单向被动轮接触机构的蛇形机器人及其控制方法
【专利说明】
[0001]
技术领域
[0002] 本发明属于电子信息技术，更具体的是一种单向被动轮接触机构的蛇形机器人。
【背景技术】
[0003] 蛇形机器人，是一种能够模仿生物蛇运动的新型仿生机器人。由于它能像生物一 蛇形机器人样实现"无肢运动"，因而被国际机器人业界称为"最富于现实感的机器人〃。日 本东京科技大学于1972年研制出世界上第一条蛇形机器人，其速度可达40厘米/秒。而 美国的蛇形机器人研究则代表了当今世界的先进水平。2000年10月，美国航空航天局在加 利福尼亚装备研制中心展示了一种用于外太空探险的蛇形机器人，它能在一些复杂地形行 走时如履平地，运动十分灵活，并具有探测、侦探等多种功能。从仿生学的角度，结合机器人 动力学和摩擦学等的相关理论，建立了基于行为控制理论的蛇类运动学模型，把蛇类生物 的复杂运动形式化解为局部的、简单的运动形式。采用模块化设计思路，每个关节均可很容 易进行拆卸。机器蛇的8个关节整体形成一个高冗余度的结构体，很容易模仿实现蛇体的 复杂运动形式。为了减少机器蛇的运动中的摩擦阻力，在机器蛇两侧安装有从动轮，实现了 蛇体的平稳游动，增强了蛇形机器人的灵活性和机动性。采用轻型耐磨塑料制造蛇形机器 人的主要结构，既减轻了蛇体的重量，又降低了加工的成本。
[0004] 目前常用的蛇形机器人是通过双向被动轮机构与地面接触，实现纵横向摩擦比的 不同，在地面进行蜿蜒运动，在进行蜿蜒运动的时候有两个缺点： 1、蛇形机器人是通过扭动身体来推进机器人前进，但部分关节有滑动和后退的现象。
[0005] 2、蛇形机器人在有坡度的地面进行蜿蜒运动的时候，无法使机器人静止在坡面 完成给定探测任务。
【发明内容】
[0006] 1、本发明的目的。
[0007] 本发明为了能够解决在路面平整度不够的情况下，蛇形机器人无法再坡面保持静 止完成作业，而提出的一种单向被动轮接触机构的蛇形机器人。
[0008] 2、本发明所采用的技术方案。
[0009] 单向被动轮接触机构的蛇形机器人，包括蛇形关节模块，所述的蛇形关节模块包 括活动板、转轴、连接板、控制器；所述的活动板为·形，一端开口的两个壁叫侧壁，与开口 相对的壁叫底壁，所述的连接板也为LJ形，控制器安装在连接板的内部，连接板通过转轴与 活动板相连；一个蛇形关节模块的连接板与下一个蛇形关节模块的活动板垂直连接形成蛇 形正交关节模块；其中所述的蛇形正交关节模块中活动板开口朝向水平方向的蛇形关节模 块，其朝向地面的侧壁安装有单向被动轮接触机构；所述的单向被动轮接触机构包括L」形 舵机架、单向轮、圆柱销、轴承固定管、舵盘、螺丝，圆柱销穿过单向轮的轴心，圆柱销两端固 定在舵机架上，通过两个轴承固定管将单向轮限位在舵机架中间。
[0010] 所述的单向轮包括单向轴承和橡胶圈，橡胶圈固定在单向轴承上面。
[0011] 所述的圆柱销通过舵机盘固定在舵机架上。
[0012] 所述的舵机盘通过螺丝固定在舵机架上。
[0013] 所述的单向轮的半径小于舵机架的侧壁。
[0014] 所述的橡胶圈的宽度大于等于单向轴承的宽度。
[0015] -种单向被动轮接触机构的蛇形机器人控制方法： 步骤（1)、上位机识别输入的控制指令； 步骤（2)、上位机将控制指令通过通信模块传输到下位机的通信模块； 步骤（3)、下位机将指令输入到蛇形机器人关节控制器； 步骤（4 )、蛇形机器人关节控制器控制蛇形机器人关节进行动作。
[0016] 所述的通信模块采用蓝牙通信模块。
[0017] 3、本发明的有益效果。
[0018] 本发明所设计的蛇形机器人坡面道路与地面的互相作用时能够保持静止。在平地 时具有和双向被动轮一样的特点，运动时可以改变纵横向摩擦比，使蛇形机器人实现流畅 的蜿蜒运动。在坡面时该单向轮能够使蛇形机器人通过蜿蜒运动实现爬坡功能，并且利用 单向转动的特性，使蛇形机器人能够在坡面以任意姿态静止或者转头等勘测任务。本发明 可以在在60度坡面进行直线静止和转头探测作业，灵活度好，静止瞬间滑动距离为接近于 0〇
【附图说明】
[0019] 图1为本发明蛇形关节模块结构图。
[0020] 图2为本发明蛇形正交关节模块结构图。
[0021] 图3为本发明单向被动轮接触机构正视图。
[0022] 图4为本发明单向轮结构图。
[0023] 图5为本发明单向被动轮接触机构侧视图。
[0024] 图6为本发明单向被动轮接触机构附视图。
[0025] 图7为本发明带有单向被动轮接触机构的蛇形正交关节模块结构图。
[0026] 图8为本发明蛇形机器人结构图。
[0027]
[0028]
[0029] 图9为本发明控制蛇形机器人方法流程图。
【具体实施方式】
[0030] 为了使专利局的审查员尤其是公众能够更加清楚地理解本发明的技术实质和有 益效果，申请人将在下面以实施例的方式作详细说明，但是对实施例的描述均不是对本发 明方案的限制，任何依据本发明构思所作出的仅仅为形式上的而非实质性的等效变换都应 视为本发明的技术方案范畴。 实施例
[0031] 一、结构 单向被动轮接触机构的蛇形机器人，包括蛇形关节模块，所述的蛇形关节模块包括活 动板（1)、转轴（2)、连接板（3)、控制器（4);所述的活动板为m形，一端开口的两个壁叫侧 壁，与开口相对的壁叫底壁，所述的连接板（3)也为·形，控制器安装在连接板（3)的内部， 连接板（3 )通过转轴（2 )与活动板（1)相连；一个蛇形关节模块的连接板（3 )与下一个蛇形 关节模块的活动板（1)垂直连接形成蛇形正交关节模块；其中所述的蛇形正交关节模块中 活动板（3)开口朝向水平方向的蛇形关节模块，其朝向地面的侧壁安装有单向被动轮接触 机构（5 )。
[0032] 单向轮接触机构需要如下材料：单向轴承（A)(内径8_，外径22_，厚度8mm);橡 胶圈（B)(内径22mm，外径35mm，厚度8mm);舵机架（51)、圆柱销（53)、轴承固定管（54)、舵盘 (55)、螺丝（56)