[發明專利]一種融合履帶式行進機構和蛇脖關節的多步態蛇形機器人

在審

• 申請號: 201910633259.2
• 申請日: 2019-07-15
• 公開（公告）號: CN110293543A
• 公開（公告）日: 2019-10-01
• 發明（設計）人: 阮曉鋼;劉鵬飛;朱曉慶;張家輝;郭威;余鵬程
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: B25J9/06
• 分類號: B25J9/06
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

本發明公開了一種融合履帶式行進機構和蛇脖關節的多步態蛇形機器人，包括蛇頭組件、蛇脖組件、若干蛇身組件和蛇尾組件。蛇頭組件和蛇尾組件均采用履帶式驅動設計，增強了蛇形機器人的運動能力；蛇脖組件的設計使得蛇形機器人能夠比較容易的做出抬頭動作，增強了蛇形機器人的越障能力，中間若干蛇身組件采用串聯正交連接，使得蛇形機器人具有在三維空間運動的能力，并且蛇身組件的骨架采用中空的設計，給控制系統和電源系統等提供了安裝空間。本發明的蛇形機器人能夠實現直線行進、蠕動爬行、側向翻滾等運動步態，適用于不同的地面環境。

技術領域

本發明屬于機器人技術領域，具體提供了一種融合履帶式行進機構和蛇脖關節的多步態蛇形機器人。

背景技術

與傳統的輪式、足式等移動機器人相比，蛇形機器人是一種具有多步態運動能力的高冗余度系統，具有很高的運動穩定性和環境適應能力，不僅廣泛應用在地震、火災、礦難等災害搜救工作中，而且也可以應用于軍事偵察、地外探索、管道勘察等惡劣環境和危險領域。

生物學的研究將蛇的運動分為四種運動模式：蜿蜒爬行、伸縮運動、直線爬行、側向盤旋前進。國內外的大多數學者都是從仿生的角度出發，對蛇的運動原理和運動形式做了大量的研究，其結構上主要有兩大特點：一是具有連接機器人軀干單元的賦有轉動功能的連接關節；二是具有機器人與外界接觸的輪關節。目前，蛇形機器人軀干單元均采用連桿式結構，輪關節可分為主動輪和從動輪，主動輪通過帶有動力的輪子為蛇形機器人提供動力，提高其爬行能力，但該結構的蛇形機器人體積大，運動靈活度低；從動輪則是通過蛇形機器人蜿蜒運動時摩擦力的各向異性條件向前運動，該結構運動靈活度高但越障能力不足。

對現有專利檢索發現，專利申請公開號：CN108748124A，發明名稱：蛇形機器人，該發明的蛇頭和蛇尾采用履帶式設計，雖然能夠提高運動的靈活度，但其倒梯形式的履帶式設計使其不易做出翻滾動作并且只能身體的單面觸地行走，翻滾后的另一面不易觸底行走，運動步態比較單一，并且該蛇形機器人的設計不易安裝控制系統和電源系統。

檢索發現，專利申請公開號：CN101583820A，發明名稱：蛇形機器人履帶車，該發明雖然可以變換各種姿態進行運動，但其兩頭長中間短的設計不易使其能抬升頭部或者尾部，越過具有一定高度的障礙物的能力有限，且不易在狹小較為封閉的環境中運動。

為了解決這些不足，本領域需要設計出一種新的蛇形機器人。

發明內容

為了解決上述問題，即為了解決現有蛇形機器人地面適應能性差、越障能力弱和運動靈活度低的問題，本發明提供了一種融合履帶式行進機構和蛇脖關節的多步態蛇形機器人，可實現直線前進、蠕動爬行以及側向翻滾運動等運動步態。

上述的蛇形機器人包括蛇頭組件、蛇尾組件、蛇脖組件以及連接于所述蛇脖組件與所述蛇尾組件之間的蛇身組件。

在上述蛇形機器人的優選方案中，蛇頭組件和蛇尾組件均包括固定構件、動力機構、行走機構。

在上述蛇形機器人的優選方案中，動力機構包括第一驅動構件和從動構件。驅動構件與從動構件均與固定構件所連接。

在上述蛇形機器人的優選方案中，行走機構為履帶。

在上述蛇形機器人的優選方案中，第一驅動構件為驅動減速電機，從動構件包括主動輪、從動輪、從動軸。驅動減速電機與主動輪連接，從動軸以轉動的方式與固定構件連接，從動輪固定在從動軸上。

在上述蛇形機器人的優選方案中，履帶的內表面與主動輪和從動輪的外表面相嚙合，并且主動輪與從動輪支撐起履帶。

在上述蛇形機器人的優選方案中，固定構件包括中心架、外骨架和驅動減速電機固定蓋板以及螺絲，驅動減速電機通過螺絲固定在中心架和驅動減速電機固定蓋板之間。