[发明专利]一种融合履带式行进机构和蛇脖关节的多步态蛇形机器人

说明书

本发明公开了一种融合履带式行进机构和蛇脖关节的多步态蛇形机器人，包括蛇头组件、蛇脖组件、若干蛇身组件和蛇尾组件。蛇头组件和蛇尾组件均采用履带式驱动设计，增强了蛇形机器人的运动能力；蛇脖组件的设计使得蛇形机器人能够比较容易的做出抬头动作，增强了蛇形机器人的越障能力，中间若干蛇身组件采用串联正交连接，使得蛇形机器人具有在三维空间运动的能力，并且蛇身组件的骨架采用中空的设计，给控制系统和电源系统等提供了安装空间。本发明的蛇形机器人能够实现直线行进、蠕动爬行、侧向翻滚等运动步态，适用于不同的地面环境。

技术领域

本发明属于机器人技术领域，具体提供了一种融合履带式行进机构和蛇脖关节的多步态蛇形机器人。

背景技术

与传统的轮式、足式等移动机器人相比，蛇形机器人是一种具有多步态运动能力的高冗余度系统，具有很高的运动稳定性和环境适应能力，不仅广泛应用在地震、火灾、矿难等灾害搜救工作中，而且也可以应用于军事侦察、地外探索、管道勘察等恶劣环境和危险领域。

生物学的研究将蛇的运动分为四种运动模式：蜿蜒爬行、伸缩运动、直线爬行、侧向盘旋前进。国内外的大多数学者都是从仿生的角度出发，对蛇的运动原理和运动形式做了大量的研究，其结构上主要有两大特点：一是具有连接机器人躯干单元的赋有转动功能的连接关节；二是具有机器人与外界接触的轮关节。目前，蛇形机器人躯干单元均采用连杆式结构，轮关节可分为主动轮和从动轮，主动轮通过带有动力的轮子为蛇形机器人提供动力，提高其爬行能力，但该结构的蛇形机器人体积大，运动灵活度低；从动轮则是通过蛇形机器人蜿蜒运动时摩擦力的各向异性条件向前运动，该结构运动灵活度高但越障能力不足。

对现有专利检索发现，专利申请公开号：CN108748124A，发明名称：蛇形机器人，该发明的蛇头和蛇尾采用履带式设计，虽然能够提高运动的灵活度，但其倒梯形式的履带式设计使其不易做出翻滚动作并且只能身体的单面触地行走，翻滚后的另一面不易触底行走，运动步态比较单一，并且该蛇形机器人的设计不易安装控制系统和电源系统。

检索发现，专利申请公开号：CN101583820A，发明名称：蛇形机器人履带车，该发明虽然可以变换各种姿态进行运动，但其两头长中间短的设计不易使其能抬升头部或者尾部，越过具有一定高度的障碍物的能力有限，且不易在狭小较为封闭的环境中运动。

为了解决这些不足，本领域需要设计出一种新的蛇形机器人。

发明内容

为了解决上述问题，即为了解决现有蛇形机器人地面适应能性差、越障能力弱和运动灵活度低的问题，本发明提供了一种融合履带式行进机构和蛇脖关节的多步态蛇形机器人，可实现直线前进、蠕动爬行以及侧向翻滚运动等运动步态。

上述的蛇形机器人包括蛇头组件、蛇尾组件、蛇脖组件以及连接于所述蛇脖组件与所述蛇尾组件之间的蛇身组件。

在上述蛇形机器人的优选方案中，蛇头组件和蛇尾组件均包括固定构件、动力机构、行走机构。

在上述蛇形机器人的优选方案中，动力机构包括第一驱动构件和从动构件。驱动构件与从动构件均与固定构件所连接。

在上述蛇形机器人的优选方案中，行走机构为履带。

在上述蛇形机器人的优选方案中，第一驱动构件为驱动减速电机，从动构件包括主动轮、从动轮、从动轴。驱动减速电机与主动轮连接，从动轴以转动的方式与固定构件连接，从动轮固定在从动轴上。

在上述蛇形机器人的优选方案中，履带的内表面与主动轮和从动轮的外表面相啮合，并且主动轮与从动轮支撑起履带。

在上述蛇形机器人的优选方案中，固定构件包括中心架、外骨架和驱动减速电机固定盖板以及螺丝，驱动减速电机通过螺丝固定在中心架和驱动减速电机固定盖板之间。