[發明專利]多關節氣動蛇形機器人

有效

• 申請號: 201310315745.2
• 申請日: 2013-07-25
• 公開（公告）號: CN103419854A
• 公開（公告）日: 2013-12-04
• 發明（設計）人: 劉昊;汪文廣;張京韌;方詩麟;陳高翔;陶國良
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: B62D57/02
• 分類號: B62D57/02
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林懷禹

技術領域

本發明涉及機器人結構，尤其是涉及一種多關節氣動蛇形機器人。

背景技術

移動機器人已經廣泛應用于社會生活的各個領域，具有輕小快等優點的小型機器人尤其受到人們的青睞。雖然機器人運動形式有很多種，但是大多還是只能在地形較為簡單的環境下運行，目前還很難通過野外實際環境，自然環境下的復雜地形和復雜條件如水洼，洞穴等都是現在移動機器人的很大挑戰。

生物蛇因其柔軟多變的身軀而具備多種運動形式，使它能夠適應各種復雜的地理環境。蛇被認為是越障能力最強的動物之一。近幾年，國內外有各類模仿生物蛇的結構形式和運動規律的蛇形機器人的研究，并且取得了許多研究成果。目前的蛇形機器人主要是以模仿蛇形機構的運動原理以及蛇行走時的多種運動模式為主。具體是通過改變各個關節之間的相對運動角度來使蛇體模仿蛇的蜿蜒、伸縮、側向等運動方式。

其中，有一種蛇形機器人采用舵機驅動的扭動前進方式，相鄰關節之間只有一個自由度，受其結構限制，存在動力不足，動作速度慢，越障困難的缺點。另外一種蛇形機器人，通過電機驅動布置在體外的小輪來實現蛇形移動，存在在實際野外環境中適應性較差的缺點。另外一種蛇形機器人，用電機帶動覆蓋蛇形機器人全身的幾條履，雖然可以實現全身動力，但存在結構復雜，體積大重量大，耗能較大等缺點。還有一種蛇形機器人，采用電機帶動纏在機器蛇周身的機器蛇繩的方式，控制蛇形機器人前進，但是存在機構復雜，蛇繩容易發生相互纏繞等問題。

目前的主要驅動方式為電機或舵機驅動，由于蛇形機器人的發展方向是越來越小，因此裝在蛇形機器人上的電機功率都比較小，因此很難實現蛇形機器人的快速動作，也很難越過陡峭復雜的地形。另外，由于這些蛇形機器人上有電機舵機等帶電設備，因此它們在潮濕或者淺水區域活動時，需要考慮復雜的防水技術。已有的蛇形機器人的兩個關節之間只有一個或者兩個自由度，需要大量關節串聯才能實現較為復雜運動，這顯著增加了蛇形機器人的體積，制約了其適應性。

發明內容

針對上述現有的技術缺陷，本發明的目的是提供了一種多關節氣動蛇形機器人，可以完成一般機器蛇的蜿蜒，扭動，側向，蠕動等運動方式，甚至還可以實現抬頭，伸縮，攀爬等其他機器人很難實現的動作。

為了實現上述目的，本發明采取的技術方案是：

本發明主要由多個結構相同的3-RPS并聯機構的蛇身關節串聯組成；蛇身關節：均包括連接板和三個結構相同的執行器部件；連接板的同一圓周上開有等分分布的三個通孔，連接板的圓周側面分別開有三個缺口，三個通孔和三個缺口相位差為60°；

每個執行器部件：均包括微型氣缸、U型支架、球鉸副和U型連接板；微型氣缸固定在U型支架一側的上面，氣缸活塞桿與U型連接板底面固接，U型支架另一側的下面固定有球鉸副，U型連接板兩側的孔內裝有連接板鉸軸，露出U型連接板兩側外的連接板鉸軸兩端分別與兩側的連接板軸座孔構成轉動副，連接板的兩側分別嵌入連接板的圓周側面缺口中固定，球鉸副與下一個蛇身關節的下連接板的一個通孔過盈配合；同理，另外二個執行器部件也與所述連接板各自連接板的圓周側面的缺口和下一個蛇身關節的連接板孔連接，依次類推構成多關節氣動蛇形機器人。

本發明具有有益效果是：

?1.本發明為直線氣動驅動，氣動執行器輸出力和工作速度的調節非常容易，本發明運行響應高，行走速度快。

2.本發明利用氣動元件小型化和低功耗的特點，結構簡單輕巧，可靠性高。

3.本發明蛇身部分沒有帶電設備，可以在潮濕泥濘的復雜地形中行進。

4.本發明每一個模塊具有三個自由度，可以實現偏轉，俯仰及伸縮運動，運動靈活；可以完成一般機器蛇的蜿蜒，扭動，側向，蠕動等運動方式，甚至還可以實現抬頭，伸縮，攀爬等其他機器人很難實現的動作。

5.本發明具有體積小，實用性強，越障能力強，速度快等特點，解決了現有技術中的機器蛇動力不足，機構復雜，適應性差等瓶頸問題。

附圖說明

圖1是本發明的整體結構示意圖。

圖2是本發明單個3-RPS并聯機構形式的蛇身關節結構圖。

圖3是本發明單個模塊的執行器部分的結構示意圖。

圖4是本發明連接板部分的結構示意圖。