一种仿生蛇形机器人

1.本实用新型涉及仿生机器人技术领域，具体涉及一种仿生蛇形机器人。

背景技术：

2.二十一世纪人类将进入老龄化社会，发展“仿人机器人”来弥补年轻劳动力的严重不足，解决老龄化社会的家庭服务和医疗等社会问题，并能开辟新的产业，创造新的就业机会。“仿人机器人”是指模仿生物、从事生物特点工作的机器人。当今世界，科技发展水平日益进步，机器人研究领域已经向航空航天、水面水下、地下管道等环境发展，未来的机器人将在人类无法工作的环境中代替人类工作，人们要求机器人不仅适应原来的基本要求，还要适应未知的环境，这就对机器人的运动灵活性、适应性、生存能力很高。
3.移动性能是未来机器人在许多场合的关键能力，为了完成任务，常常要求机器人能够到人们无法进入的禁区进行侦查、探测、攻击、干扰等行动。机器人模仿动物的特性，能够适应不同的环境，活动范围广，躲避风险能力和生存能力强，拥有极强的移动能力，因此，能够代替人们到达不可预测的环境中进行各种活动，完成任务。
4.大自然曾为人类的造物提供了丰富灵感，比如，我国古人模仿鸟喙衔食物的动作，发明了筷子。现在，仿生学已经得到了广泛应用，人们利用生物的结构和功能原理，研制机械或各种新技术。当前，随着生物机理认识的深入、智能控制技术的发展，仿生机器人正向第四个阶段发展，即结构与生物特性一体化的类生命系统，强调仿生机器人不仅具有生物的形态特征和运动方式，同时具备生物的自我感知、自我控制等性能特性，更接近生物原型。科技的迅速发展必将推动仿生机器人的发展，这是现实的选择，也是大势所趋。现在许多工业领域出现了各种机器人的身影，但是在仿生机器人的制造方面还是在许多的不足，随着技术的不断成熟，在未来，不论是生物的形态与运动方式还是自我感知、自我控制等性能也会越来越接近原型。

