[发明专利]具有适应不平整地面能力的蛇形机器人

说明书

技术领域

本发明属于机械技术领域，涉及一种机器人，具体的说，涉及一种可在不平整地面上爬行，具有适应不平整地面能力的蛇形机器人。

背景技术

蛇形机器人具有身体细长，横截面小，形状可变等特点，能够在障碍物密集的狭窄空间中穿行，并可以攀爬跨越障碍物。

蛇形机器人一般由多个关节模块组成，各个关节模块之间互相连接。关节模块内部结构为液压、气动或者电动，具有单自由度或者多自由度运动方式，关节模块与地面通过轮与地面接触。虽关节模块的内部结构和功能各有不同，但轮与地面是否能够保持可靠稳定的接触才是蛇形机器人能否成功运动的唯一因素。

当蛇形机器人爬行在不平整地面时，目前的蛇形机器人通过调整关节模块之间的夹角使得关节模块上的轮与地面接触能够被保持，但这种方法存在两个关键问题。首先，根据蛇形运动规律计算得到的关节模块间的夹角，需要实时修正才能够保持轮与地面的接触，为了进行这种实时的修正计算，不仅需要使用传感器获取地面的信息，而且对蛇形机器人的控制器的计算能力提出了很高的要求，增加了蛇形机器人的复杂程度，增加了研制和维护成本，也降低了可靠性。其次，轮与地面之间的接触力的大小同样对蛇形机器人的运动有着很大影响，目前的蛇形机器人仅能够保证轮与地面发生接触，但是无法有效地控制调整轮与地面之间的接触力大小，这也限制了蛇形机器人在不平整地面上的运动能力。这些都限制了蛇形机器人在不平整地面上的应用。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的以上不足，提供一种可更好调整轮与地面接触力，获得更稳定爬行效果的具有适应不平整地面能力的蛇形机器人。

本发明的技术方案是：一种具有适应不平整地面能力的蛇形机器人，由多个关节模块连接构成，该蛇形机器人还包括控制系统，所述的关节模块包括机身，机身与控制系统相连，多个关节模块的机身相互连接，机身下部设置有悬挂系统，悬挂系统包括检测装置，检测装置与控制系统相连，检测装置连接有连杆，连杆末端连接有行走轮。

优选的是：检测装置为角度传感器，角度传感器通过角弹簧连接在机身下部，角度传感器与控制系统相连，角度传感器通过铰链连接有连杆，连杆末端连接有行走轮。

优选的是：行走轮中心安装有轮轴，行走轮可环绕轮轴转动，轮轴的两端均连接有滑块，滑块的末端通过转轴连接到机身下部，滑块可绕转轴转动。

优选的是：机身上设置有连挂系统，连挂系统包括设置在机身前端的关节和设置在机身后端的关节槽，后一关节模块的关节连接到前一关节模块的关节槽内。

本发明的有益效果是：

(1)本发明改进了蛇形机器人关节模块的结构，提供了一种蛇形机器人关节模块结构和控制方式，在关节模块中设置了角度传感器，在蛇形机器人运动过程中实时检测关节模块的行走轮与地面的接触角度，并将检测值反馈会控制系统，控制系统将根据反馈的结果调整各个关节模块的运动状态。这种控制方式简化了现有蛇形机器人的控制方式。

(2)该蛇形机器人的行走轮安装在轮轴上，轮轴通过滑块连接到机身，轮轴可绕滑块转动，滑块与机身之间也是活动连接，这种结构改善了蛇形机器人轮与地面的接触模式，结构灵活，更适合蛇形机器人在不平整地面上行驶，扩大了蛇形机器人在不平整地面上的适应能力。

附图说明

附图1为本发明整体结构示意图。

附图2为本发明关节模块主视结构示意图。

附图3为本发明关节模块左视结构示意图。

附图4为本发明关节模块各部件连接关系示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步详细的说明。

如图1所示：

本发明提供的具有适应不平整地面能力的蛇形机器人，由多个关节模块连接构成，关节模块包括机身1，机身1上设置有连挂系统，连挂系统包括设置在机身前端的关节9和设置在机身后端的关节槽11，后一关节模块的关节9连接到前一关节模块的关节槽11内。

如图2、图3和图4所示：

该蛇形机器人还包括控制系统，机身1与控制系统相连，机身1下部设置有悬挂系统10，悬挂系统包括检测装置，检测装置采用角度传感器3，角度传感器3与控制系统相连，机身1下部固定连接有角弹簧2，角度传感器3通过角弹簧2固定连接在机身1下部，角度传感器3通过铰链4连接有连杆5，连杆5末端连接有行走轮7。

行走轮7中心安装有轮轴6，行走轮7可环绕轮轴6转动，轮轴6的两端均连接有滑块8，滑块8的末端通过转轴9连接到机身下部，滑块8可绕转轴9转动。

该蛇形机器人在路面上行走时，位于悬挂系统10底部的行走轮7与地面接触，当遇到起伏路面或障碍物时，起伏路面或障碍物将影响行走轮7与地面的接触力，同时也使行走轮7与地面的接触角度发生变化。这种角度的变化经过与行走轮8连接的连杆5反映，并传递到角度传感器3，由于角度传感器3与连杆5直接连接，角度传感器3检测这种角度的变化并将检测结果传递到控制系统，控制系统将根据角度传感器3反馈的信息给机身1发出控制信号，调整机身1与地面之间的行走角度，使蛇形机器人获得稳定的运动效果。