一種履帶式多關(guān)節(jié)蛇形機(jī)器人的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供的是一種履帶式多關(guān)節(jié)蛇形機(jī)器人。包括關(guān)節(jié)模塊、驅(qū)動(dòng)模塊和連接模塊。所述關(guān)節(jié)模塊包括三個(gè)“V”形側(cè)板，兩個(gè)相鄰側(cè)板之間通過(guò)軸承安裝三根輪軸將三個(gè)“V”形側(cè)板連接形成等邊三角形分布，每根輪軸上固定安裝兩個(gè)履帶輪，在三根輪軸上形成兩排履帶輪，每排履帶輪上安裝履帶，一根位于端部的輪軸上還固定安裝一個(gè)關(guān)節(jié)鏈輪。驅(qū)動(dòng)模塊安裝在關(guān)節(jié)模塊內(nèi)部，連接模塊位于相鄰的兩個(gè)關(guān)節(jié)模塊之間，驅(qū)動(dòng)模塊的一個(gè)蝸桿架與連接模塊的一部分的連接板架連接實(shí)現(xiàn)兩個(gè)關(guān)節(jié)模塊之間的連接，驅(qū)動(dòng)模塊的驅(qū)動(dòng)鏈輪與關(guān)節(jié)模塊的關(guān)節(jié)鏈輪之間鏈條傳動(dòng)。本發(fā)明穩(wěn)定性好和地面適應(yīng)能力強(qiáng)，適用于災(zāi)難救援、探測(cè)、消防、運(yùn)輸以及太空探索等領(lǐng)域。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種履帶式多關(guān)節(jié)蛇形機(jī)器人
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種機(jī)器人，具體地說(shuō)是一種履帶式多關(guān)節(jié)蛇形機(jī)器人。
【背景技術(shù)】
[0002]蛇形機(jī)器人具有較強(qiáng)的地面適應(yīng)能力、穩(wěn)定性好、結(jié)構(gòu)具有柔性等特點(diǎn)，并且可以在各種復(fù)雜的地形中行走，具有強(qiáng)大的越障能力。目前，國(guó)內(nèi)外也已經(jīng)研究出很多結(jié)構(gòu)不同的蛇形機(jī)器人，但是現(xiàn)有的蛇形機(jī)器人多數(shù)只是實(shí)現(xiàn)二維運(yùn)動(dòng)，難以適應(yīng)于三維作業(yè)空間，雖然申請(qǐng)?zhí)枮?3133909.3的專(zhuān)利文件中公開(kāi)的《一種具有地面適應(yīng)能力的蛇形機(jī)器人》，以及申請(qǐng)?zhí)枮?2280911.2的專(zhuān)利文件中公開(kāi)的《模塊化可變結(jié)構(gòu)蛇形機(jī)器人》中的設(shè)計(jì)具有一定的三維運(yùn)動(dòng)能力，但是其單個(gè)連接模塊卻只具有二維運(yùn)動(dòng)形式，不能同時(shí)實(shí)現(xiàn)三維運(yùn)動(dòng)。而且，目前的蛇形機(jī)器人還存在動(dòng)力不足等缺點(diǎn)，極大地限制了蛇形機(jī)器人的實(shí)際應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種地面適應(yīng)能力和三維空間作業(yè)能力強(qiáng)的履帶式多關(guān)節(jié)蛇形機(jī)器人。
[0004]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0005]包括關(guān)節(jié)模塊、驅(qū)動(dòng)模塊和連接模塊；
[0006]所述關(guān)節(jié)模塊包括三個(gè)“V”形側(cè)板，兩個(gè)相鄰側(cè)板之間通過(guò)軸承安裝三根輪軸將三個(gè)“V”形側(cè)板連接形成等邊三角形分布，每根輪軸上固定安裝兩個(gè)履帶輪，在三根輪軸上形成兩排履帶輪，每排履帶輪上安裝履帶，一根位于端部的輪軸上還固定安裝一個(gè)關(guān)節(jié)鏈輪；
[0007]所述驅(qū)動(dòng)模塊包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)、兩個(gè)蝸桿架、三個(gè)驅(qū)動(dòng)齒輪架，兩個(gè)蝸桿架分別固定在三個(gè)驅(qū)動(dòng)齒輪架的兩端構(gòu)成等邊三角形分布的支撐框架，蝸桿安裝于兩個(gè)蝸桿架之間，三個(gè)渦輪與蝸桿嚙合，每個(gè)渦輪有一個(gè)同軸的驅(qū)動(dòng)小齒輪，驅(qū)動(dòng)小齒輪與驅(qū)動(dòng)大齒輪嚙合，驅(qū)動(dòng)大齒輪有一個(gè)同軸的驅(qū)動(dòng)鏈輪，所述渦輪、驅(qū)動(dòng)小齒輪、驅(qū)動(dòng)大齒輪及驅(qū)動(dòng)鏈輪安裝在所述支撐框架上，驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出軸通過(guò)聯(lián)軸器與蝸桿相連；
[0008]所述連接模塊由結(jié)構(gòu)相同的兩部分組成，其中的一部分的結(jié)構(gòu)為:舵機(jī)通過(guò)舵機(jī)架安裝在連接板架上，舵機(jī)架上固定安裝兩個(gè)連接板架，連接大齒輪和兩個(gè)連接小齒輪同軸安裝在兩個(gè)連接板架之間，兩個(gè)半齒輪分別通過(guò)半齒輪軸安裝在兩個(gè)連接板架上，舵機(jī)齒輪安裝在舵機(jī)的輸出軸上，舵機(jī)齒輪與連接大齒輪嚙合，兩個(gè)連接小齒輪分別與兩個(gè)半齒輪嚙合，兩個(gè)半齒輪軸與連接十字軸相對(duì)的兩端連接，連接十字軸另外相對(duì)的兩端與另一部分的兩個(gè)半齒輪軸連接將兩部分連成一體；
