[發明專利]單向被動輪接觸機構的蛇形機器人及其控制方法

有效

• 申請號: 201510301259.4
• 申請日: 2015-06-05
• 公開（公告）號: CN105033991B
• 公開（公告）日: 2017-06-27
• 發明（設計）人: 盧振利;劉超;孫凱翔;謝亞飛;馮大宇;毛麗民;單長考
• 申請（專利權）人: 常熟理工學院
• 主分類號: B25J9/06
• 分類號: B25J9/06;B25J5/00;B25J13/00
• 代理公司: 南京理工大學專利中心32203
• 代理人: 朱顯國

技術領域

本發明屬于電子信息技術，更具體的是一種單向被動輪接觸機構的蛇形機器人。

背景技術

蛇形機器人，是一種能夠模仿生物蛇運動的新型仿生機器人。由于它能像生物一蛇形機器人樣實現“無肢運動”，因而被國際機器人業界稱為“最富于現實感的機器人"。日本東京科技大學于1972年研制出世界上第一條蛇形機器人，其速度可達40厘米/秒。而美國的蛇形機器人研究則代表了當今世界的先進水平。2000年10月，美國航空航天局在加利福尼亞裝備研制中心展示了一種用于外太空探險的蛇形機器人，它能在一些復雜地形行走時如履平地，運動十分靈活，并具有探測、偵探等多種功能。從仿生學的角度，結合機器人動力學和摩擦學等的相關理論，建立了基于行為控制理論的蛇類運動學模型，把蛇類生物的復雜運動形式化解為局部的、簡單的運動形式。采用模塊化設計思路，每個關節均可很容易進行拆卸。機器蛇的8個關節整體形成一個高冗余度的結構體，很容易模仿實現蛇體的復雜運動形式。為了減少機器蛇的運動中的摩擦阻力，在機器蛇兩側安裝有從動輪，實現了蛇體的平穩游動，增強了蛇形機器人的靈活性和機動性。采用輕型耐磨塑料制造蛇形機器人的主要結構，既減輕了蛇體的重量，又降低了加工的成本。

目前常用的蛇形機器人是通過雙向被動輪機構與地面接觸，實現縱橫向摩擦比的不同，在地面進行蜿蜒運動，在進行蜿蜒運動的時候有兩個缺點：

1、蛇形機器人是通過扭動身體來推進機器人前進，但部分關節有滑動和后退的現象。

2、蛇形機器人在有坡度的地面進行蜿蜒運動的時候，無法使機器人靜止在坡面完成給定探測任務。

發明內容

1、本發明的目的。

本發明為了能夠解決在路面平整度不夠的情況下，蛇形機器人無法再坡面保持靜止完成作業，而提出的一種單向被動輪接觸機構的蛇形機器人。

2、本發明所采用的技術方案。

單向被動輪接觸機構的蛇形機器人，包括蛇形關節模塊，所述的蛇形關節模塊包括活動板、轉軸、連接板、控制器；所述的活動板為U形，一端開口的兩個壁叫側壁，與開口相對的壁叫底壁，所述的連接板也為U形，控制器安裝在連接板的內部，連接板通過轉軸與活動板相連；一個蛇形關節模塊的連接板與下一個蛇形關節模塊的活動板垂直連接形成蛇形正交關節模塊；其中所述的蛇形正交關節模塊中活動板開口朝向水平方向的蛇形關節模塊，其朝向地面的側壁安裝有單向被動輪接觸機構；所述的單向被動輪接觸機構包括U形舵機架、單向輪、圓柱銷、軸承固定管、舵盤、螺絲，圓柱銷穿過單向輪的軸心，圓柱銷兩端固定在舵機架上，通過兩個軸承固定管將單向輪限位在舵機架中間。

所述的單向輪包括單向軸承和橡膠圈，橡膠圈固定在單向軸承上面。

所述的圓柱銷通過舵機盤固定在舵機架上。

所述的舵機盤通過螺絲固定在舵機架上。

所述的單向輪的半徑小于舵機架的側壁。

所述的橡膠圈的寬度大于等于單向軸承的寬度。

一種單向被動輪接觸機構的蛇形機器人控制方法：

步驟（1）、上位機識別輸入的控制指令；

步驟（2）、上位機將控制指令通過通信模塊傳輸到下位機的通信模塊；

步驟（3）、下位機將指令輸入到蛇形機器人關節控制器；

步驟（4）、蛇形機器人關節控制器控制蛇形機器人關節進行動作。

所述的通信模塊采用藍牙通信模塊。

3、本發明的有益效果。

本發明所設計的蛇形機器人坡面道路與地面的互相作用時能夠保持靜止。在平地時具有和雙向被動輪一樣的特點，運動時可以改變縱橫向摩擦比，使蛇形機器人實現流暢的蜿蜒運動。 在坡面時該單向輪能夠使蛇形機器人通過蜿蜒運動實現爬坡功能，并且利用單向轉動的特性，使蛇形機器人能夠在坡面以任意姿態靜止或者轉頭等勘測任務。本發明可以在在60度坡面進行直線靜止和轉頭探測作業，靈活度好，靜止瞬間滑動距離為接近于0。

附圖說明

圖1為本發明蛇形關節模塊結構圖。

圖2為本發明蛇形正交關節模塊結構圖。

圖3為本發明單向被動輪接觸機構正視圖。

圖4為本發明單向輪結構圖。

圖5為本發明單向被動輪接觸機構側視圖。

圖6為本發明單向被動輪接觸機構附視圖。

圖7為本發明帶有單向被動輪接觸機構的蛇形正交關節模塊結構圖。

圖8為本發明蛇形機器人結構圖。

圖9為本發明控制蛇形機器人方法流程圖。

具體實施方式