1.6毫米金屬鋁制成，此金屬滑動(dòng)輪帶有皮帶槽，一個(gè)外徑為12毫米的橡膠圈(膠圈膠體直徑2毫米)套在此金屬輪皮帶槽的位置上，用以形成具有對地面可產(chǎn)生摩擦力的滑動(dòng)輪部件。此滑動(dòng)橡膠輪I用塑料滑片9和滑動(dòng)輪固定金屬箍10固定在轉(zhuǎn)動(dòng)軸11上，滑動(dòng)橡膠輪I應(yīng)保持與轉(zhuǎn)動(dòng)軸11處于良好滑動(dòng)狀態(tài)。
[0012]本機(jī)械蛇的頭蛇節(jié)的程序完成接收由4通道無線遙控器發(fā)來的4組數(shù)據(jù)，它們分別表示對蛇節(jié)擺動(dòng)的頻率、擺度、方向和形態(tài)數(shù)據(jù)，并將這4組數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成具有交替變化的控制信號(hào)和形態(tài)控制信號(hào)。然后對本頭蛇節(jié)的舵機(jī)進(jìn)行控制，同時(shí)將3組數(shù)據(jù)向下一蛇節(jié)發(fā)送。向下一蛇節(jié)發(fā)送的3組數(shù)據(jù)分別表示本蛇節(jié)的舵機(jī)控制量、形態(tài)控制量和本蛇節(jié)使用的形態(tài)參數(shù)。在此，形態(tài)參數(shù)特指與擺動(dòng)信號(hào)相位選擇有關(guān)的信息，它將決定蛇節(jié)采用具有多大的相位超前(或遲后)的擺動(dòng)信號(hào)。
[0013]本機(jī)械蛇除頭蛇節(jié)以外的蛇節(jié)(在此叫身蛇節(jié))的程序完成接收前蛇節(jié)傳來的3組數(shù)據(jù)，經(jīng)過本蛇節(jié)的計(jì)算得到對本蛇節(jié)舵機(jī)的控制量，并作為本蛇節(jié)對舵機(jī)的輸出；本蛇節(jié)同樣(與頭蛇節(jié)相比較)將本蛇節(jié)中得到的3組控制量向下一蛇節(jié)發(fā)送；這3組數(shù)據(jù)的用途和意義與頭蛇節(jié)發(fā)送的完全一樣。
[0014]本機(jī)械蛇的控制信號(hào)傳輸只發(fā)生在相鄰蛇節(jié)之間，即控制信號(hào)的傳輸是逐級(jí)進(jìn)行的，使用兩線一一信號(hào)線和地線來實(shí)現(xiàn)從本機(jī)械蛇的頭蛇節(jié)到后續(xù)蛇節(jié)的控制信號(hào)傳輸。其中蛇節(jié)與蛇節(jié)之間的傳輸信號(hào)成份有兩種，一種是保持頭蛇節(jié)的信號(hào)成份；另一種是只傳輸本蛇節(jié)的控制狀態(tài)。本機(jī)械蛇使用專為本專利編寫的通訊程序，此通訊程序可用于特定PIC單片機(jī)系列，作為兩線串行字節(jié)發(fā)送和接收的程序。此兩線串行發(fā)送和接收程序采用無應(yīng)答字符同步協(xié)議。
[0015]本機(jī)械蛇在每一蛇節(jié)上的控制程序具有獨(dú)立的數(shù)據(jù)加工能力，并可實(shí)現(xiàn)獨(dú)立的自我控制；每一蛇節(jié)可對使用的擺動(dòng)相位數(shù)據(jù)進(jìn)行選擇(超前和遲后)使用，并且每一蛇節(jié)具有獨(dú)立的舵機(jī)控制和發(fā)送信號(hào)遲延，用以改變擺動(dòng)信號(hào)在蛇節(jié)與蛇節(jié)之間的相位和時(shí)間關(guān)系；以這種方式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明中提出的變擺動(dòng)頻率和波長的目的。
【附圖說明】
[0016]圖1為用于本專利實(shí)現(xiàn)的機(jī)械蛇機(jī)架和滑動(dòng)輪結(jié)構(gòu)和裝配圖；
