一种模块化蛇形机器人制造技术

本实用新型专利技术公开了一种模块化蛇形机器人，该机器人包括多个串联的运动模块，各运动模块又分别包括：静平台、动平台、电路板和连接支链，电路板设置于动平台表面，静平台和动平台之间通过多条连接支链相连接；本实用新型专利技术在以往的模块化蛇形机器人基础上完善模块化单元间并联结构的设计，能够实现蠕动、扭转等动作。通过加装传感器监测机器人运动时的电压、电流、扭矩等参数，得到蛇形机器人面对不同类型环境的不同适应构态，拥有创新性的并联机构，可以根据实际情况需要模块化装配，可实现蠕动、蜿蜒、拐弯避障和攀爬管道等动作，在管道检测、灾害现场等复杂环境极具实际应用价值。

A modular snake robot

【技术实现步骤摘要】
一种模块化蛇形机器人
本技术属于仿生机器人
，具体涉及一种模块化蛇形机器人。
技术介绍
蛇形机器人作为一种新型的仿生物机器人，它实现了像蛇一样的“无肢运动”，而且具有体积小、多关节、多自由度、多种运动模式等特点，能够通过改变自身的运动形态来适应各种地形需要。目前蛇形机器人为了能够逼真地模仿自然界蛇的运动形式，都采用了类似于蛇微小脊椎结构单元的模块化单元设计。每个模块单元是相同的，都有独立的控制与驱动系统，将这些微小的单元串联在一起组成完整的蛇的身体结构，通过各个单元之间的协调配合实现蛇的各种运动形态。现有研究提出了基于折纸机构的可扩展连续体机器人，该机器人拥有可折叠的骨架和脊椎骨一体化结构，能够灵活实现伸缩和弯曲运动。折纸机构一般应用对称的结构，同向性好，位置逆解容易求得从而能够便于控制，同时承载力高，能够实现各种复杂运动，而且折纸机构空间延展性好，能够实现各种折叠运动。但如何利用折纸机构实现蛇形机器人的仿真模拟以及如何将控制系统集成于模块化结构中仍有待研究。
技术实现思路
本技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种模块化蛇形机器人。本技术是通过以下技术方案实现的：一种模块化蛇形机器人，包括多个串联的运动模块，各运动模块又分别包括：静平台、动平台、电路板和连接支链，电路板设置于动平台表面，静平台和动平台之间通过多条连接支链相连接；所述连接支链包括电机座、电机、联轴器安装座、联轴器、电位器和活动板式连接机构；所述电机座安装于动平台表面，所述电机安装于电机座内，所述联轴器安装座安装于静平台表面，所述活动板式连接机构分别通过各联轴器安装于电机座和联轴器安装座上；所述电位器安装于动平台一侧的联轴器上用于测量活动板式连接机构的转角。在上述技术方案中，所述活动板式连接机构包括动平台连接板、静平台连接板、第一形变板、第二形变板、第三形变板、第四形变板，所述静平台连接板与第一、第三形变板之间通过贴纸粘贴实现弯折活动连接，所述动平台连接板与第二、第四形变板之间通过贴纸粘贴实现弯折活动连接，所述第一、第二形变板之间通过贴纸粘贴实现弯折活动连接，所述第三、第四形变板之间通过贴纸粘贴实现弯折活动连接，上述各连接线相交于一点，且各形变板中部形成有方孔。在上述技术方案中，所述第一、第三形变板与静平台连接板之间呈60度角，所述第二、第四形变板与动平台连接板之间呈60度角。在上述技术方案中，所述静平台连接板、动平台连接板形成有2块与联轴器对接的插板，插板上形成有安装孔。在上述技术方案中，所述电机座通过底板上的安装孔与动平台连接固定，底板呈L型，一侧形成用于放置输出轴的U形槽，另一侧形成支撑轴。在上述技术方案中，电机安装于电机座，通过螺栓与电机座固定。在上述技术方案中，所述联轴器包括用于安装于电机座上、与动平台连接板相连接的动平台传动联轴器、动平台从动联轴器，以及用于安装于联轴器安装座、与静平台连接板相连接的2个静平台联轴器。在上述技术方案中，所述动平台传动联轴器通过第一轴孔安装于电机的输出轴上，第一形变板安装槽用于放入动平台连接板插板，第一螺栓孔用于放入螺栓旋紧固定动平台连接板。在上述技术方案中，所述动平台从动联轴器通过第二轴孔安装于电机座的支撑轴上，第二形变板安装槽用于放入动平台连接板插板，第二螺栓孔用于放入螺栓旋紧固定动平台连接板，所述动平台从动联轴器靠近电机座一侧形成有电位器夹臂，电位器夹臂之间的第二轴孔周围形成有电位器安装孔。在上述技术方案中，所述电位器安装于动平台从动联轴器的电位器夹臂之间，电机座的支撑轴穿过电位器上的第三轴孔，电位器上的定位凸起嵌入于动平台从动联轴器的电位器安装孔内。在上述技术方案中，所述联轴器安装座通过基板上的螺孔与静平台连接固定，两侧形成有对称的支撑臂，所述静平台联轴器通过与动平台传动联轴器相同的安装方式安装在两支撑臂上。一种模块化蛇形机器人的控制系统，包括主控板、电机驱动板、陀螺仪、电机以及电位器，所述主控板、电机驱动板安装于动平台表面与各电机、电位器相连，各运动模块之间的电机驱动板相串联，所述主控板接收输入值，将关节角度指令传递至电机驱动板，电机驱动板驱动电机转动制定的角度，并通过电位器采集电机的转角，所述用于采集各运动模块的实际姿态信息并传递至主控板。在上述技术方案中，所述电控板型号为ESP32。在上述技术方案中，所述电机型号为JGA1024-N20减速电机。在上述技术方案中，所述电位器型号为RDC503013A。在上述技术方案中，所述陀螺仪型号为JY901。本技术的优点和有益效果为：1、本技术通过在形变板下方开螺栓孔与联轴器安装，使形变板与联轴器之间的安装拆卸更方便；并在联轴器与电机座之间加装电位器，实时测量运动模块的弯折角度；2、本技术通过电机座与电机的配合，使电机的位置固定，安装简便，且不易发生松动；3、本技术通过各形变板之间的角度从45度90度，改为60度，同时减小中间镂空尺寸，这种改进后的结构不仅能够增大各板连接位置的长度，使得运动更加紧凑，同时增长了这个折纸机构的长度，在实际运动的过程中和地面接触的面积更大，摩擦力也更大，能够在较光滑的环境下保证运动的实现；4、本技术在以往的模块化蛇形机器人基础上完善模块化单元间并联结构的设计，能够实现蠕动、扭转等动作。通过加装传感器监测机器人运动时的电压、电流、扭矩等参数，得到蛇形机器人面对不同类型环境的不同适应构态，拥有创新性的并联机构，可以根据实际情况需要模块化装配，可实现蠕动、蜿蜒、拐弯避障和攀爬管道等动作，在管道检测、灾害现场等复杂环境极具实际应用价值。附图说明图1为本技术中一种模块化蛇形机器人的整体结构示意图。图2为本技术中一种模块化蛇形机器人的运动模块结构示意图一。图3为本技术中一种模块化蛇形机器人的运动模块结构示意图二。图4为形变板结构示意图。图5为电机座结构示意图。图6为电机结构示意图。图7为动平台传动联轴器结构示意图一。图8为动平台传动联轴器结构示意图二。图9为动平台从动联轴器结构示意图一。图10为动平台从动联轴器结构示意图二。图11为电位器结构示意图。图12为联轴器安装座结构示意图。图13为电路板安装位置示意图。图14为控制系统原理图。其中：1为运动模块，2为静平台，3为动平台，4为联轴器安装座，4-1为基板，4-2为支撑臂，4-3为螺孔，5为静平台联轴器，6为静平台连接板，7为第一形变板，8为第二形变板，9为第三形变板，10为第四形变板，11为动平台连接板，12为动平台传动联轴器，12-1为第一形变板安装槽，12-2为第一螺栓孔，12-3为第一轴孔，13为动平台从动联轴器，13-1为第二形变板安装槽，13-2为第二轴孔，13-3为第二螺栓孔，13-4为电位器安装孔，13-5为电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种模块化蛇形机器人，其特征在于：包括多个串联的运动模块，各运动模块又分别包括：静平台、动平台、电路板和连接支链，电路板设置于动平台表面，静平台和动平台之间通过多条连接支链相连接；/n所述连接支链包括电机座、电机、联轴器安装座、联轴器、电位器和活动板式连接机构；所述电机座安装于动平台表面，所述电机安装于电机座内，所述联轴器安装座安装于静平台表面，所述活动板式连接机构分别通过各联轴器安装于电机座和联轴器安装座上；所述电位器安装于动平台一侧的联轴器上用于测量活动板式连接机构的转角。/n