技术实现要素：

5.基于上述现有技术，本实用新型提供了一种仿生蛇形机器人，该机器人结构简单，蛇头起伏和侧摆灵活，能够方便越过或避开障碍物，而且能够模仿蛇的吐信动作。
6.实现本实用新型上述目的所采用的技术方案为：
7.一种仿生蛇形机器人，包括蛇头、蛇身和蛇尾，还包括蛇头关节，蛇头与蛇身前端通过蛇头关节连接，蛇头包括蛇头外壳和吐信机构，蛇头外壳前端开口，吐信机构包括机械舌头、固定座和曲柄驱动机构，固定座安装于舌头外壳内，机械舌头与固定座活动连接，曲柄驱动机构与机械舌头的内端连接，曲柄驱动机构驱动机械舌头进行吐信。
8.所述的曲柄驱动机构包括曲柄和吐信电机，吐信电机固定于蛇头外壳内，曲柄呈l型，曲柄包括传动杆和第一连接销轴，传动杆的一端与第一连接销轴的一端连接，传动杆的另一端固定套装于吐信电机的输出轴上，第一连接销轴的另一端与机械舌头的内端活动连接，第一连接销轴的另一端与机械舌头的内端间隙配合。
9.所述的固定座包括支撑块和衔接块，支撑块有一对，两支撑块对称设置于蛇头外壳内，两支撑块正相对，两支撑块的底部分别与蛇头外壳底部连接，衔接块位于两支撑块之间，衔接块的两侧对称设有第二连接销轴，两第二连接销轴分别与两支撑块连接，且两第二连接销轴分别与两支撑块间隙配合，衔接块上设有限位孔，机械舌头活动贯穿限位孔。
10.所述的机械舌头呈方形条状，限位孔呈方形。
11.所述的蛇头关节包括蛇头连接框、蛇头上下摆动驱动机构和蛇头左右摆动驱动机构，蛇头连接框与蛇头和蛇身前端分别活动连接，蛇头上下摆动驱动机构有一对，两蛇头上下摆动驱动机构对称设置，
12.其中一个蛇头上下摆动驱动机构与蛇头连接框的左侧边框固定连接，另一个蛇头上下摆动驱动机构与蛇头连接框的右侧边框固定连接，蛇头左右摆动驱动机构与蛇头连接框的顶部边框固定连接。
13.所述的蛇头上下摆动驱动包括上下摆动舵机、第一传动轴、第一小锥齿轮、第一大锥齿轮和第一齿轮轴，两上下摆动舵机对称安装于蛇头外壳后部内，两第一传动轴的一端分别与两上下摆动舵机的输出端连接，两第一小锥齿轮分别套设于两第一传动轴的另一端上，两第一齿轮轴分别固定于蛇头连接框的左侧边框和右侧边框上，两第一大锥齿轮分别套设于两第一齿轮轴上，两第一小锥齿轮分别和两第一大锥齿轮啮合；
14.所述的蛇头左右摆动驱动包括左右摆动舵机、第二传动轴、第二小锥齿轮、第二大锥齿轮和第二齿轮轴，左右摆动舵机安装于蛇身内，第二传动轴的一端与左右驱动舵机的输出端连接，第二小锥齿轮套设于第二传动轴的另一端上，第二齿轮轴固定于蛇头连接框的顶部边框上，第二大锥齿轮套设于第二齿轮轴的另一端上，第二小锥齿轮和第二大锥齿轮啮合；
15.两第一齿轮轴所在的直线分别垂直于第二齿轮轴所在的直线，两第一齿轮轴和第二齿轮轴分别位于蛇头连接框内切圆的径向上。
16.所述的蛇头外壳后端上对称设有两蛇头连接耳板，两蛇头连接耳板上对称设有蛇头轴承，两第一齿轮轴分别固定贯穿蛇头连接框的左侧边框和右侧边框上，两第一齿轮轴分别与两蛇头轴承连接；
17.蛇身前端上对称设有两蛇身连接耳板，两蛇头连接耳板和两蛇身连接耳板呈方形分布，两蛇身连接耳板分别位于蛇头连接框的上方和下方，两蛇身连接耳板上对称设有蛇身轴承，第二齿轮轴固定贯穿于蛇头连接框的顶部边框上，第二齿轮轴与位于上方的蛇身轴承连接，蛇头连接框的底部边框上固定贯穿有衔接短轴，连接销轴与位于下方的蛇身轴承连接。
18.所述的蛇头连接框呈类方形。
19.所述的蛇头外壳的开口呈鱼嘴型。
20.与现有技术相比，本实用新型的有益效果和优点在于：
21.1、该机器人在蛇头上设置了曲柄驱动机构，能够较为逼真的模仿蛇的吐信动作。
22.2、该机器人在蛇头处设置了左右摆动驱动机构，可控制蛇头左右摆动，能够模拟蛇的摆头动作。
23.3、该机器人在蛇头上设置了上下摆动驱动机构，能够驱动蛇头做起伏动作，使得蛇头起伏和侧摆更加灵活，能够方便越过或避开障碍物。
附图说明
24.图1为仿生蛇形机器人的结构示意图。
25.图2为蛇头的结构示意图。
26.图3为蛇头的俯视图。
27.图4为图3a-a向的剖视图。
28.图5为吐信机构的结构示意图。
29.图6为曲柄驱动机构与机械舌头的装配图。
30.其中，1-蛇头、2-蛇头外壳、3-蛇身、4-蛇尾、5-机械舌头、6-吐信电机、7-传动杆、8-第一连接销轴、9-支撑块、10-衔接块、11-第二连接销轴、12-限位孔、13-蛇头连接框、14-上下摆动舵机、15-第一传动轴、16-第一小锥齿轮、17-第一大锥齿轮、18-第一齿轮轴、19-蛇头连接耳板、20-蛇头轴承、21-左右摆动舵机、22-第二传动轴、23-第二小锥齿轮、24-第二大锥齿轮、25-第二齿轮轴、26-蛇身连接耳板、27-蛇身轴承、28-衔接短轴。
