機舵臂5組成；
[0028]四邊形機構4由第一外殼11、第二外殼7、電動伸縮桿13及上、下橫桿10組成，上、下橫桿10分別設置在第一、第二外殼之間的上、下兩側，上、下橫桿10的兩端與第一、第二外殼之間分別通過銷軸12相鉸接，并形成四邊形，第一、第二外殼作為四邊形的豎桿，鉸接點作為四邊形的頂點，電動伸縮桿13設置在四邊形的對角線位置，電動伸縮桿13兩端分別通過通孔套裝在對應的銷軸12上，且電動伸縮桿13與所述銷軸12之間通過軸承17相連接；電動伸縮桿13通過伸縮驅動四邊形機構4變形；
[0029]第二外殼7與第三外殼6之間通過偏轉關節舵機I和偏轉關節舵機舵臂8相連接，偏轉關節舵機I的上、下輸出軸的外齒輪分別與上、下偏轉關節舵機舵臂8的內端的內齒輪相嚙合，上、下偏轉關節舵機舵臂8的外端分別固定在第二外殼7的上、下兩側，偏轉關節舵機I固定在第三外殼6內；
[0030]翻滾關節舵機14固定在第一外殼11的前部，翻滾關節舵機舵臂5固定在偏轉關節舵機I的后端；翻滾關節舵機14前端的輸出軸的外齒輪與前方相鄰模塊的翻滾關節舵機舵臂5的內齒輪相嚙合；
[0031]相鄰模塊的連接方式有如下兩種，第一種:在第一外殼11前部的外側壁上設置有環形凹槽9，第一外殼11的前部伸入到前方相鄰模塊的第三外殼6內部，若干個螺釘的底端穿過第三外殼6的側壁設置在第一外殼11的環形凹槽9內，且螺釘沿第三外殼6的圓周均勻分布；第二種:在第三外殼6后部的外側壁上設置有環形凹槽9,第三外殼6的后部伸入到后方相鄰模塊的第一外殼11內部，若干個螺釘的前方穿過第一外殼11的側壁設置在第三外殼6的環形凹槽9內，且螺釘沿第一外殼11的圓周均勻分布；保證相鄰模塊之間能夠相對轉動，但不能沿軸向移動。
[0032]所述上、下橫桿10平行設置，并與第一、第二外殼相鉸接后形成平行四邊形，第一、第二外殼作為平行四邊形的豎桿，鉸接點作為平行四邊形的頂點。
[0033]所述偏轉關節舵機I通過第一支架2固定在第三外殼6內，在第一支架2上設置有通孔，偏轉關節舵機I通過通孔固定在第一支架2上，第一支架2的頂端和底端均通過螺釘固定在第三外殼6內，在第一支架2的中部固定有第二支架3，第二支架3為水平設置的矩形框結構，第二支架3套裝在偏轉關節舵機I和第一支架2的中部，用于連接偏轉關節舵機I和第一支架2，翻滾關節舵機舵臂8固定在第二支架3的后端。
[0034]所述翻滾關節舵機14通過第三支架15固定在第一外殼11內，在第三支架15上設置有通孔，翻滾關節舵機14通過通孔固定在第三支架15上，第三支架15的左、右兩端均通過螺釘固定在第一外殼11內，在第三支架15的中部固定有第四支架16，第四支架16為豎直設置的矩形框結構，第四支架16套裝在翻滾關節舵機14和第三支架15的中部，用于連接翻滾關節舵機14和第三支架15。
[0035]所述偏轉關節舵機I的上、下輸出軸分別與上、下偏轉關節舵機舵臂8之間通過螺栓相連接，避免打滑和軸向移動。
[0036]所述翻滾關節舵機14的輸出軸與相鄰模塊的翻滾關節舵機舵臂5之間通過螺栓相連接，避免打滑和軸向移動。
[0037]所述第一、第二、第三外殼均采用蛇的肋骨形狀，避免了圓筒形外殼在運動中易引起的非自主的翻滾，使運動更平穩。
