[發明專利]一種機器蛇封閉表皮驅動裝置

有效

• 申請號: 201310075527.6
• 申請日: 2013-03-11
• 公開（公告）號: CN103112514A
• 公開（公告）日: 2013-05-22
• 發明（設計）人: 高峻峣;黃承祖;劉暢;蘇絢東;徐喆;劉軼;李鑫;孫文濤
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: B62D57/02
• 分類號: B62D57/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

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。