[0009]驅(qū)動(dòng)模塊安裝在關(guān)節(jié)模塊內(nèi)部，連接模塊位于相鄰的兩個(gè)關(guān)節(jié)模塊之間，驅(qū)動(dòng)模塊的一個(gè)蝸桿架與連接模塊的一部分的連接板架連接實(shí)現(xiàn)兩個(gè)關(guān)節(jié)模塊之間的連接，驅(qū)動(dòng)模塊的驅(qū)動(dòng)鏈輪與關(guān)節(jié)模塊的關(guān)節(jié)鏈輪之間鏈條傳動(dòng)。[0010]本發(fā)明還可以包括:
[0011]1、所述“V”形側(cè)板由角度為120度的三角鋁合金板加工制作而成。
[0012]2、至少包括三個(gè)關(guān)節(jié)模塊。
[0013]為了提高蛇形機(jī)器人的地面適應(yīng)能力和三維空間作業(yè)能力，本發(fā)明采用多自由度可旋轉(zhuǎn)連接模塊將多個(gè)相同的單自由度關(guān)節(jié)模塊連接起來(lái)，每個(gè)關(guān)節(jié)模塊具有獨(dú)立的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，從而構(gòu)成可以進(jìn)行三維空間運(yùn)動(dòng)的蛇形機(jī)器人。首先，機(jī)器人關(guān)節(jié)模塊采用由三個(gè)相同的面組成的截面為正三角形的三棱柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，每個(gè)側(cè)面都有履帶驅(qū)動(dòng)，提高了機(jī)器人的穩(wěn)定性和地面適應(yīng)能力，并且關(guān)節(jié)的數(shù)量可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行增力卩。其次，驅(qū)動(dòng)模塊采用多渦輪共蝸桿結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，關(guān)節(jié)模塊的每個(gè)面都同時(shí)有動(dòng)力輸出，保證了機(jī)器人具有充足的驅(qū)動(dòng)力。再次，連接關(guān)節(jié)采用齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并采用舵機(jī)驅(qū)動(dòng)，不僅可以實(shí)現(xiàn)空間二自由度轉(zhuǎn)動(dòng)，還可以使相連的兩節(jié)關(guān)節(jié)實(shí)現(xiàn)360度靈活轉(zhuǎn)動(dòng)，使機(jī)器人具有三維空間運(yùn)動(dòng)能力，并且舵機(jī)工作時(shí)可以使齒輪機(jī)構(gòu)部分實(shí)現(xiàn)自鎖功能，使機(jī)器人整體具有一定的剛性。尤其適用于災(zāi)難救援、探測(cè)、消防、運(yùn)輸以及太空探索等領(lǐng)域。
[0014]本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0015]1.機(jī)器人的關(guān)節(jié)模塊采用三個(gè)相同的面組成的三棱柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，當(dāng)一個(gè)側(cè)面與地面接觸時(shí)，重心投影都可以穩(wěn)定在與地面接觸的面上，提高了機(jī)器人的穩(wěn)定性，并且每個(gè)側(cè)面與地面接觸都可以驅(qū)動(dòng)機(jī)器人前進(jìn)，提高了機(jī)器人的地面適應(yīng)能力。
[0016]2.機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)模塊采用多渦輪共蝸桿結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以將電機(jī)動(dòng)力同時(shí)輸出到每一個(gè)側(cè)面，保證了機(jī)器人始終保持充足的驅(qū)動(dòng)力。
[0017]3.機(jī)器人的連接模塊齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，不僅可以實(shí)現(xiàn)空間二自由度轉(zhuǎn)動(dòng)，還可以使相連的兩節(jié)關(guān)節(jié)實(shí)現(xiàn)360度靈活轉(zhuǎn)動(dòng)，使機(jī)器人具有三維空間運(yùn)動(dòng)能力，并且通過(guò)舵機(jī)控制可以使齒輪部分實(shí)現(xiàn)自鎖功能，使機(jī)器人整體保持一定剛性。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1a-圖1b:關(guān)節(jié)模塊橫截面全剖示意圖和側(cè)面全剖示意圖。
[0019]圖2:關(guān)節(jié)模塊三維建模示意圖。
[0020]圖3:驅(qū)動(dòng)模塊傳動(dòng)關(guān)系全剖示意圖。
[0021]圖4:驅(qū)動(dòng)模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)三維建模示意圖。
[0022]圖5:驅(qū)動(dòng)模塊安裝結(jié)構(gòu)三維建模示意圖
[0023]圖6:連接模塊傳動(dòng)關(guān)系全剖示意圖。
[0024]圖7:連接模塊三維建模示意圖。
[0025]圖8:機(jī)器人整體三維建模示意圖。
[0026]圖9a-圖91:機(jī)器人前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)向動(dòng)作過(guò)程示意圖。
