行偵查。
[0030]9.機構可以長時間運行，可以完成較長時間的偵察任務。
[0031]10.體積較小，行動靈活，便于隱藏。
【附圖說明】
[0032]圖1為一種偵察型可越障機器蛇的結構示意圖一正視圖
[0033]圖2為一種偵察型可越障機器蛇的結構示意圖一軸測圖
[0034]圖3為吸附裝置結構示意意圖
[0035]圖4為底座結構示意圖，圖4(a)為底座正面結構，圖4(b)為底座正面結構
[0036]圖5為后輪驅動結構示意圖
[0037]圖6為前輪結構示意圖
[0038]圖7為連接關節示意圖，圖7 (a)為連接關節轉彎主要機構，圖7 (b)為連接關節抬頭主要機構
[0039]圖8為抬頭齒輪結構示意圖
[0040]圖9為轉彎蝸輪結構示意圖
[0041]圖10為運動支架結構示意圖
[0042]圖11為轉彎機構示意圖
[0043]圖12為抬頭機構示意圖
[0044]圖13為攝像頭示意圖，圖13(a)為周向轉動機構，圖13 (b)為上下轉動機構
[0045]圖14為壁面迀移不意圖，圖14(a)外壁迀移，圖14(b)內壁迀移
[0046]具體實施方法
[0047]一種偵察型可越障機器蛇，其特征包括:后輪(I)、轉彎蝸桿(2)、吸附裝置(3)、前輪⑷、底座(5)、紅外探照燈(6)、3D攝像頭(7)、攝像頭擋片(8)、偵查攝像頭(9)、前蓋
(10)、后輪減速箱(11)、連接關節(12)、抬頭連接齒輪軸(13)、抬頭減速箱(14)、中蓋(15)、后蓋(16)、尾部天線(17)。
[0048]吸附方式的選擇。選擇翼型后向風扇(3.3)，能量損失小，整機效率高，運轉時噪聲小。機殼(3.4)的進氣口采用弧線形設計，既可固定風扇，又不妨礙吸附腔內的空氣甩出。風扇電機(3.1)、電機支座(3.2)、翼型后向風扇(3.3)、機殼(3.4)共同組成吸附裝置。底座5的設計，在底座設有多個凸出小方塊(5.1)，減少了空氣的流出，用兩側的柔性密封條(5.2)加強了氣流的密封性，使內外壓力差加大，改善底部進氣處的弧線并增加一個網狀阻擋盤(28)，既可以使空氣源源不斷的進入機殼，又可以讓進入機殼的空氣減少，使吸附更加牢靠。
[0049]機器蛇運動方式。由于整體需要輕量化，采用選擇車輪式作為機器蛇的行走方式。由于左右轉彎的R副帶有電機驅動，為了減少轉彎時受到的阻力，前輪(4)設計成萬向輪的結構，同時為了增大機器蛇與墻面間的摩擦力，在前后輪均增加花紋。運動時，由電機驅動后輪減速箱(11)，帶動后輪連接齒輪(13)轉動，驅動后輪(1)，由后輪⑴帶動前輪⑷完成機器蛇的運動。為了保證機器蛇的運動平穩，在前輪(4)處增加了減震器(4.1)。
[0050]機器蛇連接關節處的設計。要求不妨礙機器蛇的抬頭和轉彎運動。利用垂直和水平方向正交的關節來擬合蛇類生物柔軟的身體，采用兩個R副組成一個連接關節(12)，具有兩個方向的自由度。在連接關節的齒輪處扭簧(12.5)和蝸輪處扭簧(12.7)通過施加反向扭矩來限制抬頭齒輪(12.4)及轉彎蝸輪(12.6)的轉動，使蛇節可以準確的轉動預定角度。采用兩個電機分別驅動R副來控制抬頭運動和轉彎運動。采用模塊化設計，每個關節均可進行拆卸，可以根據不同任務的需要增減單元體的數量。
[0051]機器蛇轉彎、抬頭運動機構的設計。轉彎的實現，通過驅動電機使轉彎蝸桿(21)轉動，帶動與轉彎蝸桿(21)嚙合的轉彎蝸輪(12.6)轉動，完成蛇節的轉彎運動。通過電機驅動抬頭減速箱(14)，帶動抬頭連接齒輪軸(20)轉動，使與之嚙合的抬頭齒輪(12.4)轉動，完成蛇節的抬頭運動。抬頭關節處的左右兩端各有一對齒輪嗤合，使傳動更精確。
