專利名稱：輪式蛇形機器人機構(gòu)的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明屬于機器人領域，特別涉及適用于狹窄、復雜地面上運動的一種輪式蛇形機器人機構(gòu)。
背景技術(shù)：
近年來，地震、礦難等災害時有發(fā)生，嚴重威脅著人類的安全，引起了人們廣泛關(guān) 注。由于災難發(fā)生后的廢墟下通道狹窄，并存在二次倒塌的危險，施救人員無法深入進行偵 察或施救，人們急于探知災難現(xiàn)場的內(nèi)部險情，但又無法接近或進入災難現(xiàn)場。此時，搜救 機器人的參與可以有效地提高救援的效率和減少施救人員的傷亡，它們不但能夠幫助工作 人員執(zhí)行救援工作，而且能夠代替工作人員執(zhí)行搜救任務，在災難救援中起著越來越重要 的作用。中國專利CN1269620C公開了 “一種蛇形機器人”由于該蛇形機器人體型細長，重 心低，更適合在廢墟的復雜環(huán)境下運動。其不足之處是他的蛇身采用記憶合金彈簧連接，僅 在底部設置用于行走的足，記憶合金特性及足的設置位置限定，該機器人只能采用蠕動的 前進方式，且不能實現(xiàn)翻滾前進速度慢，這些缺陷限制了蛇形機器人在災難救援中的應用。還有一種蛇形機器人是采用蜿蜒前進方式，對地面平整度要求高，不適合在廢墟 內(nèi)爬行。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的發(fā)明目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的種種不足，提供一種運動靈活的輪式蛇 形機器人機構(gòu)，該機器人可在復雜表面上前進、轉(zhuǎn)彎和越障，在狹小縫隙間穿行，裝有攝像 機等傳感器進入廢墟下探測和定位受傷者。實現(xiàn)上述發(fā)明目的采用以下技術(shù)方案一種輪式蛇形機器人機構(gòu)，其組成包括 蛇頭、蛇身和蛇尾，所述的蛇頭內(nèi)部裝有微型攝像頭和傳感器，蛇尾內(nèi)部裝有操控機器人運 行的控制系統(tǒng)和電源，蛇頭、蛇身和蛇尾前后設置按序連接為一體構(gòu)成機器人整體，所述的 蛇身由多個獨立的蛇身單元組成，該蛇身單元包括外殼、驅(qū)動電機、車輪和雙棘輪機構(gòu)，所 述的驅(qū)動電機固定在蛇身單元的外殼內(nèi)，其電機軸的兩端分別固裝有車輪，電機軸上還固 裝有兩個齒向相反的棘輪，兩個棘輪之間設有一個同軸自由轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)向盤，該轉(zhuǎn)向盤上安 裝有與兩個棘輪相嚙合的棘爪，兩個棘爪按序分布安裝在轉(zhuǎn)向盤回轉(zhuǎn)中心的兩側(cè)，棘爪的 另一端配有重錘，通過安裝在棘爪上的彈簧將棘爪壓向棘輪輪齒；相鄰的蛇身單元之間通 過轉(zhuǎn)軸、連桿頭尾連接。采用上述技術(shù)方案，本蛇形機器人機構(gòu)采用輪式驅(qū)動，利用雙棘輪實現(xiàn)轉(zhuǎn)向和越 障動作，每個單元只用一個驅(qū)動電機實現(xiàn)前進和轉(zhuǎn)向，具有結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量小、運動靈活等 特點，非常適合狹小環(huán)境下運動。
圖1是本實用新型整體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實用新型的蛇身單元右前方向結(jié)構(gòu)視圖。圖3是本實用新型去掉左車輪和外殼的蛇身單元左前方向結(jié)構(gòu)視圖。圖中，蛇頭1，蛇身2，蛇尾3，左車輪4，右棘爪5，連桿6，彈簧7，右棘爪轉(zhuǎn)軸8，右 棘爪重錘9，前連接軸10，外殼11，后連接軸12，連桿軸孔13，右車輪14，轉(zhuǎn)向盤15，右棘輪 16，驅(qū)動電機17，電機輸出軸18，連桿后轉(zhuǎn)軸19，左棘輪20，左棘爪21，左棘爪轉(zhuǎn)軸22，左棘 爪重錘23，連桿前轉(zhuǎn)軸24。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型做進一步的描述。參見附圖1、附圖2，本實用新型輪式蛇形機器人由蛇頭1、蛇身2和蛇尾3前后相 連而成。其中蛇頭1由一個蛇頭單元組成，其內(nèi)裝有微型攝像機和傳感器等器件。蛇尾3由 一個蛇尾單元組成，其內(nèi)裝有控制系統(tǒng)和電源。蛇身2由多個獨立但相連的蛇身單元組成， 每個蛇身單元均裝有車輪和驅(qū)動機構(gòu)。相鄰的蛇身單元之間通過轉(zhuǎn)軸、連桿6頭尾連接。