蛇形机器人的姿态控制方法

摘要

本发明涉及一种蛇形机器人的姿态控制方法，所述的蛇形机器人包括4个一组的螺旋壳体(1)、在每个螺旋壳体(1)上设置有螺旋齿，位于中间的两个螺旋壳体(1)上的螺旋齿旋转方向相同，位于两侧的螺旋壳体(1)上的螺旋齿旋转方向与位于中间的两个螺旋壳体(1)上的螺旋齿旋转方向相反；相邻的两个螺旋壳体(1)之间设置有全向关节，其姿态控制方法针对孔洞行进，不平整路面行进，平坦路面行进；柱体缠绕行进4种姿态提出。本发明提基于螺旋推进原理的蛇形机器人提出姿态控制方法，使其能够穿过狭窄空间；通过控制关节和螺旋壳体的运动，使蛇形机器人变化成不同的运动形态，从而使一种机器人可以在不同环境中高效的运动，有极强的通过性。

主权项

一种蛇形机器人的姿态控制方法，所述的蛇形机器人包括4个一组的螺旋壳体(1)、在每个螺旋壳体(1)上设置有螺旋齿，位于中间的两个螺旋壳体(1)上的螺旋齿旋转方向相同，位于两侧的螺旋壳体(1)上的螺旋齿旋转方向与位于中间的两个螺旋壳体(1)上的螺旋齿旋转方向相反；相邻的两个螺旋壳体(1)之间设置有全向关节，每个全向关节包括两个U型连杆(12)，两个舵机(4)，两个舵机支架(11)，两个舵机盘(2)；两个U型连杆(12)以相互垂直的方式通过配合孔固定连接；舵机(4)固定安装在舵机支架(11)上，舵机盘(2)固定安装在舵机的旋转轴上；U型连杆(12)的一端固定有舵机盘(2)，另一端设有一个轴孔，固定在舵机支架(11)底部的轴配合在所述轴孔中，舵机支架(11)能够绕U型连杆旋转，舵机(4)旋转轴旋转，使U型连杆(12)与舵机支架(11)产生相对旋转的运动；每个螺旋壳体(1)内部设置有中空轴(9)，中空轴(9)的端部通过中空连接轴(10)与舵机支架(11)相连；在中空轴(9)上固定有减速电机(7)，由减速电机(7)驱动的外齿轮(6)与固定在螺旋壳体(1)内壁上的内齿轮(8)相啮合，其姿态控制方法如下：第一种姿态，在孔洞中，全向关节在舵机(4)的控制下保持直线形态，减速电机带动螺旋壳体(1)旋转，使螺旋齿旋转方向不同的相邻一对螺旋壳体的螺旋齿与接触面的左右摩擦力相抵消，最终相邻的两个螺旋壳体(1)上的螺旋齿只有一个向前的合力，使其向前行进；第二种姿态，在不平整路面上，全向关节在舵机(4)的控制下保持折线形态，折线的角度视地面的不平整而定，使螺旋壳体(1)上螺旋齿与地面接触，减速电机带动螺旋壳体(1)旋转，螺旋齿旋转方向不同的相邻一对螺旋壳体的螺旋齿与接触面的左右摩擦力相抵消，最终相邻的两个螺旋壳体(1)上的螺旋齿只有一个向前的合力，使其向前行进；第三种姿态，在平坦的路面上，在两个舵机(4)的控制下使每对位于全向关节两侧的相邻的螺旋壳体(1)位于不同的水平面上并相互垂直，位于平行着地的两个螺旋壳体(1)上的螺旋齿的旋转方向相同，其他结构架在这两个螺旋壳体上面；固定在中空轴(9)的减速电机(7)上的外齿轮(6)与螺旋壳体(1)上的内齿轮(8)啮合，带动平行着地的两个螺旋壳体(1)旋转，最终两个平行着地的螺旋壳体(1)向前滚动，使整个蛇形机器人如小车一样在平坦的路面上行进；第四种姿态，在柱体上，全向关节在舵机(4)的控制下使螺旋壳体(1)之间呈一定角度，从而使整条蛇形机器人缠绕在柱体上，减速电机带动各个螺旋壳体(1)旋转，通过螺旋壳体(1)的旋转与柱体表面产生的摩擦力及驱动力，使其在柱体上行进。