[0027]圖1Oa-圖1Of:機(jī)器人越過(guò)溝壑動(dòng)作過(guò)程示意圖。
[0028]圖1la-圖1l1:機(jī)器人攀爬樓梯動(dòng)作過(guò)程示意圖。
[0029]圖12a-圖12e:機(jī)器人遇到障礙物時(shí)動(dòng)作過(guò)程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面結(jié)合附圖舉例對(duì)本發(fā)明做更詳細(xì)的描述。[0031 ] 本發(fā)明的機(jī)器人主要是由關(guān)節(jié)模塊、驅(qū)動(dòng)模塊和連接模塊構(gòu)成。其中，關(guān)節(jié)模塊主要包括:側(cè)板1、側(cè)板5、側(cè)板9、輪軸3、輪軸7、輪軸11、輪軸15、輪軸17、輪軸25、輪軸27、履帶輪2、履帶輪4、履帶輪6、履帶輪8、履帶輪10、履帶輪12、履帶輪14、履帶輪16、履帶輪19、履帶輪20、履帶輪26、履帶輪28、履帶輪、履帶13、履帶21、履帶22、履帶23、履帶24、履帶31和關(guān)節(jié)鏈輪18 ;驅(qū)動(dòng)模塊主要包括:驅(qū)動(dòng)鏈輪35、驅(qū)動(dòng)鏈輪42、驅(qū)動(dòng)鏈輪49、鏈條、蝸桿40、渦輪34、渦輪41、渦輪48、驅(qū)動(dòng)大齒輪36、驅(qū)動(dòng)大齒輪43、驅(qū)動(dòng)大齒輪50、驅(qū)動(dòng)小齒輪33、驅(qū)動(dòng)小齒輪39、驅(qū)動(dòng)小齒輪45、蝸桿架51、蝸桿架56、驅(qū)動(dòng)齒輪架5、驅(qū)動(dòng)齒輪架58、驅(qū)動(dòng)齒輪架60、驅(qū)動(dòng)電機(jī)53和驅(qū)動(dòng)電機(jī)架52 ;連接模塊主要包括:舵機(jī)71、舵機(jī)79、舵機(jī)架55、舵機(jī)架80、舵機(jī)齒輪69、舵機(jī)齒輪82、連接板架54、連接板架83、連接支架66、連接支架73、連接支架77、連接大齒輪67、連接大齒輪84、連接小齒輪65、連接小齒輪72、連接小齒輪78、連接小齒輪85、半齒輪64、半齒輪74、半齒輪86、半齒輪87、十字中心軸76、連接齒輪軸68、連接齒輪軸81和半齒輪軸63、半齒輪軸75。
[0032]本發(fā)明采取了如下的技術(shù)方案:本發(fā)明中機(jī)器人采用3節(jié)關(guān)節(jié)模塊，具體的關(guān)節(jié)模塊數(shù)量可以根據(jù)實(shí)際使用情況進(jìn)行增加，每節(jié)關(guān)節(jié)模塊結(jié)構(gòu)組成相同，每節(jié)關(guān)節(jié)模塊內(nèi)部安裝獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)模塊，兩節(jié)關(guān)節(jié)模塊中間用連接模塊相連。下面對(duì)關(guān)節(jié)模塊1、驅(qū)動(dòng)模塊I和連接模塊I的結(jié)構(gòu)組成做出詳細(xì)說(shuō)明:
[0033]結(jié)合圖1，圖2，對(duì)關(guān)節(jié)模塊I結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。關(guān)節(jié)模塊188由側(cè)板I1、側(cè)板115、側(cè)板1119、履帶輪12、履帶輪114、履帶輪1116、履帶輪IV8、履帶輪V10、履帶輪VI12、履帶輪VII14、履帶輪VIII16、履帶輪1X19、履帶輪X20、履帶輪XI26、履帶輪XII28、履帶輪XII129、履帶輪XIV30、履帶輪XV、履帶輪XV1、履帶輪XVI1、履帶輪XVII1、關(guān)節(jié)鏈輪118、關(guān)節(jié)鏈輪I1、關(guān)節(jié)鏈輪II1、輪軸13、輪軸117、輪軸11111、輪軸IV15、輪軸V17、輪軸VI25、輪軸VII27、輪軸VII1、輪軸IX、履帶113、履帶1121、履帶11122、履帶IV23、履帶V24、履帶VI31組成。所有側(cè)板是由角度為120度的三角鋁合金板加工制作而成，側(cè)板Il與側(cè)板115通過(guò)軸承分別安裝在輪軸13、輪軸VII1、輪軸IX的兩端，履帶輪12、履帶輪114通過(guò)緊固螺釘固定安裝在輪軸13上，履帶輪XIV30、履帶輪XV通過(guò)軸承安裝在輪軸VIII上，履帶輪XIII29、履帶輪XV1、關(guān)節(jié)鏈輪II通過(guò)緊固螺釘固定安裝在輪軸IX上，履帶III22安裝在履帶輪114、履帶輪XV和履帶輪XVI上，履帶VI31安裝在履帶輪12、履帶輪XIV30和履帶輪XIII29上。側(cè)板115與側(cè)板III9通過(guò)軸承分別安裝在輪軸117、輪軸VI25、輪軸VII27的兩端，履帶輪1116、履帶輪VlO通過(guò)緊固螺釘固定安裝在輪軸117上，履帶輪XI26、履帶輪XVII通過(guò)軸承安裝在輪軸VI25上，履帶輪XII28、履帶輪XVII1、關(guān)節(jié)鏈輪111通過(guò)緊固螺釘固定安裝在輪軸VII27上，履帶IV23安裝在履帶輪1116、履帶輪XI26和履帶輪XII28上，履帶V24安裝在履帶輪IV8、履帶輪XVII和履帶輪XIII上。側(cè)板II19與側(cè)板Il通過(guò)軸承分別安裝在輪軸11111、輪軸IV15、輪軸V17的兩端，履帶輪V10、履帶輪VI12通過(guò)緊固螺釘固定安裝在輪軸IIIll上，履帶輪VII14、履帶輪X20通過(guò)軸承安裝在輪軸IV15上，履帶輪VIII16、履帶輪1X19、關(guān)節(jié)鏈輪118通過(guò)緊固螺釘固定安裝在輪軸V17上，履帶113安裝在履帶輪VI12、履帶輪XIV30和履帶輪XIV29上，履帶1121安裝在履帶輪V10、履帶輪X20和履帶輪1X19上。