具体实施方式
31.下面结合具体附图对本实用新型进行详细说明。
32.本实施例提供的仿生蛇形机器人的结构如图1所示，包括蛇头1、蛇身2、蛇尾4和蛇头关节。
33.如图2-4所示，蛇头1包括蛇头外壳2和吐信机构，蛇头外壳2前端开设有呈鱼嘴型的开口，开口用于机械舌头进行模拟吐信。
34.如图5所示，吐信机构包括机械舌头5、固定座和曲柄驱动机构，机械舌头5呈方形条状。
35.如图6所示，曲柄驱动机构包括曲柄和吐信电机6，吐信电机6固定于蛇头外壳2内。曲柄呈l型，曲柄包括传动杆7和第一连接销轴8，传动杆7的一端与第一连接销轴8的一端连接。传动杆7的另一端固定套装于吐信电机6的输出轴上，第一连接销轴8的另一端与机械舌头5的内端连接，且第一连接销轴8的另一端与机械舌头5的内端间隙配合。
36.如图5所示，固定座包括支撑块9和衔接块10，支撑块9有一对。两支撑块9对称设置于蛇头外壳2内，两支撑块9正相对，两支撑块9的底部分别与蛇头外壳2底部连接。衔接块10位于两支撑块9之间，衔接块10的两侧对称设有第二连接销轴11，两第二连接销轴11分别与两支撑块9连接，且两第二连接销轴11分别与两支撑块9间隙配合。衔接块10上设有方形的限位孔12，机械舌头5活动贯穿限位孔12。
37.蛇头外壳2后端上对称设有两蛇头连接耳板19，两蛇头连接耳板19上对称设有蛇头轴承20。蛇身3前端上对称设有两蛇身连接耳板26，两蛇身连接耳板26分别位于蛇头连接框13的上方和下方，两蛇头连接耳板19和两蛇身连接耳板26呈方形分布。两蛇身连接耳板26上对称设有蛇身轴承27，蛇头连接框13的底部边框上固定贯穿有衔接短轴28，衔接短轴28与位于下方的蛇身轴承27连接。
38.蛇头关节包括蛇头连接框13、蛇头上下摆动驱动机构和蛇头左右摆动驱动机构，蛇头上下摆动驱动机构有一对，蛇头连接框13呈类方形。
39.如3-4所示，蛇头上下摆动驱动包括上下摆动舵机14、第一传动轴15、第一小锥齿轮16、第一大锥齿轮17和第一齿轮轴18。两上下摆动舵机14对称安装于蛇头外壳2后部内，
两第一传动轴15的一端分别与两上下摆动舵机14的输出端连接，两第一小锥齿轮16分别套设于两第一传动轴15的另一端上。两第一齿轮轴18分别固定贯穿蛇头连接框13的左侧边框和右侧边框，两第一齿轮轴18分别与两蛇头轴承20连接。两第一大锥齿轮17分别套设于两第一齿轮轴18上，两第一小锥齿轮16分别和两第一大锥齿轮17啮合。
40.如3-4所示，蛇头左右摆动驱动包括左右摆动舵机21、第二传动轴22、第二小锥齿轮23、第二大锥齿轮24和第二齿轮轴25。左右摆动舵机21安装于蛇身3内，第二传动轴22的一端与左右驱动舵机21的输出端连接，第二小锥齿轮23套设于第二传动轴22的另一端上。第二齿轮轴25固定贯穿蛇头连接框13的顶部边框，第二齿轮轴25与位于上方的蛇身轴承27连接。第二大锥齿轮24套设于第二齿轮轴25的另一端上，第二小锥齿轮23和第二大锥齿轮24啮合
41.两第一齿轮轴18所在的直线分别垂直于第二齿轮轴25所在的直线，衔接短轴28与第二齿轮轴25分布于同一条直线上，两第一齿轮轴18、第二齿轮轴25、衔接短轴28分别位于蛇头连接框13内切圆的径向上。
42.当需要模拟蛇吐信时，开始吐信电机6，吐信电机6带动曲柄旋转，由于曲柄与机械舌头5活动连接，衔接块10与两支撑块9活动连接，曲柄的旋转运动将转化成机械舌头5的前后运动，即曲柄推动机械舌头5伸出蛇头外壳2前端开口外，模仿蛇的吐信动作。
43.当需要蛇头起伏时，开启上下摆动舵机14，上下摆动舵机14驱动第一传动轴15旋转，第一传动轴15带动第一小锥齿轮16旋转，第一小锥齿轮16带动第一大锥齿轮17旋转，第一大锥齿轮17带动蛇头连接框13旋转，当控制上下摆动舵机14的旋转角度和正反转的频率后，上下摆动舵机14可带动第一传动轴15反复的正反转，第一传动轴15带动第一小锥齿轮16反复的正反转，第一小锥齿轮16带动第一大锥齿轮17上下摆动，第一大锥齿轮17带动蛇头连接框13上下摆动，蛇头连接框13带动蛇头做起伏动作。
44.当需要蛇头侧摆时，开启左右摆动舵机21，左右摆动舵机21驱动第二传动轴22旋转，第二传动轴22带动第二小锥齿轮23旋转，第二小锥齿轮23带动第二大锥齿轮24旋转，第二大锥齿轮24带动蛇头连接框13旋转，当控制左右摆动舵机21的旋转角度和正反转的频率后，左右摆动舵机21可带动第二传动轴22反复的正反转，第二传动轴22带动第二小锥齿轮23反复的正反转，第二小锥齿轮23带动第二大锥齿轮24左右摆动，第二大锥齿轮24带动蛇头连接框13左右摆动，蛇头连接框13带动蛇头做侧摆动作。