[0038]所述的偏轉關節舵機I的型號為HSR-8498HB ;所述的翻滾關節舵機14的型號為HS-85MG ;所述的電動伸縮桿13的型號為YNT-03。
[0039]下面結合【專利附圖】
【附圖說明】本實施例的運動過程:
[0040]如圖1?圖6所示，本發明機器人的平面蜿蜒是靠各模塊與地面之間動摩擦力來實現驅動的，動摩擦力的大小是本發明機器人對地面的正壓力與動摩擦系數的乘積。當本發明機器人在表面粗糙的平地上前行時，各模塊的偏轉關節舵機I的輸出軸轉動不同的角度，偏轉關節舵機舵臂8隨之轉動，帶動各模塊的第二、第三外殼之間相對轉動，使本發明機器人形成類似正弦波的形狀，實現了本發明的偏轉運動；與此同時，相鄰模塊的翻滾關節舵機22的輸出軸向相反方向轉動，使相鄰模塊之間相對轉動，實現了本發明的翻滾運動；本發明的偏轉運動使其在平地上蜿蜒前行，在本發明的第一、第二、第三外殼與地面動摩擦系數不變的情況下，翻滾運動過程增大了本發明整體對地面的正壓力，即增大了各模塊與地面之間的動摩擦力，使本發明機器人向前運動的效率更高。
[0041]在地面情況復雜的救援現場，需要進行越障時，首先，第一模塊18的電動伸縮桿13伸長，帶動四邊形機構4變形，第一模塊18抬起，重心后移，采用同樣的方式第二、第三模塊依次抬起，使第一模塊18搭在障礙物的邊緣，并借助障礙物的支持力和自身的驅動，將各模塊移動到障礙物上完成越障過程。
【權利要求】
1.一種基于四邊形機構的蛇形機器人，其特征在于由若干個相同的模塊首尾依次相連組成，每個模塊均由四邊形機構、偏轉關節舵機、偏轉關節舵機舵臂、第三外殼、翻滾關節舵機及翻滾關節舵機舵臂組成；四邊形機構由第一外殼、第二外殼、伸縮桿及上、下橫桿組成，上、下橫桿分別設置在第一、第二外殼之間的上、下兩側，上、下橫桿的兩端與第一、第二外殼之間分別通過銷軸相鉸接，并形成四邊形，第一、第二外殼作為四邊形的豎桿，鉸接點作為四邊形的頂點，伸縮桿設置在四邊形的對角線位置，伸縮桿兩端通過通孔套裝在對應的銷軸上；第二外殼與第三外殼之間通過偏轉關節舵機和偏轉關節舵機舵臂相連接，偏轉關節舵機的上、下輸出軸的外齒輪分別與上、下偏轉關節舵機舵臂的內端的內齒輪相嚙合，上、下偏轉關節舵機舵臂的外端分別固定在第二外殼的上、下兩側，偏轉關節舵機固定在第三外殼內；翻滾關節舵機固定在第一外殼的前部，翻滾關節舵機舵臂固定在偏轉關節舵機的后端；翻滾關節舵機前端的輸出軸的外齒輪與前方相鄰模塊的翻滾關節舵機舵臂的內齒輪相哨合；相鄰模塊的連接方式有如下兩種，第一種:在第一外殼前部的外側壁上設置有環形凹槽，第一外殼的前部伸入到前方相鄰模塊的第三外殼內部，若干個螺釘的底端穿過第三外殼的側壁設置在第一外殼的環形凹槽內；第二種:在第三外殼后部的外側壁上設置有環形凹槽，第三外殼的后部伸入到后方相鄰模塊的第一外殼內部，若干個螺釘的底端穿過第一外殼的側壁設置在第三外殼的環形凹槽內。
2.根據權利要求1所述的基于四邊形機構的蛇形機器人，其特征在于所述上、下橫桿平行設置，并與第一、第二外殼相鉸接后形成平行四邊形，第一、第二外殼作為平行四邊形的豎桿，鉸接點作為平行四邊形的頂點。
3.根據權利要求1所述的基于四邊形機構的蛇形機器人，其特征在于所述偏轉關節舵機通過第一支架固定在第三外殼內，在第一支架上設置有通孔，偏轉關節舵機通過通孔固定在第一支架上，第一支架的頂端和底端均固定在第三外殼內，在第一支架的中部固定有第二支架，第二支架為水平設置的矩形框結構，第二支架套裝在偏轉關節舵機和第一支架的中部，翻滾關節舵機舵臂固定在第二支架的后端。
