本发明专利技术公开了一种单向被动轮接触机构的蛇形机器人及其控制方法。包括蛇形关节模块，所述的蛇形关节模块包括活动板、转轴、连接板、控制器；所述的活动板为 形，一端开口的两个壁叫侧壁，与开口相对的壁叫底壁，所述的连接板也为形，控制器安装在连接板的内部，连接板通过转轴与活动板相连；一个蛇形关节模块的连接板与下一个蛇形关节模块的活动板垂直连接形成蛇形正交关节模块；其中所述的蛇形正交关节模块中活动板开口朝向水平方向的蛇形关节模块，其朝向地面的侧壁安装有单向被动轮接触机构。本发明专利技术所设计的蛇形机器人坡面道路与地面的互相作用时能够保持静止，使蛇形机器人能够在坡面以任意姿态静止或者转头等勘测任务。
【技术实现步骤摘要】
单向被动轮接触机构的蛇形机器人及其控制方法
本专利技术属于电子信息技术，更具体的是一种单向被动轮接触机构的蛇形机器人。
技术介绍
蛇形机器人，是一种能够模仿生物蛇运动的新型仿生机器人。由于它能像生物一蛇形机器人样实现“无肢运动”，因而被国际机器人业界称为“最富于现实感的机器人"。日本东京科技大学于1972年研制出世界上第一条蛇形机器人，其速度可达40厘米/秒。而美国的蛇形机器人研究则代表了当今世界的先进水平。2000年10月，美国航空航天局在加利福尼亚装备研制中心展示了一种用于外太空探险的蛇形机器人，它能在一些复杂地形行走时如履平地，运动十分灵活，并具有探测、侦探等多种功能。从仿生学的角度，结合机器人动力学和摩擦学等的相关理论，建立了基于行为控制理论的蛇类运动学模型，把蛇类生物的复杂运动形式化解为局部的、简单的运动形式。采用模块化设计思路，每个关节均可很容易进行拆卸。机器蛇的8个关节整体形成一个高冗余度的结构体，很容易模仿实现蛇体的复杂运动形式。为了减少机器蛇的运动中的摩擦阻力，在机器蛇两侧安装有从动轮，实现了蛇体的平稳游动，增强了蛇形机器人的灵活性和机动性。采用轻型耐磨塑料制造蛇形机器人的主要结构，既减轻了蛇体的重量，又降低了加工的成本。目前常用的蛇形机器人是通过双向被动轮机构与地面接触，实现纵横向摩擦比的不同，在地面进行蜿蜒运动，在进行蜿蜒运动的时候有两个缺点：1、蛇形机器人是通过扭动身体来推进机器人前进，但部分关节有滑动和后退的现象。2、蛇形机器人在有坡度的地面进行蜿蜒运动的时候，无法使机器人静止在坡面完成给定探测任务。
技术实现思路
1、本专利技术的目的。本专利技术为了能够解决在路面平整度不够的情况下，蛇形机器人无法再坡面保持静止完成作业，而提出的一种单向被动轮接触机构的蛇形机器人。2、本专利技术所采用的技术方案。单向被动轮接触机构的蛇形机器人，包括蛇形关节模块，所述的蛇形关节模块包括活动板、转轴、连接板、控制器；所述的活动板为U形，一端开口的两个壁叫侧壁，与开口相对的壁叫底壁，所述的连接板也为U形，控制器安装在连接板的内部，连接板通过转轴与活动板相连；一个蛇形关节模块的连接板与下一个蛇形关节模块的活动板垂直连接形成蛇形正交关节模块；其中所述的蛇形正交关节模块中活动板开口朝向水平方向的蛇形关节模块，其朝向地面的侧壁安装有单向被动轮接触机构；所述的单向被动轮接触机构包括U形舵机架、单向轮、圆柱销、轴承固定管、舵盘、螺丝，圆柱销穿过单向轮的轴心，圆柱销两端固定在舵机架上，通过两个轴承固定管将单向轮限位在舵机架中间。所述的单向轮包括单向轴承和橡胶圈，橡胶圈固定在单向轴承上面。所述的圆柱销通过舵机盘固定在舵机架上。所述的舵机盘通过螺丝固定在舵机架上。所述的单向轮的半径小于舵机架的侧壁。