內(nèi)部驅(qū)動(dòng)模塊的三條鏈條分別安裝在關(guān)節(jié)鏈輪118、關(guān)節(jié)鏈輪I1、關(guān)節(jié)鏈輪III和內(nèi)部驅(qū)動(dòng)模塊的各驅(qū)動(dòng)鏈輪上，內(nèi)部驅(qū)動(dòng)模塊通過(guò)鏈條驅(qū)動(dòng)各關(guān)節(jié)鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)，因此，各關(guān)節(jié)鏈輪所在的輪軸V17、輪軸VII27、輪軸IX上的各履帶輪為主驅(qū)動(dòng)輪，通過(guò)上述固連關(guān)系驅(qū)動(dòng)模塊即可驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)模塊各個(gè)面上的所有履帶運(yùn)轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)模塊的移動(dòng)。
[0034]結(jié)合圖3，圖4，圖5，對(duì)驅(qū)動(dòng)模塊I結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。驅(qū)動(dòng)模塊I由驅(qū)動(dòng)電機(jī)
I,53、驅(qū)動(dòng)電機(jī)架152、蝸桿架151、蝸桿架1156、蝸桿140、渦輪134、渦輪1141、渦輪11148、驅(qū)動(dòng)大齒輪136、驅(qū)動(dòng)大齒輪1143、驅(qū)動(dòng)大齒輪11150、驅(qū)動(dòng)小齒輪133、驅(qū)動(dòng)小齒輪II39、驅(qū)動(dòng)小齒輪11145、驅(qū)動(dòng)齒輪軸132、驅(qū)動(dòng)齒輪軸1137、驅(qū)動(dòng)齒輪軸11138、驅(qū)動(dòng)齒輪軸IV44、驅(qū)動(dòng)齒輪軸V46、驅(qū)動(dòng)齒輪架157、驅(qū)動(dòng)齒輪架1158、驅(qū)動(dòng)齒輪架11160、驅(qū)動(dòng)鏈輪135、驅(qū)動(dòng)鏈輪1142、驅(qū)動(dòng)鏈輪11149、鏈條1、鏈條I1、鏈條III和聯(lián)軸器159組成。驅(qū)動(dòng)電機(jī)153固定安裝在驅(qū)動(dòng)電機(jī)架152上，驅(qū)動(dòng)電機(jī)架152與蝸桿架151固定連接，蝸桿架151與蝸桿架1156分別固定安裝在驅(qū)動(dòng)齒輪架157、驅(qū)動(dòng)齒輪架1158、驅(qū)動(dòng)齒輪架III60的兩端，內(nèi)部各齒輪通過(guò)齒輪軸安裝在各驅(qū)動(dòng)齒輪架上；將蝸桿架1156與連接模塊的舵機(jī)架155固定連接，在蝸桿架161留有蝸桿架螺紋孔161，在連接模塊的連接板架154上留有連接板架螺紋孔162，一共有三對(duì)孔，并通過(guò)緊固螺栓將蝸桿架1156與連接模塊的連接板架162固連，通過(guò)此連接將驅(qū)動(dòng)模塊I和連接模塊I固定安裝在一起。驅(qū)動(dòng)電機(jī)153的輸出軸與蝸桿140的一端通過(guò)聯(lián)軸器159固連，蝸桿140的兩端分別通過(guò)軸承安裝在蝸桿架151和蝸桿架1156上，蝸桿140分別與渦輪134、渦輪1141、渦輪III48同時(shí)嚙合。渦輪134與驅(qū)動(dòng)小齒輪1139共同安裝在驅(qū)動(dòng)齒輪軸III38上，驅(qū)動(dòng)齒輪軸III38的兩端通過(guò)軸承分別固定安裝在驅(qū)動(dòng)齒輪架1158、驅(qū)動(dòng)齒輪架III60上，驅(qū)動(dòng)小齒輪1139與驅(qū)動(dòng)大齒輪136嚙合，驅(qū)動(dòng)大齒輪136與驅(qū)動(dòng)鏈輪135共同安裝在驅(qū)動(dòng)齒輪軸1137上，驅(qū)動(dòng)齒輪軸1137的兩端通過(guò)軸承分別固定安裝在驅(qū)動(dòng)齒輪架1158和驅(qū)動(dòng)齒輪架II160上；渦輪1141與驅(qū)動(dòng)小齒輪III45共同安裝在驅(qū)動(dòng)齒輪軸V46上，驅(qū)動(dòng)齒輪軸V46的兩端通過(guò)軸承分別固定安裝在驅(qū)動(dòng)齒輪架157、驅(qū)動(dòng)齒輪架III60上，驅(qū)動(dòng)小齒輪III45與驅(qū)動(dòng)大齒輪1143嚙合，驅(qū)動(dòng)大齒輪1143與驅(qū)動(dòng)鏈輪1142共同安裝在驅(qū)動(dòng)齒輪軸IV44上，驅(qū)動(dòng)齒輪軸IV44的兩端通過(guò)軸承分別固定安裝在驅(qū)動(dòng)齒輪架157和驅(qū)動(dòng)齒輪架III60上；渦輪III48與驅(qū)動(dòng)小齒輪133共同安裝在驅(qū)動(dòng)齒輪軸VI47上，驅(qū)動(dòng)齒輪軸VI47的兩端通過(guò)軸承分別固定安裝在驅(qū)動(dòng)齒輪架157、驅(qū)動(dòng)齒輪架1158上，驅(qū)動(dòng)小齒輪133與驅(qū)動(dòng)大齒輪III50嚙合，驅(qū)動(dòng)大齒輪III50與驅(qū)動(dòng)鏈輪III49共同安裝在驅(qū)動(dòng)齒輪軸132上，驅(qū)動(dòng)齒輪軸132的兩端通過(guò)軸承分別固定安裝在驅(qū)動(dòng)齒輪架157和驅(qū)動(dòng)齒輪架1158上。鏈條1、鏈條I1、鏈條III分別安裝在驅(qū)動(dòng)鏈輪135、驅(qū)動(dòng)鏈輪1142、驅(qū)動(dòng)鏈輪III49和關(guān)節(jié)模塊的各關(guān)節(jié)鏈輪上，驅(qū)動(dòng)電機(jī)147工作，通過(guò)上述固連關(guān)系，即可驅(qū)動(dòng)各驅(qū)動(dòng)鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而最終將驅(qū)動(dòng)電機(jī)147的動(dòng)力轉(zhuǎn)化為關(guān)節(jié)模塊每個(gè)側(cè)面上履帶的驅(qū)動(dòng)力。