參見附圖2、附圖3，每個蛇身單元由外殼11、作為驅(qū)動機構(gòu)的驅(qū)動電機17、左車輪 4、右車輪14、左棘輪20、左棘爪21、右棘輪16、右棘爪5組成。驅(qū)動電機17是一種兩端具 有輸出軸18、且輸出軸18可連續(xù)旋轉(zhuǎn)、可控制旋轉(zhuǎn)速度和旋轉(zhuǎn)角度的電機。驅(qū)動電機17固 定在單元外殼11內(nèi)。驅(qū)動電機17的輸出軸18左、右兩端同軸依次固裝有左車輪4和右車 輪14。在驅(qū)動電機17的輸出軸18上還同軸固定有齒向相反的左棘輪20和右棘輪16，兩 個棘輪齒向相反，兩個棘輪之間設有一個可繞電機輸出軸18自由轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)向盤15。轉(zhuǎn)向盤 15上安裝有與左、右棘輪20、16相嚙合的左、右棘爪21、5，左、右棘爪21、5按序分布安裝在 轉(zhuǎn)向盤15回轉(zhuǎn)中心的上、下兩側(cè)。左、右棘輪20、16依次與左、右棘爪21、5相嚙合，構(gòu)成兩 對棘輪棘爪機構(gòu)。左、右棘爪21、5分別通過與其對應的左、右棘爪轉(zhuǎn)軸22、8與轉(zhuǎn)向盤15 連接，左、右棘爪轉(zhuǎn)軸22、8分別固定在轉(zhuǎn)向盤15上。左棘爪21繞左棘爪轉(zhuǎn)軸22轉(zhuǎn)動、右 棘爪5繞右棘爪轉(zhuǎn)軸8轉(zhuǎn)動。左、右棘爪轉(zhuǎn)軸22、8上分別依次套有彈簧7，靠彈簧7的拉力 將棘爪壓向棘輪輪齒，左、右棘爪21、5的另一端依次配有左、右棘爪重錘23、9。如附圖2，附圖2顯示了右棘輪棘爪機構(gòu)，右棘輪16與右棘爪5構(gòu)成一對棘輪棘爪 機構(gòu)，右棘爪轉(zhuǎn)軸8固定在轉(zhuǎn)向盤15上，右棘爪5繞右棘爪轉(zhuǎn)軸8轉(zhuǎn)動，右棘爪轉(zhuǎn)軸8上繞 有彈簧7，靠彈簧7的拉力將棘爪5壓向右棘輪16，右棘爪5另一端配有右棘爪重錘9，圖2 中的位置由于重錘9產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩大于彈簧7產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，右棘爪5脫離右棘輪16，不與右棘 輪16相嚙合。如附圖3，附圖3顯示了左棘輪棘爪機構(gòu)，左棘輪20與左棘爪21構(gòu)成一對棘輪棘 爪機構(gòu)，圖中位置左棘爪重錘23產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩和彈簧7產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩均將左棘爪21壓向左棘 輪20，左棘爪21與左棘輪20齒面嚙合。參見附圖2，每個蛇身單元外殼與其前、后相鄰的蛇身單元各通過一個轉(zhuǎn)軸相聯(lián) 接，連接每個蛇身單元的前連接軸10的方向與該單元的電機輸出軸18平行，也就是與前單 元相聯(lián)的前連接軸10與單元自身的電機輸出軸18平行，與后蛇身單元連接的后連接軸12 的方向與該單元的電機輸出軸18垂直。同時，每個單元的轉(zhuǎn)向盤15上還設置有一條連桿6，連接兩個相鄰單元的連桿6 —端通過連桿后轉(zhuǎn)軸19與后單元的轉(zhuǎn)向盤15相連，另一端 通過連桿前轉(zhuǎn)軸24與前單元的外殼11相連，其連桿前、后轉(zhuǎn)軸24、19的方向與后單元的電 機輸出軸18平行。連桿6與轉(zhuǎn)向盤15通過連桿后轉(zhuǎn)軸19相連，連桿6和前一單元外殼11 通過連桿前轉(zhuǎn)軸24相聯(lián)接，連桿前轉(zhuǎn)軸24與電機輸出軸18平行分布。所述的連桿前、后 轉(zhuǎn)軸24、19 一端與設置在外殼11上的連桿軸孔13連接固定，另一端依次與連桿6的兩端 連接。這樣，相鄰的兩個單元的電機輸出軸18相互垂直分布，S卩如果一個單元的電機輸出 軸18為水平時，其車輪為左右分布，其前、后相鄰的單元的車輪則為上下分布，參見附圖1。本實用新型的工作過程 參見附圖2、附圖3，當電機輸出軸18處于水平方向的蛇身單元的驅(qū)動電機17按 照一定轉(zhuǎn)速連續(xù)順時針旋轉(zhuǎn)時，帶動整機前進，與電機輸出軸18同軸固接的右棘輪16和左 棘輪20隨電機輸出軸18 —起轉(zhuǎn)動，此時該蛇身單元的右棘爪5與右棘輪16脫離，左棘爪 21與左棘輪20嚙合，但由于左棘輪20轉(zhuǎn)向與左棘爪21方向相同，左棘輪20與左棘爪21 之間無切向力作用，故轉(zhuǎn)向盤15不轉(zhuǎn)動。