4.根據權利要求1所述的基于四邊形機構的蛇形機器人，其特征在于所述翻滾關節舵機通過第三支架固定在第一外殼內，在第三支架上設置有通孔，翻滾關節舵機通過通孔固定在第三支架上，第三支架的左、右兩端均固定在第一外殼內，在第三支架的中部固定有第四支架，第四支架為豎直設置的矩形框結構，第四支架套裝在翻滾關節舵機和第三支架的中部。
5.根據權利要求1所述的基于四邊形機構的蛇形機器人，其特征在于所述第一、第二、第三外殼均采用蛇的肋骨形狀。
【文檔編號】B62D57/02GK104002888SQ201410240391
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年5月30日 優先權日:2014年5月30日
【發明者】房立金, 徐兵 申請人:東北大學
【專利摘要】一種基于四邊形機構的蛇形機器人，屬于機器人研究和工程【技術領域】，特別是涉及一種基于四邊形機構的蛇形機器人。本發明實現了三維運動：通過四邊形機構的變形實現了俯仰運動，易于爬坡，增強了越障能力，通過偏轉關節舵機和翻滾關節舵機分別實現了偏轉及翻滾運動；采用模仿蛇的肋骨形狀的外殼，使運動更平穩。本發明由若干個相同的模塊首尾依次相連組成，每個模塊均由四邊形機構、偏轉關節舵機、偏轉關節舵機舵臂、第三外殼、翻滾關節舵機及翻滾關節舵機舵臂組成；四邊形機構由第一外殼、第二外殼、伸縮桿及上、下橫桿組成。
【專利說明】一種基于四邊形機構的蛇形機器人
【技術領域】
[0001]本發明屬于機器人研究和工程【技術領域】，特別是涉及一種基于四邊形機構的蛇形機器人。
【背景技術】
[0002]當代機器人的研究領域已從結構環境下的定點作業向非結構環境下的自主作業方向發展，傳統方法設計的機器人很難滿足這種要求，各國研究者紛紛把目光轉向了自然界中形形色色的動物，仿生機器人的研究越來越多，蛇形機器人具有多關節、多自由度、多冗余度等優點，可以根據不同環境變換運動模式，具有較強的環境適應能力，因此蛇形機器人也成為仿生機器人研究的熱點。
[0003]其中，一種蛇形機器人，如日本的Hirose教授研制的ACM-R3，相鄰兩關節采用正交連接，可以實現三維運動，該機器人采用小輪布置在體外，存在實際野外環境適應性較差的缺點。中國專利CNI269620C公開了 “一種蛇形機器人”，由于該蛇形機器人體型細長，重心低，更適合在廢墟的復雜環境下運動。其不足之處是它的蛇身采用記憶合金彈簧連接，僅在底部設置用于行走的足，受記憶合金特性及足的設置位置限定，該機器人只能采用蠕動的前進方式，且不能實現翻滾前進，前進速度慢，這些缺陷限制了該蛇形機器人在災難救援中的應用。
[0004]還有一種蛇形機器人，使用幾條履帶把機器蛇周身覆蓋，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，因此此種結構的蛇形機器人只能適用于寬大的環境。
[0005]還有一種蛇形機器人是采用蜿蜒前進方式，對地面平整度要求高，不適合在廢墟內爬行。現有蛇形機器人有的不具有外殼，有的具有圓筒形或方形外殼，圓筒形外殼在復雜地形運動中容易引起非自主的翻滾，沒有外殼或方形外殼在蜿蜒運動中阻力較大。