[0052]攝像頭的設計。攝像頭在水平方向的轉動，運用齒輪傳動機構，通過電機驅動小齒輪(24)轉動，帶動與大齒輪(23)連接的攝像頭機架(22)轉動，運行平穩，減少了轉動時的振動和不平穩。豎直方向的轉動，運用蝸輪蝸桿傳動機構，通過電機驅動蝸桿(26)轉動，從而帶動與攝像頭鏡筒連接的蝸輪(27)轉動，傳動平穩，噪音小。
[0053]經過調研發現，大多數爬壁機器人迀移性攀爬的功能欠缺，對壁面的適應性較差，基本只能實現一個平面的移動。針對這個問題，設計了一個可實現從一個壁面到另一個壁面的迀移的結構，并且不僅僅局限于垂直平面的迀移，任何角度或彎曲的平面均可。以機器蛇在兩個垂直墻面轉換為例來講解機器蛇的平面轉換原理。機器蛇每節的最大抬頭角度為60°，電機順時針轉，蛇節上抬，電機逆時針轉，蛇節下抬。通過各節上下抬頭的配合運動，結合蛇身的向前運動，實現機器蛇在內外壁面的迀移運動。在此期間不用擔心由于轉換時吸附力不夠導致蛇節掉落，因為每一節蛇身都是獨立系統，每一節都可通過電機的反轉回到壁面上。考慮到機器蛇迀移運動的過程和關節旋轉角為不大于±60°，采用至少六節的蛇形結構。
【主權項】
1.一種偵察型可越障機器蛇，其特征在于包括:后輪(I)、轉彎蝸桿(2)、吸附裝置(3)、前輪⑷、底座(5)、紅外探照燈(6)、3D攝像頭(7)、攝像頭擋片(8)、偵查攝像頭(9)、前蓋(10)、后輪減速箱(11)、連接關節(12)、抬頭連接齒輪軸(13)、抬頭減速箱(14)、中蓋(15)、后蓋(16)和尾部天線(17);機器蛇至少包括一節首節、一節中節、一節尾節；機器蛇連接關節(12)包括連接支架(12.1)、水平中軸(12.2)、運動支架(12.3)、抬頭齒輪(12.4)、齒輪處扭簧(12.5)、轉彎蝸輪(12.6)、蝸輪處扭簧(12.7)、豎直中軸(12.8)，連接支架(12.1)和運動支架(12.3)通過豎直中軸(12.8)連接，轉彎蝸輪(12.6)與豎直中軸(12.8)同軸，位于運動支架(12.3)下部第一凸臺(12.3.2)處，蝸輪處扭簧(12.7)與豎直中軸(12.8)同軸，位于轉彎蝸輪(12.6)下方第二凸臺(12.6.1)內部，固定轉彎蝸輪位置(12.6);配有第三凸臺(12.4.1)的抬頭齒輪(12.4)與水平中軸(12.2)同軸，位于運動支架(12.3)左右兩端第四凸臺(12.3.1)處，與運動支架(12.3)的第四凸臺(12.3.1)相配合；齒輪處扭簧(12.5)與水平中軸(12.2)同軸，位于抬頭齒輪(12.4)與運動支架(12.3)中間處，固定抬頭齒輪(12.4)位置； 兩蛇節之間通過連接關節(12)連接，連接關節(12)中的豎直中軸(12.8)與蛇節底座后方第五凸臺(5.3)同軸，構成轉動副，實現轉彎功能；連接關節(12)中的連接支架(12.1)與前一節通過四個固定螺栓(29)固定相對位置，底座(5)前方連接孔(5.4)與連接關節(12)內部的水平中軸(12.2)同軸，構成轉動副，實現抬頭功能；連接關節(12)中的運動支架(12.3)與后一節在底座(5)前方連接孔處(5.4)通過左右兩個連接螺栓(28)連接；吸附裝置位于底座(5)的正中央，與底座(5)通過螺栓連接；由風扇電機(3.1)、電機支座(3.2)、翼型后向風扇(3.3)、機殼(3.4)組成，由上到下放置順序依次為風扇電機(3.1)、電機支座(3.2)、翼型后向風扇(3.3)，機殼(3.4);機殼(3.4)下方采用弧線形設計，風扇電機(3.1)驅動翼型后向風扇(3.3)完成吸附；機器蛇上下抬頭通過抬頭連接齒輪軸(20)、抬頭減速箱(14)、連接關節(12)實現；抬頭減速箱(14)位于底座(5)中