一种蛇形仿生机器人及其控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种蛇形仿生机器人及其控制系统，涉及仿生机器人技术领域。本发明专利技术包括头部关节、尾部关节以及连接于头部关节和尾部关节之间的通用关节，头部关节包括第一壳体、相机、功能模块控制电路、功能模块通信电路等；尾部关节包括第二壳体、蛇体尾部关节控制电路、供电电路、线缆接插口等；通用关节包括第三壳体、关节接插电路、舵机、关节控制电路等；尾部关节的尾部通过控制线连接电源控制器，并由USB线连接至上位机控制台以及通过遥控手柄对蛇形仿生机器人进行控制。本发明专利技术能够适用于空间狭小、环境复杂、人不易到达的应用场景，可应用于狭窄管道、电缆沟道、大型设备腔体内部作业，也可应用于地震救援、军事巡检等场景，具有复杂环境适应能力强的特点。

A snake like bionic robot and its control system

【技术实现步骤摘要】
一种蛇形仿生机器人及其控制系统
本专利技术属于仿生机器人
，特别是涉及一种蛇形仿生机器人以及一种蛇形仿生机器人的控制系统。
技术介绍
本专利技术属于蛇类机器人，目前主要在学术研究领域有涉及，其中主要有：1、国际研究机构：德国国家信息技术研究中心研制的GMD-snake搭载压力传感器、摄像传感器等；密西根大学的OmniTeadOT系列，采用气动多自由度关节；卡内基梅隆大学的UncleSam，模块化机器人；挪威科技大学的AnnaKonda，用于救火。2、国内主要研究：沈阳自动化研究所研制的巡视者系列机器人；上海交大研制的适用于爬行的CSR机器人；国防科技大学的NUDTSR机器人和北京信息科技大学研发的“中国龙”。上述学术领域的蛇形机器人形态各异，主要用于技术研究，有的仅为原型产品。本专利技术与卡内基梅隆大学的蛇形机器人最为接近，都是模块化关节，但无论从规格尺寸、外观形态，还是内部组件，均有不同，差异很大。3、产品化的蛇类机器人有：OCrobotics公司的蛇型机械臂，Festo仿生机器人BionicMotionRobot和新松公司的蛇型机械臂。这三家机器人产品属于类蛇形的机械臂，其和蛇形机器人最大区别，在于其末端固定，不能独立运行，仅在动作形态上与蛇的动作相似。与本专利技术差别很大。学术领域的蛇形机器人从外观形态和运动方式，都与本专利技术接近，但主要用于技术研究，一般为机器人原型，产品化不足，可靠性较差，另外，学术研究用的机器人往往成本较高，可复制性差。对于商用蛇型机械臂产品，虽然已有一些公司产品化，但该类产品和本专利技术差异较大，仅在动作形态上与蛇的动作相似。其末端一般固定，不能独立移动，应用场景和应用方式与本专利技术不同，机器人作业范围受限机器人的尺寸，应用场景有限，因此针对以上问题，本专利技术提供的一种蛇形仿生机器人及其控制系统具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术为一种蛇形仿生机器人及其控制系统，属于一项仿生机器人产品专利技术；该机器人从外观样式以及运动形式与蛇相似，故可称为认为是一种蛇类型的机器人；该机器人可以也归属为特种机器人中的一种，适用于空间狭小、环境复杂、人不易到达的应用场景，例如可在狭窄管道、电缆沟道、大型设备腔体内部作业，也可应用于地震救援、军事巡检等场景，具有复杂环境适应能力强的特点。为解决上述技术问题，本专利技术是通过以下技术方案实现的：本专利技术是一种蛇形仿生机器人及其控制系统，包括由头部关节、尾部关节以及连接于头部关节和尾部关节之间的至少八个通用关节活动连接构成；所述头部关节包括圆筒型的第一壳体、环绕安装于第一壳体前端部的一圈LED照明灯以及位于中间位置的相机、安装于第一壳体内部的用于控制LED照明灯和相机的功能模块控制电路、安装于第一壳体内部的功能模块通信电路、分别位于头部关节“凵”型连接基座上两侧的第一关节安装机械接口和第一轴承；所述功能模块通信电路上设置有用于显示头部关节工作状态的第一指示灯、连接LED照明灯与相机的功能模块通信接口、用于传导关节控制信号实现基座连接控制通信以及用于传输数据的第一模拟通信接口；所述尾部关节包括圆筒型的第二壳体、安装于第二壳体内的蛇体尾部关节控制电路、设置于第二壳体尾部与尾部关节控制电路相连供电电路、设置于第二壳体尾端与蛇体尾部关节控制电路相连的线缆接插口、设置于连供电电路上的用于显示尾部关节供电状态的第二指示灯、设置于蛇体尾部关节控制电路上用于显示蛇形机器人关节整体通信状态的第三指示灯、对称设置于第二壳体顶端“凵”型连接基座上两侧的第二轴承和第二关节安装机械接口、设置于尾部关节末端与线缆接插口相对应的用于限位控制线的第二轴承以及设置于第二轴承与蛇体尾部关节控制电路之间的滑环结构；所述通用关节包括圆筒型的第三壳