【發明內容】
[0006]針對現有技術存在的問題，本發明提供一種基于四邊形機構的蛇形機器人，該蛇形機器人實現了三維運動:通過四邊形機構的變形實現了俯仰運動，易于爬坡，增強了越障能力，通過偏轉關節舵機和翻滾關節舵機分別實現了偏轉及翻滾運動；采用模仿蛇的肋骨形狀的外殼，使運動更平穩。
[0007]為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案:一種基于四邊形機構的蛇形機器人，由若干個相同的模塊首尾依次相連組成，每個模塊均由四邊形機構、偏轉關節舵機、偏轉關節舵機舵臂、第三外殼、翻滾關節舵機及翻滾關節舵機舵臂組成；四邊形機構由第一外殼、第二外殼、伸縮桿及上、下橫桿組成，上、下橫桿分別設置在第一、第二外殼之間的上、下兩側，上、下橫桿的兩端與第一、第二外殼之間分別通過銷軸相鉸接，并形成四邊形，第一、第二外殼作為四邊形的豎桿，鉸接點作為四邊形的頂點，伸縮桿設置在四邊形的對角線位置，伸縮桿兩端通過通孔套裝在對應的銷軸上；第二外殼與第三外殼之間通過偏轉關節舵機和偏轉關節舵機舵臂相連接，偏轉關節舵機的上、下輸出軸的外齒輪分別與上、下偏轉關節舵機舵臂的內端的內齒輪相嚙合，上、下偏轉關節舵機舵臂的外端分別固定在第二外殼的上、下兩側，偏轉關節舵機固定在第三外殼內；翻滾關節舵機固定在第一外殼的前部，翻滾關節舵機舵臂固定在偏轉關節舵機的后端；翻滾關節舵機前端的輸出軸的外齒輪與前方相鄰模塊的翻滾關節舵機舵臂的內齒輪相嚙合；相鄰模塊的連接方式有如下兩種，第一種:在第一外殼前部的外側壁上設置有環形凹槽，第一外殼的前部伸入到前方相鄰模塊的第三外殼內部，若干個螺釘的底端穿過第三外殼的側壁設置在第一外殼的環形凹槽內；第二種:在第三外殼后部的外側壁上設置有環形凹槽，第三外殼的后部伸入到后方相鄰模塊的第一外殼內部，若干個螺釘的底端穿過第一外殼的側壁設置在第三外殼的環形凹槽內。
[0008]所述上、下橫桿平行設置，并與第一、第二外殼相鉸接后形成平行四邊形，第一、第二外殼作為平行四邊形的豎桿，鉸接點作為平行四邊形的頂點。
[0009]所述偏轉關節舵機通過第一支架固定在第三外殼內，在第一支架上設置有通孔，偏轉關節舵機通過通孔固定在第一支架上，第一支架的頂端和底端均固定在第三外殼內，在第一支架的中部固定有第二支架，第二支架為水平設置的矩形框結構，第二支架套裝在偏轉關節舵機和第一支架的中部，翻滾關節舵機舵臂固定在第二支架的后端。
[0010]所述翻滾關節舵機通過第三支架固定在第一外殼內，在第三支架上設置有通孔，翻滾關節舵機通過通孔固定在第三支架上，第三支架的左、右兩端均固定在第一外殼內，在第三支架的中部固定有第四支架，第四支架為豎直設置的矩形框結構，第四支架套裝在翻滾關節舵機和第三支架的中部。
[0011]所述第一、第二、第三外殼均采用蛇的肋骨形狀。
[0012]本發明的有益效果:
[0013]1、抬頭運動更簡單、爬坡能力增強:
[0014]本發明蛇形機器人通過四邊形機構具有了俯仰自由度，使抬頭運動更容易實現，與傳統結構的蛇形機器人相比爬坡能力增強，提高了越障能力；
[0015]2、運動穩定性好:
[0016]本發明蛇形機器人的外殼模仿蛇的肋骨形狀，避免了圓筒形外殼在運動中易引起的非自主的翻滾，在復雜的地面環境中，提高了運動穩定性；
[0017]3、整體重量輕:
[0018]本發明蛇形機器人將第一、第二外殼等效為四邊形的豎桿，在保留四邊形機構特征的前提下使結構更簡單，減輕了整體重量。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1為本發明的基于四邊形機構的蛇形機器人的結構示意圖；
[0020]圖2為本發明的一個模塊的結構示意圖；
[0021]圖3為本發明的四邊形機構的結構示意圖；
[0022]圖4為安裝軸承后的本發明的電動伸縮桿的結構示意圖；
[0023]圖5為本發明的偏轉關節舵機、偏轉關節舵機舵臂、翻滾關節舵機舵臂、第三外殼及第一、第二支架連接后的結構示意圖；
[0024]圖6為本發明的翻滾關節舵機、第一外殼及第三、第四支架連接后的結構示意圖；[0025]圖中，I—偏轉關節舵機，2—第一支架，3—第二支架，4—四邊形機構，5—翻滾關節舵機舵臂，6—第三外殼，7—第二外殼，8—偏轉關節舵機舵臂，9一環形凹槽，10-橫桿，11 一第一外殼，12-銷軸，13-伸縮桿，14-翻滾關節舵機，15-第三支架，16-第四支架，17—軸承，18一第一模塊,19一第二模塊，20—第二模塊，21一第四模塊，22一第五模塊，23一第六模塊。
【具體實施方式】
[0026]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。
[0027]如圖1?圖6所示，一種基于四邊形機構的蛇形機器人，由六個相同的模塊首尾依次相連組成，六個模塊從頭到尾依次為:第一模塊18、第二模塊19、第三模塊20、第四模塊21、第五模塊22及第六模塊23 ;每個模塊均具有俯仰、偏轉、翻滾三個自由度的運動功能，其中，俯仰運動通過四邊形機構4的變形來實現，偏轉及翻滾運動分別通過偏轉關節舵機I和翻滾關節舵機14實現；每個模塊均由四邊形機構4、偏轉關節舵機1、偏轉關節舵機舵臂
8、第三外殼6、翻滾關節舵機14及翻滾關節舵機舵臂5組成；
[0028]四邊形機構4由第一外殼11、第二外殼7、電動伸縮桿13及上、下橫桿10組成，上、下橫桿10分別設置在第一、第二外殼之間的上、下兩側，上、下橫桿10的兩端與第一、第二外殼之間分別通過銷軸12相鉸接，并形成四邊形，第一、第二外殼作為四邊形的豎桿，鉸接點作為四邊形的頂點，電動伸縮桿13設置在四邊形的對角線位置，電動伸縮桿13兩端分別通過通孔套裝在對應的銷軸12上，且電動伸縮桿13與所述銷軸12之間通過軸承17相連接；電動伸縮桿13通過伸縮驅動四邊形機構4變形；
[0029]第二外殼7與第三外殼6之間通過偏轉關節舵機I和偏轉關節舵機舵臂8相連接，偏轉關節舵機I的上、下輸出軸的外齒輪分別與上、下偏轉關節舵機舵臂8的內端的內齒輪相嚙合，上、下偏轉關節舵機舵臂8的外端分別固定在第二外殼7的上、下兩側，偏轉關節舵機I固定在第三外殼6內；
[0030]翻滾關節舵機14固定在第一外殼11的前部，翻滾關節舵機舵臂5固定在偏轉關節舵機I的后端；翻滾關節舵機14前端的輸出軸的外齒輪與前方相鄰模塊的翻滾關節舵機舵臂5的內齒輪相嚙合；
