[发明专利]新型可重构蛇形机器人及其控制方法

说明书

本发明属于机器人技术领域，涉及新型可重构蛇形机器人及其控制方法。该机器人主要由结构部分和控制系统部分组成；结构部分主要由分离式从动轮、传动关节、可重构连接接口结构、定位装置和外部壳体组成，四者构成单节蛇身；强磁磁铁吸引前一节的端盖金属片后，锁紧卡针与前一节传动关节的固定支架的卡槽卡合，探针自动插入前一节的端盖的通孔；控制系统部分安装在盖板上，位于外部壳体的内部，并与探针相连；控制系统部分包括定位系统和运动控制系统。本发明采用的定位方法不受场地限制，运算速度快，制作成本低，并能保证定位精度；采用了基于新型控制算法的主从分布式控制器，便于蛇形机器人节数的扩展，适用于可重构蛇形机器人。

技术领域

本发明属于机器人技术领域，涉及新型可重构蛇形机器人及其控制方法，是将新型的集机械臂与蛇形机器人功能于一体，能够实现蛇形机器人多种运动方式，能完成废墟救援等多种任务。

背景技术

可重构蛇形机器人作为一种特种机器人具有良好的非结构环境的适应性，尤其是利用障碍辅助运动，使得运动效率更高。王琪等利用事件驱动方法结合碰撞摩擦理论提出了一种对接触描述的方法。Matthew T.Mason等针对“kane动力学之谜”提出了一个更好的摩擦模型。而可重构模块机器人对任务和环境的适应能力更强，更具有柔性。

目前蛇形机器人的定位系统主要采用视觉定位，或人工辅助定位，其可以提供很高的定位精度，但定位成本高并大多数局限在有限的场地。传统的蛇形机器人的控制系统可采用集中式控制和分布式控制，集中式不利于可重构的设计，分布式控制主要采用CAN总线技术，其优势在于信号传输速度快，但需要专门的信号转换电路。

发明内容

为解决上述问题，本发明结合利用障碍辅助运动的蛇形机器人和可重构思想设计出一种新型的可重构蛇形机器人，相比于等制造的障碍辅助运动机器人，本发明能够充分的利用接触的效应，从而获得更好的适应性。同时，本发明在硬件上基于IIC的分布式控制，算法采用非线性卡尔曼滤波算法和神经网络辨识器，控制蛇形机器人运动。

本发明的技术方案：

新型可重构蛇形机器人，主要由结构部分和控制系统部分组成；

所述的结构部分主要由分离式从动轮、传动关节、可重构连接接口结构、定位装置和外部壳体组成；

所述的分离式从动轮，主要由轴承11、从动轮12、光轴13和外壳14组成；所述的光轴13上安装有从动轮12，两个光轴13的端部通过轴承11安装在外壳14的底部两端的内部；

所述的传动关节，主要由电机输出轴21、传动轴22、固定轴23、转动支架24、齿轮a1、齿轮b2、齿轮c3和固定齿轮4组成；所述的转动支架24，其上部为方块结构，下部为П型结构，П型结构的两个条形支柱的厚度不同，支柱a的顶部与方块结构固定连接，支柱b凸出，位于方块结构下方的外侧；支柱a上设有通孔，与固定轴23相配合，支柱a的外侧上设有一个圆环形结构；支柱b的外侧设有卡槽，滚动轴通过轴承安装在卡槽上，使得传动关节安装在单节外壳53上，且转动支架24绕滚动轴转动；方块结构的上端的侧面向内设有空槽，用于放置强磁磁铁31；两个转动支架24的圆环形结构相接触，相互抱紧，形成一体，两个方块结构的空槽相对；所述的固定轴23安装在两个转动支架24的下部，固定轴23的两端分别穿过支柱a的通孔，其中一端通过D型卡槽卡在支柱a的通孔上；所述的固定齿轮4安装在固定轴23上，位于两个圆环形结构中间的空隙中；所述的传动轴22位于转动支架24的下方，齿轮c3安装在传动轴22上，齿轮c3与固定齿轮4相互啮合；所述的齿轮b2安装在传动轴22的一端，齿轮b2的上部位于转动支架24的П型结构中间的空隙；所述的电机输出轴21位于齿轮b2的下方，齿轮a1安装在电机输出轴21上，齿轮a1与齿轮b2相互啮合；