[0035]結(jié)合圖5，圖6，圖7，對(duì)連接模塊I結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。連接模塊I由舵機(jī)171、舵機(jī)1179、舵機(jī)架155、舵機(jī)架1180、連接板架154、連接板架1183、舵機(jī)齒輪169、舵機(jī)齒輪1182、連接大齒輪167、連接大齒輪1184、連接小齒輪165、連接小齒輪1172、連接小齒輪11178、連接小齒輪IV85、連接齒輪軸168、連接齒輪軸1181、半齒輪164、半齒輪1174、半齒輪11186、半齒輪IV87、連接支架166、連接支架1173、連接支架11177、連接支架IV、連接十字軸176、半齒輪軸163、半齒輪軸1175、半齒輪軸II1、半齒輪軸IV組成。連接模塊I是由兩部分相同的齒輪機(jī)構(gòu)組成的，下面對(duì)其中的一部分齒輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。舵機(jī)171固定安裝在舵機(jī)架155上，舵機(jī)架155固定安裝在連接板架154上，舵機(jī)齒輪169安裝在舵機(jī)171的輸出軸上，舵機(jī)齒輪169與連接大齒輪167嚙合，連接大齒輪167、連接小齒輪165和連接小齒輪1172固定安裝在連接齒輪軸168上，連接齒輪軸168的兩端通過(guò)軸承分別安裝在連接支架166和連接支架1173上，連接支架166和連接支架1173固定安裝在連接板架154上，連接小齒輪165和連接小齒輪1172分別與半齒輪164和半齒輪1174嚙合，半齒輪164安裝在半齒輪軸163上，半齒輪1174安裝在半齒輪軸1175上，半齒輪軸163與半齒輪軸1175的一端分別固定安裝在連接十字軸176相對(duì)的兩端,兩個(gè)半齒輪軸的另一端通過(guò)軸承分別安裝在連接支架166和連接支架1173上。半齒輪軸III與半齒輪軸IV的一端分別固定安裝在連接十字軸176另外相對(duì)的兩端，兩個(gè)半齒輪軸的另一端通過(guò)軸承分別安裝在連接支架III77和連接支架IV上，連接模塊I的另一部分齒輪機(jī)構(gòu)與上述結(jié)構(gòu)相同，這樣通過(guò)連接十字軸176將結(jié)構(gòu)相同的兩部分齒輪機(jī)構(gòu)連接成空間十字狀，并分別通過(guò)舵機(jī)控制，可以?xún)刹糠铸X輪機(jī)構(gòu)的靈活轉(zhuǎn)動(dòng)，并且當(dāng)舵機(jī)171和舵機(jī)1179工作時(shí)可以保持相應(yīng)的齒輪機(jī)構(gòu)部分實(shí)現(xiàn)自鎖功能。最后，將連接板架154的三個(gè)支腳通過(guò)緊固螺栓分別固定安裝在關(guān)節(jié)模塊188 —端的三個(gè)側(cè)板的頂端，連接板架1183的三個(gè)支腳通過(guò)螺栓分別固定安裝在關(guān)節(jié)模塊1189 —端的三個(gè)側(cè)板的頂端，這樣通過(guò)連接模塊I將關(guān)節(jié)模塊188和關(guān)節(jié)模塊1189連接在一起，并通過(guò)連接模塊I實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)模塊188與關(guān)節(jié)模塊1189的多方向靈活轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使機(jī)器人具有在三維空間運(yùn)動(dòng)的能力。
[0036]結(jié)合圖8，對(duì)機(jī)器人整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明中機(jī)器人整體由關(guān)節(jié)模塊188、關(guān)節(jié)模塊1189、關(guān)節(jié)模塊III90三節(jié)關(guān)節(jié)模塊組成，并且關(guān)節(jié)模塊的數(shù)量可以根據(jù)實(shí)際使用需求進(jìn)行增加。關(guān)節(jié)模塊188與關(guān)節(jié)模塊1189中間由連接模塊I連接，關(guān)節(jié)模塊1189與關(guān)節(jié)模塊II190由連接模塊II連接。驅(qū)動(dòng)模塊I固定安裝在關(guān)節(jié)模塊188內(nèi)部，并給關(guān)節(jié)模塊188提供驅(qū)動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)模塊II固定安裝在關(guān)節(jié)模塊1189內(nèi)部，并給關(guān)節(jié)模塊1189提供驅(qū)動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)模塊III固定安裝在關(guān)節(jié)模塊III90內(nèi)部，并給關(guān)節(jié)模塊III90提供驅(qū)動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)模塊同時(shí)工作可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的前進(jìn)、后退等動(dòng)作，關(guān)節(jié)模塊188與關(guān)節(jié)模塊III90由于結(jié)構(gòu)和功能一樣，所以都可以作為機(jī)器人前進(jìn)時(shí)的頭部。