体、安装于第三壳体内的关节接插电路、安装于第三壳体内顶部且外两侧分别对称伸出设置有舵盘和第三轴承的舵机、连接于关节接插电路与舵机之间用于传导关节控制信号实现舵机连接控制通信、插接于关节接插电路上并与舵机电性相连的关节控制电路、设置于关节接插电路上用于传输数据的第二通信接口、对称设置于通用关节底端“凵”型连接基座上的第三关节安装机械接口和第三轴承、安装于关节接插电路上的第四指示灯；所述尾部关节的尾部通过控制线经滑环结构与蛇体尾部关节控制电路电性相连后接电源控制器，所述电源控制器由电池电源供电，并由USB线连接至上位机控制台以及通过遥控手柄对蛇形仿生机器人进行控制；相邻所述头部关节与通用关节之间通过舵盘与第一关节安装机械接口以及第一轴承与第三关节安装机械接口转动相连、相邻两所述通用关节之间通过交叉的第三关节安装机械接口和舵盘转动相连、相邻所述通用关节与尾部关节之间通过舵盘与第二关节安装机械接口以及第二轴承与第三关节安装机械接口转动相连.进一步地，相邻所述头部关节、通用关节和尾部关节之间呈相互90°交错串联安装。进一步地，所述相机采用可见光相机或红外相机。进一步地，相邻所述尾部关节、通用关节、头部关节之间最大转角180°。进一步地，关节接插电路上设置有铜制定制插针，所述关节控制电路上设置有与铜制定制插针相对且插接配合的铜制插针筒，通过插接电路串联实现通讯。一种蛇形仿生机器人的控制系统，包括：头部电路，由与LED照明灯和相机电性相连的功能模块通信电路与功能模块控制电路构成；通用关节电路，由与舵机电性相连的关节控制电路以及与关节控制电路插接电性相连的关节接插电路构成；尾部电路，由供电电路以及与供电电路电性相连的蛇体尾部关节控制电路构成；所述头部电路与通用关节电路之间通过穿插于“凵”型连接基座的转轴孔以及第一壳体、第三壳体内走线槽实现线路相连；相邻两所述通用关节电路之间通过穿插于“凵”型连接基座的转轴孔以及第三壳体内走线槽实现线路相连；所述尾部电路与通用关节电路之间通过穿插于“凵”型连接基座的转轴孔以及第二壳体、第三壳体内走线槽实现线路相连，导线连接于蛇体尾部关节控制电路上；所述头部电路、通用关节电路、尾部电路依次由导线相连后由控制线经尾部关节控制电路输出与电源控制器相连，所述电源控制器由电池电源供电，并由USB线连接至上位机控制台以及通过遥控手柄对蛇形仿生机器人进行控制。进一步地，所述尾部关节中与蛇体尾部关节控制电路相连的控制线采用485通讯方式与电源控制器电性相连，所述电源控制器采用24-60V电源供电。进一步地，所述上位机控制台端的UI界面，设置有相机前端视频图像显示区、蛇形仿生机器人各关节状态指示灯、蛇形仿生机器人运行状态指示区。本专利技术具有以下有益效果：1、基于自身尺寸，可以钻入狭小空间中运动，同时可以搭载可见光摄像机或红外相机实时拍摄图像或视频，是其它机器人不具备的能力；2、该机器人的运动特点可以适应复杂地形，是传统轮式机器人不具备的能力，其简易的结构，大范围运动能力，和低成本是多足机器人不具备的优势；3、本产品采用模块化设计，可以方便增加、减少、替换模块，可根据应用场景调整机器人长度，以适应不同应本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种蛇形仿生机器人，包括头部关节(1)、尾部关节(2)以及连接于头部关节(1)和尾部关节(2)之间的至少八个通用关节(3)活动连接构成，其特征在于：/n所述头部关节(1)包括圆筒型的第一壳体(104)、环绕安装于第一壳体(104)前端部的一圈LED照明灯(101)以及位于中间位置的相机(102)、安装于第一壳体(104)内部的用于控制LED照明灯(101)和相机(102)的功能模块控制电路(106)、安装于第一壳体(104)内部的功能模块通信电路(105)、分别设置于头部关节(1)“凵”型连接基座上两侧的第一关节安装机械接口(103)和第一轴承(111)；所述功能模块通信电路(105)上设置有用于显示头部关节(1)工作状态的第一指示灯(107)、连接LED照明灯(101)与相机(102)的功能模块通信接口(108)、用于传导关节控制信号实现基座连接控制的通信接口(110)以及用于传输数据的第一模拟通信接口(109)；/n所述尾部关节(2)包括圆筒型的第二壳体(201)、安装于第二壳体(201)内的蛇体尾部关节控制电路(206)、设置于第二壳体(201)尾部与尾部关节控制电路(207)相连供电电路(203)、设置于第二壳体(201)尾端与蛇体尾部关节控制电路(206)相连的线缆接插口(204)、设置于连供电电路(203)上的用于显示尾部关节(2)供电状态的第二指示灯(202)、设置于蛇体尾部关节控制电路(206)上用于显示蛇形机器人关节整体通信状态的第三指示灯、对称设置于第二壳体(201)顶端“凵”型