[0017]圖2為本專利在每蛇節(jié)上使用的電路圖；
[0018]圖3為本專利機(jī)械蛇供電電路圖；
【具體實(shí)施方式】
[0019]本專利機(jī)械蛇采用以蛇節(jié)為單位，可以選擇安裝整機(jī)械蛇體所需要的蛇節(jié)數(shù)量；從原理上講，蛇節(jié)的數(shù)量沒有限制，但從供電導(dǎo)線及開關(guān)的電流限制和機(jī)械蛇的動(dòng)作靈活性考慮，本專利使用14蛇節(jié)實(shí)現(xiàn)本專利使用的樣品。在本專利中所采用的蛇節(jié)尺寸為:每蛇節(jié)長8.5厘米(包括舵機(jī)安裝后的尺寸)，寬6.5厘米(滑動(dòng)輪機(jī)架最寬尺寸)，高9厘米(從地面到電路板最高處)；14蛇節(jié)每節(jié)安裝兩節(jié)5號(hào)電池大小的鋰電池，提供電壓為7.4伏，電流正常最大額定輸出限制在IA以下，可獨(dú)立以插件形式并入供電總線；機(jī)架的設(shè)計(jì)保留安裝電池(夾)和固定電路板的位置。機(jī)械蛇總長為1.27米，總重為1.296公斤。
[0020]本機(jī)械蛇以舵機(jī)7 (零件編號(hào)對應(yīng)圖1中的序號(hào))作為蛇節(jié)與蛇節(jié)相連接的部件。在此定義蛇節(jié)的“機(jī)架端”為合頁3所在的一端，蛇節(jié)的“舵機(jī)端”為圖1中接近固定螺絲14 一側(cè)的舵機(jī)一端；與蛇節(jié)“機(jī)架端”連接的舵機(jī)屬于下一蛇節(jié)的舵機(jī)；舵機(jī)7由轉(zhuǎn)軸延長片8與機(jī)架4連接組成本蛇節(jié)，本蛇節(jié)上的舵機(jī)由本蛇節(jié)上的電路板6進(jìn)行控制。
[0021]本機(jī)械蛇的滑動(dòng)輪架2、機(jī)架4和電池固定架5的固定由兩組3毫米直徑螺絲13、經(jīng)過滑動(dòng)輪固定臂15、螺絲柱16、機(jī)架4和被套扣的電路板和電池固定架5相互螺緊實(shí)現(xiàn)?；瑒?dòng)輪架2 (蛇節(jié)的滑動(dòng)輪和支架)由如圖1的滑動(dòng)輪固定臂15、轉(zhuǎn)動(dòng)軸11、塑料滑片9、固定金屬箍10和滑動(dòng)橡膠輪I組成。機(jī)架4上的合頁3實(shí)現(xiàn)俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)，由固定連接舵機(jī)7 (定義為下一蛇節(jié)的舵機(jī))端的合頁3 (定義為本蛇節(jié)的“機(jī)架端”)經(jīng)I毫米鋼絲做軸由上壓片19，用2毫米直徑螺絲由上向下擰緊實(shí)現(xiàn)。舵機(jī)轉(zhuǎn)軸延長片8與本蛇節(jié)機(jī)架4的連接由兩個(gè)2毫米直徑螺絲14擰緊實(shí)現(xiàn)(此端的舵機(jī)為本蛇節(jié)舵機(jī)，并定義為本蛇節(jié)的“舵機(jī)端”)。電路板6由電池固定架5用2毫米螺絲18固定；電池(電池夾)由2毫米螺絲17經(jīng)電池固定架5固定于機(jī)架4上。本蛇節(jié)與下一蛇節(jié)的連接由機(jī)架4上的合頁3經(jīng)兩個(gè)2毫米直徑螺絲12和下一蛇節(jié)舵機(jī)固定螺絲孔相互擰緊實(shí)現(xiàn)。