舵機(jī)171和舵機(jī)1179控制關(guān)節(jié)模塊188和關(guān)節(jié)模塊1189轉(zhuǎn)動(dòng)速度和方向，舵機(jī)III和舵機(jī)IV控制關(guān)節(jié)模塊1189和關(guān)節(jié)模塊III90轉(zhuǎn)動(dòng)速度和方向，從而控制機(jī)器人的空間姿態(tài)變換，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的三維空間運(yùn)動(dòng)。并且當(dāng)舵機(jī)171與舵機(jī)III同時(shí)工作時(shí)，可以使舵機(jī)171和舵機(jī)III控制的齒輪機(jī)構(gòu)部分在轉(zhuǎn)動(dòng)方向上保持自鎖狀態(tài)，從而使機(jī)器人整體在此方向上保持剛性狀態(tài)。同理，舵機(jī)1165與舵機(jī)IV同時(shí)工作時(shí)，也可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在相應(yīng)方向上保持剛性狀態(tài)。
[0037]下面結(jié)合圖9，圖10，圖11，圖12，說(shuō)明本發(fā)明的具體實(shí)施過(guò)程。
[0038]結(jié)合圖9，對(duì)機(jī)器人在實(shí)現(xiàn)前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)向動(dòng)作過(guò)程的情況進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。首先，驅(qū)動(dòng)電機(jī)153、驅(qū)動(dòng)電機(jī)I1、驅(qū)動(dòng)電機(jī)III同向同速運(yùn)轉(zhuǎn)即可分別同時(shí)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)模塊188、關(guān)節(jié)模塊1189、關(guān)節(jié)模塊III90前進(jìn)，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人前進(jìn)動(dòng)作。其次，驅(qū)動(dòng)電機(jī)153、驅(qū)動(dòng)電機(jī)I1、驅(qū)動(dòng)電機(jī)III同速反向運(yùn)轉(zhuǎn)即可分別同時(shí)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)模塊188、關(guān)節(jié)模塊1189、關(guān)節(jié)模塊III90后退，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人后退動(dòng)作。再次，舵機(jī)IV工作驅(qū)動(dòng)連接模塊II向左轉(zhuǎn)動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)模塊III90進(jìn)行向左轉(zhuǎn)向，然后舵機(jī)II工作驅(qū)動(dòng)連接模塊I向左轉(zhuǎn)動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)模塊1189向左轉(zhuǎn)動(dòng)。所有驅(qū)動(dòng)電機(jī)繼續(xù)同速同向工作從而驅(qū)動(dòng)所有關(guān)節(jié)模塊按照轉(zhuǎn)動(dòng)后的方向繼續(xù)前進(jìn)，機(jī)器人整體實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向動(dòng)作。當(dāng)關(guān)節(jié)模塊III90完全實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向，舵機(jī)II工作驅(qū)動(dòng)連接模塊I向右轉(zhuǎn)動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)模塊188向右轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)舵機(jī)IV工作驅(qū)動(dòng)連接模塊II進(jìn)行向右轉(zhuǎn)動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)模塊1189向右轉(zhuǎn)動(dòng)，所有驅(qū)動(dòng)電機(jī)繼續(xù)同速同向工作驅(qū)動(dòng)所有關(guān)節(jié)模塊按照轉(zhuǎn)動(dòng)后的方向繼續(xù)前進(jìn)，當(dāng)關(guān)節(jié)模塊188、關(guān)節(jié)模塊1189與關(guān)節(jié)模塊III90呈直線(xiàn)時(shí)，舵機(jī)II與舵機(jī)IV停止轉(zhuǎn)動(dòng)，至此機(jī)器人完全實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向動(dòng)作。