所述的橡胶圈的宽度大于等于单向轴承的宽度。一种单向被动轮接触机构的蛇形机器人控制方法：步骤（1）、上位机识别输入的控制指令；步骤（2）、上位机将控制指令通过通信模块传输到下位机的通信模块；步骤（3）、下位机将指令输入到蛇形机器人关节控制器；步骤（4）、蛇形机器人关节控制器控制蛇形机器人关节进行动作。所述的通信模块采用蓝牙通信模块。3、本专利技术的有益效果。本专利技术所设计的蛇形机器人坡面道路与地面的互相作用时能够保持静止。在平地时具有和双向被动轮一样的特点，运动时可以改变纵横向摩擦比，使蛇形机器人实现流畅的蜿蜒运动。在坡面时该单向轮能够使蛇形机器人通过蜿蜒运动实现爬坡功能，并且利用单向转动的特性，使蛇形机器人能够在坡面以任意姿态静止或者转头等勘测任务。本专利技术可以在在60度坡面进行直线静止和转头探测作业，灵活度好，静止瞬间滑动距离为接近于0。附图说明图1为本专利技术蛇形关节模块结构图。图2为本专利技术蛇形正交关节模块结构图。图3为本专利技术单向被动轮接触机构正视图。图4为本专利技术单向轮结构图。图5为本专利技术单向被动轮接触机构侧视图。图6为本专利技术单向被动轮接触机构附视图。图7为本专利技术带有单向被动轮接触机构的蛇形正交关节模块结构图。图8为本专利技术蛇形机器人结构图。图9为本专利技术控制蛇形机器人方法流程图。具体实施方式为了使专利局的审查员尤其是公众能够更加清楚地理解本专利技术的技术实质和有益效果，申请人将在下面以实施例的方式作详细说明，但是对实施例的描述均不是对本专利技术方案的限制，任何依据本专利技术构思所作出的仅仅为形式上的而非实质性的等效变换都应视为本专利技术的技术方案范畴。实施例一、结构单向被动轮接触机构的蛇形机器人，包括蛇形关节模块，所述的蛇形关节模块包括活动板（1）、转轴（2）、连接板（3）、控制器（4）；所述的活动板为U形，一端开口的两个壁叫侧壁，与开口相对的壁叫底壁，所述的连接板（3）也为U形，控制器安装在连接板（3）的内部，连接板（3）通过转轴（2）与活动板（1）相连；一个蛇形关节模块的连接板（3）与下一个蛇形关节模块的活动板（1）垂直连接形成蛇形正交关节模块；其中所述的蛇形正交关节模块中活动板（1）开口朝向水平方向的蛇形关节模块，其朝向地面的侧壁安装有单向被动轮接触机构（5）。单向轮接触机构需要如下材料：单向轴承（A）（内径8mm，外径22mm，厚度8mm）；橡胶圈（B）（内径22mm，外径35mm，厚度8mm）；舵机架（51）、圆柱销（53）、轴承固定管（54）、舵盘（55）、螺丝（56）；单向被动轮接触机构（5）包括U形舵机架（51）、单向轮（52）、圆柱销（53）、轴承固定管（54）、舵盘（55）、螺丝（56）：所述的单向轮包括单向轴承（A）和橡胶圈（B），橡胶圈（B）固定在单向轴承上面（A）；圆柱销（53）穿过单向轮（52）的轴心，圆柱销（53）通过舵机盘（55）固定在舵机架（51）上，通过两个轴承固定管（54）将单向轮限位在舵机架（51）中间，舵机盘（55）通过螺丝（56）固定在舵机架（51）上。