【技术特征摘要】
1.一种模块化蛇形机器人，其特征在于：包括多个串联的运动模块，各运动模块又分别包括：静平台、动平台、电路板和连接支链，电路板设置于动平台表面，静平台和动平台之间通过多条连接支链相连接；
所述连接支链包括电机座、电机、联轴器安装座、联轴器、电位器和活动板式连接机构；所述电机座安装于动平台表面，所述电机安装于电机座内，所述联轴器安装座安装于静平台表面，所述活动板式连接机构分别通过各联轴器安装于电机座和联轴器安装座上；所述电位器安装于动平台一侧的联轴器上用于测量活动板式连接机构的转角。


2.根据权利要求1所述的一种模块化蛇形机器人，其特征在于：所述活动板式连接机构包括动平台连接板、静平台连接板、第一形变板、第二形变板、第三形变板、第四形变板，所述静平台连接板与第一、第三形变板之间通过贴纸粘贴实现弯折活动连接，所述动平台连接板与第二、第四形变板之间通过贴纸粘贴实现弯折活动连接，所述第一、第二形变板之间通过贴纸粘贴实现弯折活动连接，所述第三、第四形变板之间通过贴纸粘贴实现弯折活动连接，各连接线相交于一点，且各形变板中部形成有方孔。


3.根据权利要求2所述的一种模块化蛇形机器人，其特征在于：所述第一形变板、第三形变板与静平台连接板之间呈60度角，所述第二形变板、第四形变板与动平台连接板之间呈60度角。


4.根据权利要求2所述的一种模块化蛇形机器人，其特征在于：所述静平台连接板、动平台连接板形成有2块与联轴器对接的插板，插板上形成有安装孔。


5.根据权利要求1所述的一种模块化...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴建生，唐昭，庄哲明，谢英江，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：新型
国别省市：天津;12