[0039]結(jié)合圖10，對(duì)機(jī)器人在行進(jìn)過(guò)程中越過(guò)溝壑91時(shí)的動(dòng)作過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。首先，所有驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作驅(qū)動(dòng)機(jī)器人前進(jìn)，在遇到溝壑91時(shí)，舵機(jī)III工作驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的齒輪機(jī)構(gòu)部分保持自鎖狀態(tài)，使關(guān)節(jié)模塊III90在越過(guò)溝壑91時(shí)機(jī)器人整體保持姿態(tài)不變。其次，當(dāng)關(guān)節(jié)模塊III90與溝壑91的另一端地面接觸后，舵機(jī)171和舵機(jī)III同時(shí)工作驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的齒輪機(jī)構(gòu)部分保持自鎖狀態(tài)，使關(guān)節(jié)模塊1189保持姿態(tài)不變，并使機(jī)器人整體保持一種剛性狀態(tài)向前移動(dòng)。再次，所有驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作驅(qū)動(dòng)機(jī)器人繼續(xù)前進(jìn)，在關(guān)節(jié)模塊1189越過(guò)溝壑91后，舵機(jī)III停止工作，舵機(jī)171繼續(xù)保持工作并驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的齒輪機(jī)構(gòu)部分保持自鎖狀態(tài)，使關(guān)節(jié)模塊188在越過(guò)溝壑91時(shí)保持姿態(tài)不變，直至關(guān)節(jié)模塊188完全越過(guò)溝壑91并與地面完全接觸后，舵機(jī)171停止工作，所有驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作驅(qū)動(dòng)機(jī)器人繼續(xù)前進(jìn)。至此，機(jī)器人完成越過(guò)溝壑91的全部動(dòng)作并保持繼續(xù)前進(jìn)。
[0040]結(jié)合圖11，對(duì)機(jī)器人在行進(jìn)過(guò)程中攀爬樓梯92時(shí)的動(dòng)作過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。首先，所有驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作驅(qū)動(dòng)機(jī)器人前進(jìn)，在遇到樓梯92時(shí)，舵機(jī)III工作驅(qū)動(dòng)連接模塊II向上轉(zhuǎn)動(dòng)至合適的角度，從而驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)模塊III90向上轉(zhuǎn)動(dòng)。其次，機(jī)器人繼續(xù)前進(jìn)，當(dāng)關(guān)節(jié)模塊III90接觸到樓梯92時(shí)，舵機(jī)171工作驅(qū)動(dòng)連接模塊I向上轉(zhuǎn)動(dòng)至合適的角度，從而驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)模塊1189向上轉(zhuǎn)動(dòng)，關(guān)節(jié)模塊III90完全與樓梯接觸，此時(shí)關(guān)節(jié)模塊1189懸空，機(jī)器人在關(guān)節(jié)模塊188和關(guān)節(jié)模塊III90驅(qū)動(dòng)下開(kāi)始攀爬樓梯92。再次，隨著機(jī)器人向上攀爬樓梯92，舵機(jī)III開(kāi)始驅(qū)動(dòng)連接模塊II向下轉(zhuǎn)動(dòng)直至關(guān)節(jié)模塊1189完全與樓梯92接觸，隨著機(jī)器人向上攀爬樓梯92，關(guān)節(jié)模塊188與樓梯92接觸，此時(shí)，舵機(jī)171也開(kāi)始驅(qū)動(dòng)連接模塊I向下轉(zhuǎn)動(dòng)直至關(guān)節(jié)模塊188完全與樓梯92接觸。關(guān)節(jié)模塊188、關(guān)節(jié)模塊1189、關(guān)節(jié)模塊III90完全與樓梯92接觸并驅(qū)動(dòng)機(jī)器人向上攀爬樓梯。最后，在機(jī)器人到達(dá)樓梯92頂部后，舵機(jī)III工作驅(qū)動(dòng)連接模塊II向下轉(zhuǎn)動(dòng)直至關(guān)節(jié)模塊II190與樓梯92頂部地面接觸，機(jī)器人繼續(xù)前進(jìn)，舵機(jī)171工作驅(qū)動(dòng)連接模塊I向下轉(zhuǎn)動(dòng)直至關(guān)節(jié)模塊1189與樓梯92頂部地面接觸，同時(shí)舵機(jī)III工作驅(qū)動(dòng)連接模塊II向上轉(zhuǎn)動(dòng)直至關(guān)節(jié)模塊II196和關(guān)節(jié)模塊1189與樓梯92頂部地面完全接觸并呈直線(xiàn)，隨后舵機(jī)171工作驅(qū)動(dòng)連接模塊I向上轉(zhuǎn)動(dòng)直至關(guān)節(jié)模塊188離開(kāi)樓梯92并與樓梯92頂部地面完全接觸，此時(shí)，關(guān)節(jié)模塊188、關(guān)節(jié)模塊1189與關(guān)節(jié)模塊II190在一條直線(xiàn)上并與樓梯92頂部地面完全接觸。最終，機(jī)器人實(shí)現(xiàn)完成攀爬樓梯92并繼續(xù)前進(jìn)。