前方，抬頭連接齒輪軸(20)上的大齒輪與抬頭減速箱(14)內低速齒輪嚙合，抬頭連接齒輪軸(20)位于底座(5)前部上方，抬頭齒輪(12.4)與抬頭連接齒輪軸(20)的小齒輪嚙合；通過電機驅動抬頭減速箱(14)，帶動抬頭連接齒輪軸(20)轉動，使與之嚙合的抬頭齒輪(12.4)轉動，完成蛇節的抬頭運動；機器蛇轉彎通過轉彎蝸桿(21)、連接關節(12)實現，轉彎蝸桿(21)位于底座(5)中后方，與轉彎蝸輪(12.6)嚙合；通過驅動電機使轉彎蝸桿(21)轉動，帶動與轉彎蝸桿(21)嚙合的轉彎蝸輪(12.6)轉動，完成蛇節的轉彎運動。2.根據權利要求1中所述的一種偵察型可越障機器蛇，其特征在于:后輪驅動裝置由后輪減速箱(11)、后輪連接齒輪(18)、后輪連接桿(19)及后輪(I)組成，后輪減速箱(11)位于底座(5)中后方，后輪連接齒輪(18)與后輪減速箱(11)內低速齒輪嚙合，后輪連接桿(19)與后輪連接齒輪(18)同軸，并與后輪⑴連接；前輪⑷為萬向輪的結構，在前輪(4)處增加減震器(4.1);運動時，由電機驅動后輪減速箱(11)，帶動后輪連接齒輪(18)轉動，驅動后輪(1)，由后輪(I)帶動前輪(4)完成機器蛇的運動。3.根據權利要求1中所述的一種偵察型可越障機器蛇，其特征在于:偵察攝像頭位于首節的上方；偵察攝像頭水平方向的轉動，通過齒輪傳動機構實現，其中包括攝像頭固定支架(25)、小齒輪(24)、大齒輪(23)、攝像頭機架(22);攝像頭固定支架(25)位于首節底座中前方，大齒輪(23)與攝像頭機架(33)同軸，位于攝像頭固定支架中部，小齒輪(24)與大齒輪(23)嚙合，位于攝像頭固定支架(25)環形凸起處；通過電機驅動小齒輪(24)轉動，帶動與大齒輪(23)連接的攝像頭機架(22)轉動；偵查攝像頭豎直方向的轉動，運用蝸輪蝸桿傳動機構，通過電機驅動蝸桿(26)轉動，從而帶動與蝸輪(27)連接的攝像頭鏡筒轉動。4.根據權利要求1中所述的一種偵察型可越障機器蛇，其特征在于，通過蛇節的抬頭運動，實現-90°?90°的墻壁轉換。5.根據權利要求1中所述的一種偵察型可越障機器蛇，其特征在于，底座(5)設有凸出方塊(5.1)，用兩側的柔性密封條(5.2)加強氣流的密封性；底部進氣處采用流線型弧線設計，進氣處并增加網狀阻擋盤(28)，使吸附更加牢靠。6.根據權利要求1中所述的一種偵察型可越障機器蛇，其特征在于，在連接關節的齒輪處扭簧(12.5)和蝸輪處扭簧(12.7)通過施加反向扭矩來限制抬頭齒輪(12.4)及轉彎蝸輪(12.6)的轉動，使蛇節準確的轉動預定角度。
【專利摘要】一種偵察型可越障機器蛇屬于機器人領域。由于傳統爬壁機器人無法跨越90度的墻面，使得它們在普遍為直角設計的現代建筑上，寸步難行。跨越障礙物能力弱，導致其也不能涉足危險場地執行搜尋和檢測維護任務，致使其應用范圍少。針對傳統爬壁機器人的不足，與穩定性好、橫截面小、高柔性的蛇形機器人相結合，設計出了此款爬壁機器蛇。該機器蛇可以模仿蛇的抬頭和擺頭動作。利用蛇的抬頭運動，可使機器蛇在不同角度的壁面轉換自如，遷移性強。以車輪作為行走方式，并在運動關節處加入了緩沖扭簧，保證轉換角度的準確。在吸附方面，運用真空負壓原理使其吸附在壁面上，并通過比較分析，設計了一種底座結構來使吸附更加牢靠。攝像頭可360°轉動。
【IPC分類】B62D57/024, B62D57/02
【公開號】CN104925159
【申請號】CN201510389090
【發明人】石燁佳, 王建華, 馬丹躍, 盧垣燊, 劉志峰
【申請人】北京工業大學
【公開日】2015年9月23日
【申請日】2015年7月5日