[0022]本機(jī)械蛇每蛇節(jié)的控制程序(對PIC16F84A而言)可由每塊電路板上的編程接口由計(jì)算機(jī)相關(guān)程序?qū)懭?。寫入的程序只有兩種，分別為頭蛇節(jié)程序(寫入頭蛇節(jié))和身蛇節(jié)程序(寫入身蛇節(jié))。對于頭蛇節(jié)的程序時(shí)序安排是:1.接收無線接收器發(fā)來的4組控制信號(hào)；2.根據(jù)所接收的頻率、擺度、方向和形態(tài)數(shù)據(jù)計(jì)算實(shí)時(shí)擺動(dòng)信號(hào)變量和形態(tài)控制變量；輸出對本蛇節(jié)舵機(jī)的控制，同時(shí)向下一蛇節(jié)發(fā)送此舵機(jī)控制變量和兩組形態(tài)參數(shù)3組數(shù)據(jù)(3組數(shù)據(jù)分別表示:本蛇節(jié)舵機(jī)相位控制變量、頭部蛇節(jié)的形態(tài)控制變量和本蛇節(jié)使用的形態(tài)控制變量)；3.遲延適當(dāng)?shù)臅r(shí)間(17ms) ;4.返回過程1.在此程序中的遲延目的是要使頭蛇節(jié)的數(shù)據(jù)接收與無線接收的4組數(shù)據(jù)的發(fā)送周期相同步，產(chǎn)生時(shí)長為38ms的接收(或發(fā)送)周期；機(jī)械蛇其他蛇節(jié)將以這個(gè)時(shí)間周期為基準(zhǔn)，并產(chǎn)生各自的遲延(14-30ms)。
[0023]本機(jī)械蛇身蛇節(jié)的程序時(shí)序安排為:1.接收由上一蛇節(jié)傳來的3組數(shù)據(jù)；2.根據(jù)上蛇節(jié)傳來的形態(tài)控制變量計(jì)算本蛇節(jié)應(yīng)使用的形態(tài)變量，以此得到本蛇節(jié)舵機(jī)的控制變量；3.根據(jù)所得的形態(tài)變量和頭部形態(tài)變量計(jì)算得到本蛇節(jié)所使用的遲延變量；4.產(chǎn)生相應(yīng)的遲延；5.輸出對本蛇節(jié)舵機(jī)的控制，同時(shí)向下一蛇節(jié)發(fā)送此舵機(jī)控制變量和兩組形態(tài)參數(shù)3組數(shù)據(jù)，然后返回1.由于頭蛇節(jié)接收(或發(fā)送)數(shù)據(jù)周期為38ms，所以身蛇節(jié)的遲延要考慮這一因素，使本蛇節(jié)的接收同步于上一蛇節(jié)的發(fā)送周期(變化的)。
[0024]本機(jī)械蛇設(shè)計(jì)兩組供電總線，每組供電總線有三根導(dǎo)線貫穿機(jī)械蛇前后(供電電路如圖3所示)；三根導(dǎo)線分別為電池正極，供電正極和地線；兩組供電總線中的一組來自頭蛇節(jié)的一組鋰電池，電壓7.4伏，此電源經(jīng)開關(guān)，再經(jīng)5伏穩(wěn)壓芯片7805穩(wěn)壓后為機(jī)械蛇上的全部蛇節(jié)上的控制電路使用；另一組供電總線，電壓7.4伏，來自每一身蛇節(jié)上安裝的鋰電池，經(jīng)尾部的開關(guān)為機(jī)械蛇上所有的舵機(jī)使用。兩組供電總線分別由安裝在機(jī)械蛇尾部的兩個(gè)乒乓開關(guān)使電源與負(fù)載導(dǎo)通或斷開；在控制舵機(jī)電路中加入肖特基隔離鉗位二極管(圖2中D5)，使得舵機(jī)供電總線上的電壓(或電流)在因負(fù)載過重而產(chǎn)生電壓波動(dòng)時(shí)不會(huì)對控制電路的正常工作產(chǎn)生影響。由于本機(jī)械蛇中每個(gè)蛇節(jié)具有相同的蛇節(jié)機(jī)架和滑動(dòng)輪結(jié)構(gòu)。為使頭蛇節(jié)載有無線遙控接收器和在尾部蛇節(jié)加裝電源開關(guān)和穩(wěn)壓電路，頭蛇節(jié)和尾部蛇節(jié)依照需要加裝向前和向后的延長片，這些延長片在頭蛇節(jié)用于固定無線接收部件和在尾部蛇節(jié)用于固定電源開關(guān)和穩(wěn)壓器件。考慮為舵機(jī)供電的鋰電池需要經(jīng)常充電，在機(jī)械蛇的尾部蛇節(jié)上還加裝了鋰電池充電插座；同時(shí)為激活控制電路鋰電池組(本機(jī)械蛇中的鋰電池有充放電保護(hù)電路)，由舵機(jī)供電充電線連接一個(gè)正向二極管(圖3中Dl)到控制電路供電鋰電池組正極，用以在對機(jī)械蛇充電時(shí)激活為控制電路供電的鋰電池組。