[发明专利]一种机器蛇封闭表皮驱动装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种驱动装置，特别涉及一种机器蛇封闭表皮驱动装置。

背景技术

生物蛇遍布于整个地球，其生理特点及多种运动形式使它能够适应广泛的地理和自然环境。蛇形机器人是一种基于生物蛇的仿生系统，具有生物蛇的运动机理和行为方式，借助自身身躯光滑细小的优势可以钻入狭小的空洞，同时长而有力的身体使之可以爬到高于地面的空洞、树或其他陡直的物体，因此在许多领域具有非常广泛的应用前景。

机器蛇的驱动机构对于机器蛇的运动能力起着至关重要的作用，基于仿生学的原理，机器蛇的外形结构与生物蛇类似，冗长的结构在带来诸多益处的同时也给驱动机构的设计提出了更高的要求。

目前，大多数的机器蛇，依靠关节之间的扭动来产生前进的动力，这种驱动方式，使得机器蛇必须按照蛇形曲线来运动，同时存在动力不足、速度慢、越障困难等缺点。另外一种机器蛇，采用履带将周身覆盖，虽然可以实现全身的动力，但存在结构复杂、体积大及重量大的缺点，因此此种结构的机器蛇只适用于宽大的环境。

如何提高机器蛇驱动装置的驱动能力以使机器蛇能够适应各种复杂的环境成为蛇形机器人研究中的一大热点和难点问题。

通过给机器蛇表皮增加动力，形成一层驱动层的方法，可以极大的增强机器蛇的运动与控制能力。如何给机器蛇增加驱动表皮，有很多方法，有一种用绳缠绕在机器蛇的表面作为驱动的方案，但它存在杂物偶尔夹杂到绳和壳体之间的可能。本方案是将一条封闭的布作为驱动装置，壳体外面是一个完整的封闭表面，不会被杂物缠住，具有更强的适应性。但使用封闭驱动表皮，也带来如何进行机械设计才能保证布的连续驱动，在外界扭力下保持布的直线导向，封闭布表面如何支撑，受力、弯曲时如何绷紧等问题，本发明就是针对这些问题而提出的一种实用的全封闭表皮机器蛇新方案，具有表皮驱动机器蛇的优点，而且不易被杂物缠绕，更具有实用性。

发明内容

本发明实施例的目的是针对上述现有技术的缺陷，提供了一种可以为机器蛇提供强大驱动力和环境适应能力的表皮驱动装置。

为了实现上述目的本发明采取的技术方案是：一种机器蛇表皮驱动装置，包括驱动布、外骨架、内骨架、电机、连接件、被动轮固定件、被动轮、主动轮以及导向绳，所述电机固定在所述内骨架上并驱动所述主动轮转动，所述被动轮通过所述连接件以及所述被动轮固定件固定在所述外骨架上，所述驱动布被所述主动轮压紧在所述被动轮上，并将所述外骨架和所述被动轮包裹住，然后使用无缝连接的方式将所述驱动布的两端缝合，形成一个闭合回路。

所述主动轮轮缘为半圆形凸面，所述被动轮轮缘为与所述主动轮轮缘具有相同半径的半圆形凹槽，可以使所述驱动布均匀分布在所述主动轮和所述被动轮的接触面并形成良好过渡。

所述导向绳沿所述驱动布运动方向粘合于所述驱动布的内部，形成一个闭合回路，并被所述主动轮与所述被动轮压紧于所述被动轮轮缘的半圆形凹槽内，使所述驱动布形成良好定位和导向，从而使其运动不会发生偏移。

所述导向绳具有一定的弹性，使得当机器蛇关节摆动时能够始终张紧并柔顺通过所述被动轮轮缘的半圆形凹槽。

所述电机与所述连接件、所述被动轮固定件、所述被动轮以及所述主动轮组成一个驱动单元，所述表皮驱动装置至少包括三对所述驱动单元，并沿所述机器蛇骨架的周向均匀分布，轴向对称分布。

所述电机转动，电机轴带动固定在其上的所述主动轮转动，所述驱动布被所述被动轮压紧在所述主动轮上，从而所述布在摩擦力的作用下随所述主动轮转动，并将所述主动轮的圆周运动转化为直线运动，从而带动所述机器蛇运动。

所述驱动布为具有很大摩擦系数并且耐磨的土工布。

所述内骨架为三角架结构，便于确定所述电机的位置以产生均匀分布的摩擦力，同时各角互为加强筋，可以增加所述内骨架的强度。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

相比现有技术，本驱动装置实现了全封闭表皮驱动，装备了本驱动装置的机器蛇身体的任何一点与障碍物接触均能产生额外的驱动力。驱动布采用了强度大摩擦系数高的土工布来制作，在进行无缝隙连接之后可以形成一个闭合的回路，在多组驱动电机的驱动下，基于摩擦力的作用，可以为驱动布提供均匀而强劲的驱动力，从而能够带动机器蛇的运动，如果还需要更大的驱动力，可以适当张紧驱动布，同时可以设计更多组的驱动电机。同时由于其实现了全封闭表皮驱动，从而可以使得其壳体外面形成一个完整的封闭表面，不会被杂物缠住，具有更强的适应性。