[發明專利]一種基于虛擬球鉸的雙輪模塊化蛇形機器人

在審

• 申請號: 202211461330.1
• 申請日: 2022-11-21
• 公開（公告）號: CN115783077A
• 公開（公告）日: 2023-03-14
• 發明（設計）人: 郎國棟;高永生;樊繼壯;姚世軍;趙杰
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B62D57/02
• 分類號: B62D57/02;B60B19/12
• 代理公司: 哈爾濱華夏松花江知識產權代理有限公司 23213
• 代理人: 孟憲會

一種基于虛擬球鉸的雙輪模塊化蛇形機器人，本發明涉及一種蛇形機器人，本發明為克服現有蛇形機器人所存在的結構本體靈活性不足、運動速度低、運動效率不高的問題，虛擬球鉸的雙輪模塊順次連接，動平臺和靜平臺相對設置，動平臺的一端分別與一個外麥克納姆輪和一個內麥克納姆輪連接，靜平臺的一端分別與一個外麥克納姆輪和一個內麥克納姆輪連接，動平臺的另一端安裝有一組第一驅動裝置，靜平臺的另一端安裝有一組第二驅動裝置，一組虛擬球鉸連接組件設置在一組第一驅動裝置和一組第二驅動裝置之間，且一組虛擬球鉸連接組件的兩端分別端與一組第一驅動裝置和一組第二驅動裝置連接。本發明屬于仿生機器人領域。

技術領域

本發明涉及一種蛇形機器人，具體涉及一種基于虛擬球鉸的雙輪模塊化蛇形機器人,屬于仿生機器人領域。

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，由于能像生物一樣實現“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。蛇形機器人的身軀具有很多關節，可以實現多種形式的運動，具有很強的環境適應能力，能在人類難以到達的未知環境或不適宜人類工作的場合下替代人類進行工作。因此它在核電環境、科學探險、救災搶險、生命搜尋等多個領域有著廣泛的應用前景。

虛擬球鉸是一種靈活度高，結構緊湊的一種關節結構，目前用于仿人機械臂手腕關節，可以實現空間彎曲的靈活運動。麥克納姆輪是一種全方位移動輪式結構，具有很強的運動性能，相較于普通輪子，它可以擺脫輪子軸線對運動的限制，配備麥克納姆輪的小車可以實現在平面任意方向的運動。

目前蛇形機器人關節模塊結構多為單一方向的轉動，相鄰兩個關節模塊的運動軸線相互垂直，通過多個關節的耦合運動實現身體的擺動，導致機器人運動不靈活，空間自由度不足。此外機器人通過左右擺動的運動形式前進，相對于輪式運動結構，存在運動效率低和運動速度低的問題。

有研究提出基于并聯構型結構的模塊化蛇形機器人，每個運動模塊均采用具有三個自由度的并聯機構，每個模塊可以實現空間彎曲多種運動，相較于單一自由度的關節模塊機器人，具有較高的靈活度，但由于并聯結構的局限，每個模塊的最大翻轉角度有限，遠達不到90°。但機器人的運動依靠每個高自由度運動模塊改變形態，組合發生蠕動、扭曲運動，相較于輪式結構，依然存在運動效率低和運動速度低的問題。

有研究提出結合輪式結合的蛇形機器人，在運動關節旋轉的軸線兩側加上輪式結構，在保持蛇形靈活本體結構的基礎上，使得機器人具有一定的運動速度。但當關節發生彎曲時，輪子位置軸線發生變化，輪子運動方向發生變化，在一定程度上會阻礙機器人運動。此外，輪子尺寸大于蛇形直徑，不利于復雜地形的運動。

為使蛇形機器人在核電環境、科學探險、救災搶險、生命搜尋等多個領域發揮實際作用，最基本的就是要結構方面進行創新突破，探索研制運動能力強，適應環境能力強的新型蛇形機器人。

發明內容

本發明為克服現有蛇形機器人所存在的結構本體靈活性不足、運動速度低、運動效率不高的問題，進而提供一種基于虛擬球鉸的雙輪模塊化蛇形機器人。

本發明為解決上述問題而采用的技術方案是：

一種基于虛擬球鉸的雙輪模塊化蛇形機器人，它包括N個虛擬球鉸和N+1個雙輪模塊，N+1個雙輪模塊和N個虛擬球鉸交替連接設置，雙輪模塊包括外麥克納姆輪和內麥克納姆輪；虛擬球鉸包括動平臺、一組第一驅動裝置、一組虛擬球鉸連接組件、一組第二驅動裝置和靜平臺，動平臺和靜平臺相對設置，動平臺的一端分別與一個外麥克納姆輪和一個內麥克納姆輪連接，靜平臺的一端分別與一個外麥克納姆輪和一個內麥克納姆輪連接，動平臺的另一端安裝有一組第一驅動裝置，靜平臺的另一端安裝有一組第二驅動裝置，一組虛擬球鉸連接組件設置在一組第一驅動裝置和一組第二驅動裝置之間，且一組虛擬球鉸連接組件的兩端分別端與一組第一驅動裝置和一組第二驅動裝置連接；