[0031]相鄰模塊的連接方式有如下兩種，第一種:在第一外殼11前部的外側壁上設置有環形凹槽9，第一外殼11的前部伸入到前方相鄰模塊的第三外殼6內部，若干個螺釘的底端穿過第三外殼6的側壁設置在第一外殼11的環形凹槽9內，且螺釘沿第三外殼6的圓周均勻分布；第二種:在第三外殼6后部的外側壁上設置有環形凹槽9,第三外殼6的后部伸入到后方相鄰模塊的第一外殼11內部，若干個螺釘的前方穿過第一外殼11的側壁設置在第三外殼6的環形凹槽9內，且螺釘沿第一外殼11的圓周均勻分布；保證相鄰模塊之間能夠相對轉動，但不能沿軸向移動。
[0032]所述上、下橫桿10平行設置，并與第一、第二外殼相鉸接后形成平行四邊形，第一、第二外殼作為平行四邊形的豎桿，鉸接點作為平行四邊形的頂點。
[0033]所述偏轉關節舵機I通過第一支架2固定在第三外殼6內，在第一支架2上設置有通孔，偏轉關節舵機I通過通孔固定在第一支架2上，第一支架2的頂端和底端均通過螺釘固定在第三外殼6內，在第一支架2的中部固定有第二支架3，第二支架3為水平設置的矩形框結構，第二支架3套裝在偏轉關節舵機I和第一支架2的中部，用于連接偏轉關節舵機I和第一支架2，翻滾關節舵機舵臂8固定在第二支架3的后端。
[0034]所述翻滾關節舵機14通過第三支架15固定在第一外殼11內，在第三支架15上設置有通孔，翻滾關節舵機14通過通孔固定在第三支架15上，第三支架15的左、右兩端均通過螺釘固定在第一外殼11內，在第三支架15的中部固定有第四支架16，第四支架16為豎直設置的矩形框結構，第四支架16套裝在翻滾關節舵機14和第三支架15的中部，用于連接翻滾關節舵機14和第三支架15。
[0035]所述偏轉關節舵機I的上、下輸出軸分別與上、下偏轉關節舵機舵臂8之間通過螺栓相連接，避免打滑和軸向移動。
[0036]所述翻滾關節舵機14的輸出軸與相鄰模塊的翻滾關節舵機舵臂5之間通過螺栓相連接，避免打滑和軸向移動。
[0037]所述第一、第二、第三外殼均采用蛇的肋骨形狀，避免了圓筒形外殼在運動中易引起的非自主的翻滾，使運動更平穩。
[0038]所述的偏轉關節舵機I的型號為HSR-8498HB ;所述的翻滾關節舵機14的型號為HS-85MG ;所述的電動伸縮桿13的型號為YNT-03。
[0039]下面結合【專利附圖】
【附圖說明】本實施例的運動過程:
[0040]如圖1?圖6所示，本發明機器人的平面蜿蜒是靠各模塊與地面之間動摩擦力來實現驅動的，動摩擦力的大小是本發明機器人對地面的正壓力與動摩擦系數的乘積。當本發明機器人在表面粗糙的平地上前行時，各模塊的偏轉關節舵機I的輸出軸轉動不同的角度，偏轉關節舵機舵臂8隨之轉動，帶動各模塊的第二、第三外殼之間相對轉動，使本發明機器人形成類似正弦波的形狀，實現了本發明的偏轉運動；與此同時，相鄰模塊的翻滾關節舵機22的輸出軸向相反方向轉動，使相鄰模塊之間相對轉動，實現了本發明的翻滾運動；本發明的偏轉運動使其在平地上蜿蜒前行，在本發明的第一、第二、第三外殼與地面動摩擦系數不變的情況下，翻滾運動過程增大了本發明整體對地面的正壓力，即增大了各模塊與地面之間的動摩擦力，使本發明機器人向前運動的效率更高。
