[发明专利]一种履带式多关节蛇形机器人

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种机器人，具体地说是一种履带式多关节蛇形机器人。

背景技术

蛇形机器人具有较强的地面适应能力、稳定性好、结构具有柔性等特点，并且可以在各种复杂的地形中行走，具有强大的越障能力。目前，国内外也已经研究出很多结构不同的蛇形机器人，但是现有的蛇形机器人多数只是实现二维运动，难以适应于三维作业空间，虽然申请号为03133909.3的专利文件中公开的《一种具有地面适应能力的蛇形机器人》，以及申请号为02280911.2的专利文件中公开的《模块化可变结构蛇形机器人》中的设计具有一定的三维运动能力，但是其单个连接模块却只具有二维运动形式，不能同时实现三维运动。而且，目前的蛇形机器人还存在动力不足等缺点，极大地限制了蛇形机器人的实际应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种地面适应能力和三维空间作业能力强的履带式多关节蛇形机器人。

本发明的目的是这样实现的：

包括关节模块、驱动模块和连接模块；

所述关节模块包括三个“V”形侧板，两个相邻侧板之间通过轴承安装三根轮轴将三个“V”形侧板连接形成等边三角形分布，每根轮轴上固定安装两个履带轮，在三根轮轴上形成两排履带轮，每排履带轮上安装履带，一根位于端部的轮轴上还固定安装一个关节链轮；

所述驱动模块包括驱动电机、两个蜗杆架、三个驱动齿轮架，两个蜗杆架分别固定在三个驱动齿轮架的两端构成等边三角形分布的支撑框架，蜗杆安装于两个蜗杆架之间，三个涡轮与蜗杆啮合，每个涡轮有一个同轴的驱动小齿轮，驱动小齿轮与驱动大齿轮啮合，驱动大齿轮有一个同轴的驱动链轮，所述涡轮、驱动小齿轮、驱动大齿轮及驱动链轮安装在所述支撑框架上，驱动电机输出轴通过联轴器与蜗杆相连；

所述连接模块由结构相同的两部分组成，其中的一部分的结构为：舵机通过舵机架安装在连接板架上，舵机架上固定安装两个连接板架，连接大齿轮和两个连接小齿轮同轴安装在两个连接板架之间，两个半齿轮分别通过半齿轮轴安装在两个连接板架上，舵机齿轮安装在舵机的输出轴上，舵机齿轮与连接大齿轮啮合，两个连接小齿轮分别与两个半齿轮啮合，两个半齿轮轴与连接十字轴相对的两端连接，连接十字轴另外相对的两端与另一部分的两个半齿轮轴连接将两部分连成一体；

驱动模块安装在关节模块内部，连接模块位于相邻的两个关节模块之间，驱动模块的一个蜗杆架与连接模块的一部分的连接板架连接实现两个关节模块之间的连接，驱动模块的驱动链轮与关节模块的关节链轮之间链条传动。

本发明还可以包括：

1、所述“V”形侧板由角度为120度的三角铝合金板加工制作而成。

2、至少包括三个关节模块。

为了提高蛇形机器人的地面适应能力和三维空间作业能力，本发明采用多自由度可旋转连接模块将多个相同的单自由度关节模块连接起来，每个关节模块具有独立的动力驱动系统，从而构成可以进行三维空间运动的蛇形机器人。首先，机器人关节模块采用由三个相同的面组成的截面为正三角形的三棱柱结构设计，每个侧面都有履带驱动，提高了机器人的稳定性和地面适应能力，并且关节的数量可以根据实际需要进行增加。其次，驱动模块采用多涡轮共蜗杆结构设计，关节模块的每个面都同时有动力输出，保证了机器人具有充足的驱动力。再次，连接关节采用齿轮结构设计，并采用舵机驱动，不仅可以实现空间二自由度转动，还可以使相连的两节关节实现360度灵活转动，使机器人具有三维空间运动能力，并且舵机工作时可以使齿轮机构部分实现自锁功能，使机器人整体具有一定的刚性。尤其适用于灾难救援、探测、消防、运输以及太空探索等领域。

本发明具有如下优点：

1.机器人的关节模块采用三个相同的面组成的三棱柱结构设计，当一个侧面与地面接触时，重心投影都可以稳定在与地面接触的面上，提高了机器人的稳定性，并且每个侧面与地面接触都可以驱动机器人前进，提高了机器人的地面适应能力。

2.机器人的驱动模块采用多涡轮共蜗杆结构设计，可以将电机动力同时输出到每一个侧面，保证了机器人始终保持充足的驱动力。

3.机器人的连接模块齿轮结构设计，不仅可以实现空间二自由度转动，还可以使相连的两节关节实现360度灵活转动，使机器人具有三维空间运动能力，并且通过舵机控制可以使齿轮部分实现自锁功能，使机器人整体保持一定刚性。

附图说明

图1a-图1b：关节模块横截面全剖示意图和侧面全剖示意图。

图2：关节模块三维建模示意图。