[实用新型]一种蛇形机器人

说明书

技术领域

本实用新型涉及机器人技术领域，具体涉及一种蛇形机器人。

背景技术

随着嵌入式技术以及通信技术的发展，有关机器人领域的研究也越来越受到科学家和社会各界的关注，并且目前已取得了很大的成绩。蛇形机器人是一种新型的仿生物机器人，它实现了像蛇一样的“无肢运动”，是机器人运动方式的一个重大突破。蛇形机器人在许多领域有着广泛的应用前景，如在有辐射、有剧毒、地震、狭小管道等不适宜人类工作的场合，这些优势已经在部分生产应用中得到了充分的证实。对于蛇形机器人的研究，日本、美国等国家研究的相对比较多。国内主要是国防科技大学、中科院沈阳自动化研究所等科研单位在这方面有一定的研究。蛇形机器人在取得了较大成效的同时，也存在着环境适应性差、运动控制不稳定等问题，对灾害搜救工作不能实时、准确的做出响应。为了改进这类问题，笔者设计了本研究所述的蛇形机器人。该蛇形机器人可以在复杂环境中起伏前进，并能够实现侧移、翻转、平面蜿蜒等多种运动形式，能够把人从繁重、危险、单调乏味的工作环境中解脱出来，而且能够代替人在危险场合完成复杂作业。通过对蛇形机器人模型的运动分析，本实用新型研究出了一种蛇形机器人的运动方式，在其基础之上开发出一种蛇形机器人，并在其实体上得到了有效的性能、功能验证。

高性能蛇形机器人操作手包含两个方面的要求：蛇身与操作手能够实现自由伸缩、自由变换，可万向调节，在控制性能上能实现高精度的位置和速度控制，并提供较大的输出力矩，动态响应快；在蛇形机器人与控制系统的通信功能方面需要提高实时性，上位机应该追求简洁的操作界面、提供工业以太网、支持多种现场总线协议等。而传统的机器人系统复杂、成本较高、开发周期较长。

实用新型内容

为解决现有机器人技术只能处理定向定点等单一作业，无法完成环境复杂等非结构性环境中作业的技术缺陷，本实用新型设计出一种智能蛇形机器人，克服了普通机器人实效性差、运动结构固定、反应灵敏性低的缺陷，实现高精度高复杂度的运动作业。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种蛇形机器人，包括蛇头、蛇体以及蛇尾，蛇头包括蛇头外壳以及固定在蛇头外壳尾端的关节公头，蛇头外壳内部安装有主控制系统、伺服驱动器、操作手以及扭梁关节，关节公头上安装有无线针孔摄像头和传感器组；蛇体前端、后端均安装有关节母头；蛇体内安装有从控制系统、舵机控制器、舵机组、十自由度传感器、八路舵机控制器、电源装置以及温湿度传感器组；蛇尾包括蛇尾外壳以及固定在蛇尾外壳前端的关节公头，关节公头内部安装有可拆卸抓手控制器；蛇头、蛇体与蛇尾通过关节公头与关节母头的插接顺次连接；主控制系统和从控制系统通信连接。

进一步的，主控制系统包括顺次连接的数据接收装置、数据融合处理装置和数据发送装置；蛇体的十自由度传感器包括并排固定在蛇身内部的三轴加速度计、三轴陀螺仪、三轴磁力计；三轴加速度计、三轴陀螺仪以及三轴磁力计的输出端均与主控制系统的数据接收装置的输入端相连接，并且数据发送装置的输出端与八路舵机控制器的输入端相连接。三轴加速度计、三轴陀螺仪和三轴磁力计将获得的加速度信息和俯仰角信息输出给数据接收装置，经过数据接收装置转换后，输入给数据融合处理装置进行融合，融合后的输出数据通过数据发送装置进入八路舵机控制器，经八路舵机控制器处理后，控制舵机运动，实现对蛇体的闭环控制。传感器组以及温湿度传感器组包括测距传感器、压力传感器、温湿度传感器等。测距传感器、压力传感器、温湿度传感器将获得的蛇体周围的环境情况，输出给数据接收装置，经过数据接收装置调理和转换后，输入给从控制系统分析模块判断蛇体的周围的环境情况。