[0041]結(jié)合圖12，對(duì)機(jī)器人在行進(jìn)過(guò)程中遇到障礙物93時(shí)進(jìn)行越障的動(dòng)作過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。首先，所有驅(qū)動(dòng)電機(jī)同速同向工作驅(qū)動(dòng)機(jī)器人前進(jìn)，在遇到障礙物93時(shí)，舵機(jī)II79與舵機(jī)IV同時(shí)工作，分別驅(qū)動(dòng)連接模塊I和連接模塊II向左轉(zhuǎn)動(dòng)至合適的角度，從而驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)模塊II190和關(guān)節(jié)模塊1189向左轉(zhuǎn)動(dòng)，使機(jī)器人整體向左移動(dòng)。其次，當(dāng)機(jī)器人移動(dòng)至障礙物93左側(cè)合適位置時(shí)，舵機(jī)1179與舵機(jī)IV再次同時(shí)工作，分別驅(qū)動(dòng)連接模塊I和連接模塊II向右轉(zhuǎn)動(dòng)直至關(guān)機(jī)模塊188、關(guān)節(jié)模塊1189和關(guān)節(jié)模塊III90呈直線(xiàn)時(shí)停止工作。最后，所有驅(qū)動(dòng)電機(jī)同速同向工作驅(qū)動(dòng)機(jī)器人繼續(xù)前進(jìn)，最終機(jī)器人通過(guò)繞行障礙物93的方式完全越過(guò)障礙物并繼續(xù)前進(jìn)。
【權(quán)利要求】
1.一種履帶式多關(guān)節(jié)蛇形機(jī)器人，包括關(guān)節(jié)模塊、驅(qū)動(dòng)模塊和連接模塊，其特征是: 所述關(guān)節(jié)模塊包括三個(gè)“V”形側(cè)板，兩個(gè)相鄰側(cè)板之間通過(guò)軸承安裝三根輪軸將三個(gè)“V”形側(cè)板連接形成等邊三角形分布，每根輪軸上固定安裝兩個(gè)履帶輪，在三根輪軸上形成兩排履帶輪，每排履帶輪上安裝履帶，一根位于端部的輪軸上還固定安裝一個(gè)關(guān)節(jié)鏈輪；所述驅(qū)動(dòng)模塊包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)、兩個(gè)蝸桿架、三個(gè)驅(qū)動(dòng)齒輪架，兩個(gè)蝸桿架分別固定在三個(gè)驅(qū)動(dòng)齒輪架的兩端構(gòu)成等邊三角形分布的支撐框架，蝸桿安裝于兩個(gè)蝸桿架之間，三個(gè)渦輪與蝸桿嚙合，每個(gè)渦輪有一個(gè)同軸的驅(qū)動(dòng)小齒輪，驅(qū)動(dòng)小齒輪與驅(qū)動(dòng)大齒輪嚙合，驅(qū)動(dòng)大齒輪有一個(gè)同軸的驅(qū)動(dòng)鏈輪，所述渦輪、驅(qū)動(dòng)小齒輪、驅(qū)動(dòng)大齒輪及驅(qū)動(dòng)鏈輪安裝在所述支撐框架上，驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出軸通過(guò)聯(lián)軸器與蝸桿相連； 所述連接模塊由結(jié)構(gòu)相同的兩部分組成，其中的一部分的結(jié)構(gòu)為:舵機(jī)通過(guò)舵機(jī)架安裝在連接板架上，舵機(jī)架上固定安裝兩個(gè)連接板架，連接大齒輪和兩個(gè)連接小齒輪同軸安裝在兩個(gè)連接板架之間，兩個(gè)半齒輪分別通過(guò)半齒輪軸安裝在兩個(gè)連接板架上，舵機(jī)齒輪安裝在舵機(jī)的輸出軸上，舵機(jī)齒輪與連接大齒輪嚙合，兩個(gè)連接小齒輪分別與兩個(gè)半齒輪嚙合，兩個(gè)半齒輪軸與連接十字軸相對(duì)的兩端連接，連接十字軸另外相對(duì)的兩端與另一部分的兩個(gè)半齒輪軸連接將兩部分連成一體； 驅(qū)動(dòng)模塊安裝在關(guān)節(jié)模塊內(nèi)部，連接模塊位于相鄰的兩個(gè)關(guān)節(jié)模塊之間，驅(qū)動(dòng)模塊的一個(gè)蝸桿架與連接模塊的一部分的連接板架連接實(shí)現(xiàn)兩個(gè)關(guān)節(jié)模塊之間的連接，驅(qū)動(dòng)模塊的驅(qū)動(dòng)鏈輪與關(guān)節(jié)模塊的關(guān)節(jié)鏈輪之間鏈條傳動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種履帶式多關(guān)節(jié)蛇形機(jī)器人，其特征是:所述“V”形側(cè)板由角度為120度的三角鋁合金板加工制作而成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種履帶式多關(guān)節(jié)蛇形機(jī)器人，其特征是:至少包括三個(gè)關(guān)節(jié)模塊。
【文檔編號(hào)】B62D57/02GK103612683SQ201310652111
【公開(kāi)日】2014年3月5日 申請(qǐng)日期:2013年12月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月5日
【發(fā)明者】趙丹, 王飛, 劉少剛, 舒海生, 趙華鶴, 趙明月, 魚(yú)展, 陳璐, 高春曉 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)