[0041]在地面情況復雜的救援現場，需要進行越障時，首先，第一模塊18的電動伸縮桿13伸長，帶動四邊形機構4變形，第一模塊18抬起，重心后移，采用同樣的方式第二、第三模塊依次抬起，使第一模塊18搭在障礙物的邊緣，并借助障礙物的支持力和自身的驅動，將各模塊移動到障礙物上完成越障過程。
【權利要求】
1.一種基于四邊形機構的蛇形機器人，其特征在于由若干個相同的模塊首尾依次相連組成，每個模塊均由四邊形機構、偏轉關節舵機、偏轉關節舵機舵臂、第三外殼、翻滾關節舵機及翻滾關節舵機舵臂組成；四邊形機構由第一外殼、第二外殼、伸縮桿及上、下橫桿組成，上、下橫桿分別設置在第一、第二外殼之間的上、下兩側，上、下橫桿的兩端與第一、第二外殼之間分別通過銷軸相鉸接，并形成四邊形，第一、第二外殼作為四邊形的豎桿，鉸接點作為四邊形的頂點，伸縮桿設置在四邊形的對角線位置，伸縮桿兩端通過通孔套裝在對應的銷軸上；第二外殼與第三外殼之間通過偏轉關節舵機和偏轉關節舵機舵臂相連接，偏轉關節舵機的上、下輸出軸的外齒輪分別與上、下偏轉關節舵機舵臂的內端的內齒輪相嚙合，上、下偏轉關節舵機舵臂的外端分別固定在第二外殼的上、下兩側，偏轉關節舵機固定在第三外殼內；翻滾關節舵機固定在第一外殼的前部，翻滾關節舵機舵臂固定在偏轉關節舵機的后端；翻滾關節舵機前端的輸出軸的外齒輪與前方相鄰模塊的翻滾關節舵機舵臂的內齒輪相哨合；相鄰模塊的連接方式有如下兩種，第一種:在第一外殼前部的外側壁上設置有環形凹槽，第一外殼的前部伸入到前方相鄰模塊的第三外殼內部，若干個螺釘的底端穿過第三外殼的側壁設置在第一外殼的環形凹槽內；第二種:在第三外殼后部的外側壁上設置有環形凹槽，第三外殼的后部伸入到后方相鄰模塊的第一外殼內部，若干個螺釘的底端穿過第一外殼的側壁設置在第三外殼的環形凹槽內。
2.根據權利要求1所述的基于四邊形機構的蛇形機器人，其特征在于所述上、下橫桿平行設置，并與第一、第二外殼相鉸接后形成平行四邊形，第一、第二外殼作為平行四邊形的豎桿，鉸接點作為平行四邊形的頂點。
3.根據權利要求1所述的基于四邊形機構的蛇形機器人，其特征在于所述偏轉關節舵機通過第一支架固定在第三外殼內，在第一支架上設置有通孔，偏轉關節舵機通過通孔固定在第一支架上，第一支架的頂端和底端均固定在第三外殼內，在第一支架的中部固定有第二支架，第二支架為水平設置的矩形框結構，第二支架套裝在偏轉關節舵機和第一支架的中部，翻滾關節舵機舵臂固定在第二支架的后端。
4.根據權利要求1所述的基于四邊形機構的蛇形機器人，其特征在于所述翻滾關節舵機通過第三支架固定在第一外殼內，在第三支架上設置有通孔，翻滾關節舵機通過通孔固定在第三支架上，第三支架的左、右兩端均固定在第一外殼內，在第三支架的中部固定有第四支架，第四支架為豎直設置的矩形框結構，第四支架套裝在翻滾關節舵機和第三支架的中部。
5.根據權利要求1所述的基于四邊形機構的蛇形機器人，其特征在于所述第一、第二、第三外殼均采用蛇的肋骨形狀。
【文檔編號】B62D57/02GK104002888SQ201410240391
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年5月30日 優先權日:2014年5月30日
【發明者】房立金, 徐兵 申請人:東北大學
相關技術
網友詢問留言
已有0條留言
- 還沒有人留言評論。精彩留言會獲得點贊！
1