技术特征：

1.一种仿生蛇形机器人，包括蛇头、蛇身和蛇尾，其特征在于：还包括蛇头关节，蛇头与蛇身前端通过蛇头关节连接，蛇头包括蛇头外壳和吐信机构，蛇头外壳前端开口，吐信机构包括机械舌头、固定座和曲柄驱动机构，固定座安装于舌头外壳内，机械舌头与固定座活动连接，曲柄驱动机构与机械舌头的内端连接，曲柄驱动机构驱动机械舌头进行吐信。2.根据权利要求1所述的仿生蛇形机器人，其特征在于：所述的曲柄驱动机构包括曲柄和吐信电机，吐信电机固定于蛇头外壳内，曲柄呈l型，曲柄包括传动杆和第一连接销轴，传动杆的一端与第一连接销轴的一端连接，传动杆的另一端固定套装于吐信电机的输出轴上，第一连接销轴的另一端与机械舌头的内端活动连接，第一连接销轴的另一端与机械舌头的内端间隙配合。3.根据权利要求2所述的仿生蛇形机器人，其特征在于：所述的固定座包括支撑块和衔接块，支撑块有一对，两支撑块对称设置于蛇头外壳内，两支撑块正相对，两支撑块的底部分别与蛇头外壳底部连接，衔接块位于两支撑块之间，衔接块的两侧对称设有第二连接销轴，两第二连接销轴分别与两支撑块连接，且两第二连接销轴分别与两支撑块间隙配合，衔接块上设有限位孔，机械舌头活动贯穿限位孔。4.根据权利要求3所述的仿生蛇形机器人，其特征在于：所述的机械舌头呈方形条状，限位孔呈方形。5.根据权利要求1所述的仿生蛇形机器人，其特征在于：所述的蛇头关节包括蛇头连接框、蛇头上下摆动驱动机构和蛇头左右摆动驱动机构，蛇头连接框与蛇头和蛇身前端分别活动连接，蛇头上下摆动驱动机构有一对，两蛇头上下摆动驱动机构对称设置，其中一个蛇头上下摆动驱动机构与蛇头连接框的左侧边框固定连接，另一个蛇头上下摆动驱动机构与蛇头连接框的右侧边框固定连接，蛇头左右摆动驱动机构与蛇头连接框的顶部边框固定连接。6.根据权利要求5所述的仿生蛇形机器人，其特征在于：所述的蛇头上下摆动驱动机构包括上下摆动舵机、第一传动轴、第一小锥齿轮、第一大锥齿轮和第一齿轮轴，两上下摆动舵机对称安装于蛇头外壳后部内，两第一传动轴的一端分别与两上下摆动舵机的输出端连接，两第一小锥齿轮分别套设于两第一传动轴的另一端上，两第一齿轮轴分别固定于蛇头连接框的左侧边框和右侧边框上，两第一大锥齿轮分别套设于两第一齿轮轴上，两第一小锥齿轮分别和两第一大锥齿轮啮合；所述的蛇头左右摆动驱动包括左右摆动舵机、第二传动轴、第二小锥齿轮、第二大锥齿轮和第二齿轮轴，左右摆动舵机安装于蛇身内，第二传动轴的一端与左右驱动舵机的输出端连接，第二小锥齿轮套设于第二传动轴的另一端上，第二齿轮轴固定于蛇头连接框的顶部边框上，第二大锥齿轮套设于第二齿轮轴的另一端上，第二小锥齿轮和第二大锥齿轮啮合；两第一齿轮轴所在的直线分别垂直于第二齿轮轴所在的直线，两第一齿轮轴和第二齿轮轴分别位于蛇头连接框内切圆的径向上。7.根据权利要求6所述的仿生蛇形机器人，其特征在于：所述的蛇头外壳后端上对称设有两蛇头连接耳板，两蛇头连接耳板上对称设有蛇头轴承，两第一齿轮轴分别固定贯穿蛇头连接框的左侧边框和右侧边框上，两第一齿轮轴分别与两蛇头轴承连接；蛇身前端上对称设有两蛇身连接耳板，两蛇头连接耳板和两蛇身连接耳板呈方形分
布，两蛇身连接耳板分别位于蛇头连接框的上方和下方，两蛇身连接耳板上对称设有蛇身轴承，第二齿轮轴固定贯穿于蛇头连接框的顶部边框上，第二齿轮轴与位于上方的蛇身轴承连接，蛇头连接框的底部边框上固定贯穿有衔接短轴，连接销轴与位于下方的蛇身轴承连接。8.根据权利要求5所述的仿生蛇形机器人，其特征在于：所述的蛇头连接框呈类方形。9.根据权利要求1所述的仿生蛇形机器人，其特征在于：所述的蛇头外壳的开口呈鱼嘴型。

技术总结

本实用新型公开了一种仿生蛇形机器人，包括蛇头、蛇身、蛇尾和蛇头关节，蛇头与蛇身前端通过蛇头关节连接，蛇头包括蛇头外壳和吐信机构，蛇头外壳前端开口，吐信机构包括机械舌头、固定座和曲柄驱动机构，固定座安装于舌头外壳内，机械舌头与固定座活动连接，曲柄驱动机构与机械舌头的内端连接，曲柄驱动机构驱动机械舌头进行吐信。该机器人结构简单，蛇头起伏和侧摆灵活，能够方便越过或避开障碍物，而且能够模仿蛇的吐信动作。够模仿蛇的吐信动作。够模仿蛇的吐信动作。