[发明专利]一种蛇形机器人

说明书

本发明公开了一种蛇形机器人，包括蛇头、蛇形关节和蛇尾，所述蛇头和蛇尾之间通过多个蛇形关节串联连接，蛇形关节包括关节本体和空间并联机构，关节本体的驱动端铰接空间并联机构输入端，相邻之间的蛇形关节通过空间并联机构的输出端与关节本体的固定端铰接，蛇头与首个蛇形关节的空间并联机构的输出端铰接，蛇尾与末尾蛇形关节的关节本体的固定端连接，关节本体包括三组机架机构，空间并联机构包括三组连杆机构。本发明的优点在于，该蛇形机器人可以实现关节本体在任意角度上的三维摆动以及伸缩运动，进而实现该实现蛇形机器人的蜿蜒、蠕动等常规二维步态，也可完成攀爬、翻滚、抬头等三维步态，进而适应复杂的地形环境。

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体为一种蛇形机器人。

背景技术

生物蛇具备很强的运动能力，可以在崎岖地面，柔软的沙漠，狭窄的缝隙和管道，树上甚至水下自由运动。蛇形机器人是一种模仿生物蛇形态及运动能力的一种特种机器人，一般来说蛇形机器人由多个关节连接组成，具有冗余自由度，通过多种运动步态，易适应各种非结构化环境，因此，蛇形机器人在救灾、反恐、空间探索等方面有很强的市场需求。

目前，具有三维运动能力的蛇形机器人，大多将每个关节的三维运动分解成摆动、俯仰、伸缩、甚至旋转等运动，然后利用这些运动的叠加耦合来实现蛇形关节的三维运动，例如中国发明专利公开号为CN105773594A公开了多模态刚柔复合蛇形机器人装置。这种间接实现三维运动的机构形式，虽然在某些步态运动上，已经能够达到自然界生物蛇的一些运动能力，但在适应复杂地形环境的运动能力却受到了很大的限制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于如何提供一种能够适应复杂地形环境的蛇形机器人。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种蛇形机器人，包括蛇头、蛇形关节和蛇尾，所述蛇头和蛇尾之间通过多个蛇形关节串联连接。

所述蛇形关节包括关节本体和空间并联机构，所述关节本体的驱动端铰接所述空间并联机构输入端，相邻之间的蛇形关节通过空间并联机构的输出端与关节本体的固定端铰接，所述蛇头与首个蛇形关节的空间并联机构的输出端铰接，所述蛇尾与末尾蛇形关节的关节本体的固定端连接。

所述关节本体包括三组机架机构，三组机架机构沿蛇形关节轴向均匀分布，所述空间并联机构包括三组连杆机构，三组连杆机构沿蛇形关节轴向均匀分布，致使所述空间并联机构具有三个自由度，每组连杆机构的输入端对应的与所述机架机构的驱动端铰接。

该蛇形机器人可以实现关节本体在任意角度上的三维摆动以及伸缩运动，进而实现该实现蛇形机器人的蜿蜒、蠕动等常规二维步态，也可完成攀爬、翻滚、抬头等三维步态，进而适应复杂的地形环境。

优选地，所述机架机构包括机架、驱动器、主动轮、从动轮和皮带，所述机架上固定驱动器，所述驱动器的输出端连接主动轮，所述从动轮固定在连杆机构的输入端，所述主动轮和从动轮通过皮带连接，所述连杆机构的输入端铰接在机架顶部。

优选地，所述机架上还固定有能够涨紧同步带的涨紧机构。

优选地，所述机架外侧还固定有鳍片，用于减小蛇形关节与地面的摩擦力。

优选地，所述驱动器为驱动电机。

优选地，所述连杆机构包括铰接座、第一连杆、第二连杆和第三连杆，所述铰接座铰接固定在所述机架顶部，所述从动轮固定在铰接座上，所述铰接座远离机架的一端连接有能够圆周转动的第一连杆，所述第一连杆另一端铰接第二连杆，所述第二连杆远离第一连杆的一端连接有能够圆周转动的第三连杆，所述第三连杆的另一端铰接相邻蛇形关节上机架的底部。

优选地，所述第一连杆与所述铰接座以及第二连杆与第三连杆均是通过轴承连接。