[發明專利]一種可換擋連接的仿生蛇形機器人及控制系統

有效

• 申請號: 202110617455.8
• 申請日: 2021-06-03
• 公開（公告）號: CN113183140B
• 公開（公告）日: 2021-09-17
• 發明（設計）人: 宋興國;周士祺;唐紹武;李泳江;江文謙;趙旭東
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: B25J9/06
• 分類號: B25J9/06;B25J9/16;B25J17/00
• 代理公司: 成都信博專利代理有限責任公司 51200
• 代理人: 舒啟龍

1.一種可換擋連接的仿生蛇形機器人，其特征在于，若干舵機（1）由轉換連接件首尾連接形成機器人的主體；轉換連接件包括頭部連接件（3）和尾部連接件（2），頭部連接件（3）與舵機（1）頭部固定連接，頭部連接件（3）內置凸軸；尾部連接件（2）連接在舵機（1）尾部，尾部連接件（2）內置齒輪（21）；尾部連接件（2）與相鄰舵機（1）的頭部連接件（3）通過螺栓（6）實現軸向固定；

頭部連接件（3）頂部留有小孔用于安裝彈簧（4），彈簧（4）尾端固連一小球（5），小球（5）與尾部連接件（2）的齒輪（21）配合實現確定角度的轉動；

機器人的頭部安裝有一組激光測距傳感器，機器人后部安裝有一組藍牙通訊模塊，用于與用戶通訊與指令選擇；

每個舵機（1）設有自適應電池盒，與轉換連接件之間以滑槽插接；

轉換連接件外表面貼一層海綿紙（7）；楔形帶（9）貼在機器人底部的海綿紙（7）上，楔齒沿機器人前進方向貼合；防滑貼（8）貼在機器人其他三面。

2.根據權利要求1所述的一種可換擋連接的仿生蛇形機器人，其特征在于，基于轉換連接件，機器人具有平行連接與正交連接兩種形態；

在平行連接下，舵機依次連接方式為平行，機器人只能在平面運動，但每一組運動單元都能提供蜿蜒運動；轉換連接件依次轉動90°后，機器人切換為正交連接模式，相鄰兩組舵機單元之間角度差為90°，此時機器人舵機單元運動分為兩類，平面轉動與空間轉動，因此機器人能夠在空間實現側向運動。

3.根據權利要求1所述的一種可換擋連接的仿生蛇形機器人，其特征在于，所述舵機（1）型號為XL-320。

4.根據權利要求1所述的一種可換擋連接的仿生蛇形機器人的控制系統，其特征在于，基于離散蛇形曲線設計機器人蜿蜒前進或后退步態，蜿蜒運動步態的舵機角度函數為；

其中，表示第i個舵機的旋轉角度與舵機序號i的關系，n為機器人舵機總數，a、w、phase、phi均為步態參數；

通過修改相關參數依次得到行波運動步態、左右U形翻轉步態、左右側向運動步態、螺旋上升運動步態；

行波運動步態的舵機角度函數與蜿蜒運動的步態相同，無需另外設計；

左右U形翻轉步態只適用于舵機之間正交連接，此時當相鄰兩個單元的舵機旋轉角度相位相差90°時，機器人可以實現翻轉成U形后向一側滾動的步態，具體函數為：

左右側向運動步態只適用于舵機之間正交連接，在U形翻轉運動步態的基礎上，將舵機序列號因素添加到對應舵機的轉動相位后，通過相鄰舵機幅值的差異實現側向的平動，具體函數為：

其中，a₁、a₂表示相鄰舵機的運動幅值；

螺旋上升運動步態適用于舵機之間正交連接，在側向運動步態的基礎上，將運動幅值做一定修改，具體函數為：

控制系統的控制模塊如下：

多步態選擇控制：基于多參數對照方法將每一種步態參數化，操作者通過設置不同的參數實現對蜿蜒運動步態、行波運動步態、左右U形翻轉步態、左右側向運動步態或螺旋上升運動步態的選擇；

藍牙通訊控制：通過藍牙模塊實現操作者與機器人的通訊，采用輸入指令的方式改變機器人的步態；

舵機位置復原步態：在每次初始化以及機器人步態轉換時添加舵機復位步態；

舵機串聯控制：每一個機器人單元直接串聯；

避障綜合模塊：以激光測距傳感器檢測到的數據作為評價標準，當機器人判斷前方出現障礙時通過多種步態組合方法通過該障礙物。

5.根據權利要求4所述的一種可換擋連接的仿生蛇形機器人的控制系統，其特征在于，采用OpenCM9.04作為控制板，Dynamixel2Arduino庫作為舵機驅動工具。