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種擺動(dòng)前行機(jī)械蛇，其特征是:機(jī)械蛇由若干蛇節(jié)組成，每一蛇節(jié)由機(jī)架、舵機(jī)、電池和控制電路組成，蛇節(jié)的機(jī)架上由螺絲固定安裝滑動(dòng)橡膠輪、舵機(jī)、電池夾和控制電路，蛇節(jié)的兩端分為機(jī)架端和舵機(jī)端，由舵機(jī)轉(zhuǎn)軸延長片固定于機(jī)架的一端為本蛇節(jié)的舵機(jī)端，機(jī)架的另一端為蛇節(jié)的機(jī)架端，機(jī)械蛇由蛇節(jié)機(jī)架端與下一蛇節(jié)的舵機(jī)端依次相互連接實(shí)現(xiàn)本機(jī)械蛇的整體結(jié)構(gòu)，由舵機(jī)實(shí)現(xiàn)蛇節(jié)與蛇節(jié)之間的相互轉(zhuǎn)動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種擺動(dòng)前行機(jī)械蛇，其特征是:每個(gè)蛇節(jié)獨(dú)立使用一個(gè)PIC16F84A單片機(jī)控制芯片作為通訊和控制的主要器件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種擺動(dòng)前行機(jī)械蛇，其特征是:蛇節(jié)與蛇節(jié)之間的通訊使用信號(hào)線和地線來實(shí)現(xiàn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種擺動(dòng)前行機(jī)械蛇，其特征是:使用兩組電池組分別對控制電路和舵機(jī)進(jìn)行供電。
【專利摘要】一種擺動(dòng)前行機(jī)械蛇，提供一種由多節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)連接的可向前行走的機(jī)械裝置，本機(jī)械蛇由若干蛇節(jié)組成，每一蛇節(jié)由機(jī)架、舵機(jī)、電池和控制電路組成，在蛇節(jié)的機(jī)架上安裝舵機(jī)、滑動(dòng)輪、電池架和電路，蛇節(jié)的兩端分為機(jī)架端和舵機(jī)端，機(jī)械蛇由本蛇節(jié)機(jī)架端與下一蛇節(jié)的舵機(jī)端依次相互連接實(shí)現(xiàn)本機(jī)械蛇的整體結(jié)構(gòu)，由舵機(jī)實(shí)現(xiàn)蛇節(jié)與蛇節(jié)之間的相互轉(zhuǎn)動(dòng)；由本機(jī)械蛇一端的頭蛇節(jié)電路接收遙控器發(fā)來的4組有關(guān)擺動(dòng)頻率，擺幅，方向和形態(tài)數(shù)據(jù)，經(jīng)處理后逐級(jí)向后續(xù)蛇節(jié)以兩線方式傳送，蛇節(jié)的電路實(shí)現(xiàn)對本蛇節(jié)舵機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)控制，由此實(shí)現(xiàn)本機(jī)械蛇的整體擺動(dòng)；在擺動(dòng)時(shí)，由于蛇節(jié)機(jī)架上的滑動(dòng)輪與地面的接觸，從而實(shí)現(xiàn)本機(jī)械蛇向前行走的目的。
【IPC分類】A63H11-18, G09B25-02
【公開號(hào)】CN204557917
【申請?zhí)枴緾N201420823818
【發(fā)明人】饒鋼, 饒克宇, 鄭穎
【申請人】饒鋼, 饒克宇, 鄭穎
【公開日】2015年8月12日
【申請日】2014年12月24日