當驅(qū)動電機17逆時針轉(zhuǎn)動時，驅(qū)動電機17帶動 兩個棘輪反向轉(zhuǎn)動，左棘輪20旋轉(zhuǎn)方向與左棘爪21方向相反，左棘輪20通過左棘爪21帶 動轉(zhuǎn)向盤15逆時針轉(zhuǎn)動，與轉(zhuǎn)向盤15連接的連桿6則拉動前單元繞兩蛇身單元之間的前 連接軸10轉(zhuǎn)動，前蛇身單元仰起，實現(xiàn)越障動作。電機輸出軸18處于垂直方向的蛇身單元的兩個棘爪銷軸也為垂直狀態(tài)，左右棘 爪在彈簧力的作用下緊貼左、右棘輪20、16的齒面，當該單元電機左右旋轉(zhuǎn)時，棘輪通過棘 爪帶動轉(zhuǎn)向盤15左右旋轉(zhuǎn)，與轉(zhuǎn)向盤5連接的連桿6則拉動前單元繞兩單元之間的連接轉(zhuǎn) 軸轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)轉(zhuǎn)彎運動。以上是根據(jù)附圖所示的實施方式所做的說明，這些實施方式只是個例說明，并不 意味著限制。在本實用新型技術(shù)方案的指導下做出的實施方式，均屬本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求一種輪式蛇形機器人機構(gòu)，其組成包括蛇頭(1)、蛇身(2)和蛇尾(3)，所述的蛇頭(1)內(nèi)部裝有微型攝像頭和傳感器，蛇尾內(nèi)部裝有操控機器人運行的控制系統(tǒng)和電源，蛇頭(1)、蛇身(2)和蛇尾(3)前后設置按序連接為一體構(gòu)成機器人整體，其特征在于所述的蛇身(2)由多個獨立的蛇身單元組成，該蛇身單元包括外殼(11)、驅(qū)動電機(17)、車輪和雙棘輪機構(gòu)，所述的驅(qū)動電機(17)固定在蛇身單元的外殼(11)內(nèi)，其電機輸出軸(18)的兩端分別固裝有車輪，電機輸出軸(18)上還固裝有兩個齒向相反的棘輪，兩個棘輪之間設有一個同軸自由轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)向盤(15)，該轉(zhuǎn)向盤(15)上安裝有與兩個棘輪相嚙合的棘爪，兩個棘爪按序分布安裝在轉(zhuǎn)向盤(15)回轉(zhuǎn)中心的兩側(cè)，棘爪的另一端配有重錘，通過安裝在棘爪上的彈簧(7)將棘爪壓向棘輪輪齒；相鄰的蛇身單元之間通過轉(zhuǎn)軸、連桿(6)頭尾連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輪式蛇形機器人機構(gòu)，其特征在于所述的連接每個蛇身單 元的前連接軸(10)的方向與該單元的電機輸出軸(18)平行，與其后蛇身單元連接的后連 接軸(12)的方向與該單元的電機輸出軸(18)垂直。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輪式蛇形機器人機構(gòu)，其特征在于所述的連接兩個相鄰單 元的連桿(6) —端通過連桿后轉(zhuǎn)軸(19)與后單元的轉(zhuǎn)向盤(15)相連，另一端通過連桿前 轉(zhuǎn)軸(24)與前單元的外殼相連，其連桿前、后轉(zhuǎn)軸(24、19)的方向與后單元的電機輸出軸 (18)平行。
專利摘要一種輪式蛇形機器人機構(gòu)，屬于機器人領域。其組成包括蛇頭、蛇身和蛇尾，所述的蛇頭內(nèi)部裝有微型攝像頭和傳感器，蛇尾內(nèi)部裝有操控機器人運行的控制系統(tǒng)和電源，蛇頭、蛇身和蛇尾前后設置按序連接為一體構(gòu)成機器人整體，蛇身由多個獨立的蛇身單元組成，驅(qū)動電機固定在蛇身單元的外殼內(nèi)，電機輸出軸的兩端固裝有車輪，電機輸出軸上還固裝有兩個齒向相反的棘輪，兩個棘輪之間設有轉(zhuǎn)向盤，轉(zhuǎn)向盤上安裝有棘爪，棘爪的另一端配有重錘，安裝在棘爪上的彈簧將棘爪壓向棘輪輪齒；相鄰的蛇身單元之間通過轉(zhuǎn)軸、連桿頭尾連接。本機構(gòu)采用輪式驅(qū)動，利用雙棘輪實現(xiàn)轉(zhuǎn)向和越障動作，具有結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量小、運動靈活等特點，非常適合狹小環(huán)境下運動。
文檔編號B25J11/00GK201597033SQ20102011947
公開日2010年10月6日 申請日期2010年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月22日
發(fā)明者侯宇, 李占賢 申請人:侯宇