连接基座上两侧的第二轴承(205)和第二关节安装机械接口(210)、设置于尾部关节(2)末端与线缆接插口(204)相对应的用于限位控制线的第二轴承(209)以及设置于第二轴承(209)与蛇体尾部关节控制电路(206)之间的滑环结构(208)；/n所述通用关节(3)包括圆筒型的第三壳体(301)、安装于第三壳体(301)内的关节接插电路(307)、安装于第三壳体(301)内顶部且外两侧分别对称伸出设置有舵盘(302)和第三轴承(304)的舵机、插接于关节接插电路(307)上并与舵机电性相连的关节控制电路(303)、设置于关节接插电路(307)上用于传输数据的第二通信接口(308)、对称设置于通用关节(3)底端“凵”型连接基座上的第三关节安装机械接口(309)和第三轴承(310)、安装于关节接插电路(307)上的第四指示灯(306)；/n所述尾部关节(2)的尾部通过控制线经滑环结构(208)与蛇体尾部关节控制电路(206)电性相连后接电源控制器，所述电源控制器由电池电源供电，并由USB线连接至上位机控制台以及通过遥控手柄对蛇形仿生机器人进行控制；相邻所述头部关节(1)与通用关节(3)之间通过舵盘(302)与第一关节安装机械接口(103)以及第一轴承(111)与第三关节安装机械接口(309)转动相连、相邻两所述通用关节(3)之间通过交叉的第三关节安装机械接口(309)和舵盘(302)转动相连、相邻所述通用关节(3)与尾部关节(2)之间通过舵盘(302)与第二关节安装机械接口(210)以及第二轴承(209)与第三关节安装机械接口(309)转动相连。/n...

【技术特征摘要】
1.一种蛇形仿生机器人，包括头部关节(1)、尾部关节(2)以及连接于头部关节(1)和尾部关节(2)之间的至少八个通用关节(3)活动连接构成，其特征在于：
所述头部关节(1)包括圆筒型的第一壳体(104)、环绕安装于第一壳体(104)前端部的一圈LED照明灯(101)以及位于中间位置的相机(102)、安装于第一壳体(104)内部的用于控制LED照明灯(101)和相机(102)的功能模块控制电路(106)、安装于第一壳体(104)内部的功能模块通信电路(105)、分别设置于头部关节(1)“凵”型连接基座上两侧的第一关节安装机械接口(103)和第一轴承(111)；所述功能模块通信电路(105)上设置有用于显示头部关节(1)工作状态的第一指示灯(107)、连接LED照明灯(101)与相机(102)的功能模块通信接口(108)、用于传导关节控制信号实现基座连接控制的通信接口(110)以及用于传输数据的第一模拟通信接口(109)；
所述尾部关节(2)包括圆筒型的第二壳体(201)、安装于第二壳体(201)内的蛇体尾部关节控制电路(206)、设置于第二壳体(201)尾部与尾部关节控制电路(207)相连供电电路(203)、设置于第二壳体(201)尾端与蛇体尾部关节控制电路(206)相连的线缆接插口(204)、设置于连供电电路(203)上的用于显示尾部关节(2)供电状态的第二指示灯(202)、设置于蛇体尾部关节控制电路(206)上用于显示蛇形机器人关节整体通信状态的第三指示灯、对称设置于第二壳体(201)顶端“凵”型连接基座上两侧的第二轴承(205)和第二关节安装机械接口(210)、设置于尾部关节(2)末端与线缆接插口(204)相对应的用于限位控制线的第二轴承(209)以及设置于第二轴承(209)与蛇体尾部关节控制电路(206)之间的滑环结构(208)；
所述通用关节(3)包括圆筒型的第三壳体(301)、安装于第三壳体(301)内的关节接插电路(307)、安装于第三壳体(301)内顶部且外两侧分别对称伸出设置有舵盘(302)和第三轴承(304)的舵机、插接于关节接插电路(307)上并与舵机电性相连的关节控制电路(303)、设置于关节接插电路(307)上用于传输数据的第二通信接口(308)、对称设置于通用关节(3)底端“凵”型连接基座上的第三关节安装机械接口(309)和第三轴承(310)、安装于关节接插电路(307)上的第四指示灯(306)；
所述尾部关节(2)的尾部通过控制线经滑环结构(208)与蛇体尾部关节控制电路(206)电性相连后接电源控制器，所述电源控制器由电池电源供电，并由USB线连接至上位机控制台以及通过遥控手柄对蛇形仿生机器人进行控制；相邻所述头部关节(1)与通用关节(3)之间通过舵盘(302)与第一关节安装机械接口(103)以及第一轴承(111)与第三关节安装机械接口(309)转动相连、相邻两所述通用关节(3)之间通过交叉的第...

【专利技术属性】
技术研发人员：周定江，董文浩，马凯丽，龚超慧，
申请(专利权)人：上海宾通智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31