二、单向被动轮接触机构型蛇形机器人系统搭建和控制（处于常温下）：第一步、将橡胶圈固定在单向轴承上面（所需材料：橡胶圈和单向轴承各1个）；第二步、将单向轴承置于圆柱销中间，然后用轴承固定管将其固定（所需材料：圆柱销1根，轴承固定管2根）；第三步、将两个内侧舵机盘分别置于圆柱销两边，然后将其安装于短U型舵机架上（所需材料：舵机盘2个，短U型舵机架1个）；第四步、将两个外侧舵机盘分别安装于短U型舵机架两侧，然后用螺丝钉将内外两个舵机盘拧紧，把整个圆柱销稳稳地固定在短U型舵机架上（所需材料：舵机盘2个，螺丝钉8个）；第五步、通过电机架与舵机连接构成单关节；第六步、正交连接单关节构成正交串联型蛇形机器人关节；第七步、连接正交关节构成蛇形机器人本体；第八步、将蛇形机器人的水平选择关节底部都连接一个单向被动轮接触机构；第九步、通过单片机将舵机控制起来；第十步、应用蓝牙实现上下位机的无线通讯；第十一步、按照设计的爬坡步态控制机器人实现爬坡和蜿蜒运动等步态。三、蛇形机器人蜿蜒爬坡方法：式中i为蛇形机器人的关节号，α为弧值角（rad），kn为蛇形机器人运动时S形曲线个数，N为蛇形机器人的总节数，L为蛇形机器人总长度（mm），π为圆周率，s为运动速率。采用以下步骤控制各个蛇形机器人个各正交关节模块，通信模块采用蓝牙通信模块；：步骤（1）、上位机识别输入的控制指令；步骤（2）、上位机本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种单向被动轮接触机构的蛇形机器人，其特征在于：包括蛇形关节模块，所述的蛇形关节模块包括活动板（1）、转轴（2）、连接板（3）、控制器（4）；所述的活动板为形，一端开口的两个壁叫侧壁，与开口相对的壁叫底壁，所述的连接板（3）也为形，控制器安装在连接板（3）的内部，连接板（3）通过转轴（2）与活动板（1）相连；一个蛇形关节模块的连接板（3）与下一个蛇形关节模块的活动板（1）垂直连接形成蛇形正交关节模块；其中所述的蛇形正交关节模块中活动板（3）开口朝向水平方向的蛇形关节模块，其朝向地面的侧壁安装有单向被动轮接触机构（5）；所述的单向被动轮接触机构（5）包括形舵机架（51）、单向轮（52）、圆柱销（53）、轴承固定管（54）、舵盘（55）、螺丝（56），圆柱销（53）穿过单向轮（52）的轴心，圆柱销（53）两端固定在舵机架上，通过两个轴承固定管（54）将单向轮限位在舵机架（51）中间。
【技术特征摘要】
1.一种单向被动轮接触机构的蛇形机器人，其特征在于：包括蛇形关节模块，所述的蛇形关节模块包括活动板（1）、转轴（2）、连接板（3）、控制器（4）；所述的活动板为U形，一端开口的两个壁叫侧壁，与开口相对的壁叫底壁，所述的连接板（3）也为U形，控制器安装在连接板（3）的内部，连接板（3）通过转轴（2）与活动板（1）相连；一个蛇形关节模块的连接板（3）与下一个蛇形关节模块的活动板（1）垂直连接形成蛇形正交关节模块；其中所述的蛇形正交关节模块中活动板（1）开口朝向水平方向的蛇形关节模块，其朝向地面的侧壁安装有单向被动轮接触机构（5）；所述的单向被动轮接触机构（5）包括U形舵机架（51）、单向轮（52）、圆柱销（53）、轴承固定管（54）、舵盘（55）、螺丝（56），圆柱销（53）穿过单向轮（52）的轴心，圆柱销（53）两端固定在舵机架上，通过两个轴承固定管（54）将单向轮限位在舵机架（51）中间。2.根据权利要求1所述的单向被动轮接触机构的蛇形机器人，其特征在于：所述的单向轮包括单向轴承（A）和橡胶圈（B），橡胶圈（B）固定在单...
【专利技术属性】
技术研发人员：卢振利，刘超，孙凯翔，谢亚飞，冯大宇，毛丽民，单长考，
申请(专利权)人：常熟理工学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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