CN110125916B - 仿生变色龙舌头执行器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种仿生变色龙舌头执行器,包括机架、调节机构、弹射组件以及用于将弹出的弹射组件进行复位收回的复位组件;弹射组件包括固定尾座、中心支撑轴、收缩套筒、弹射套筒以及为弹射套筒提供驱动动力的第一驱动机构;所述复位组件包括与伸缩套筒连接设置并沿中心支撑轴轴向方向带动伸缩套筒收缩的多个收缩块以及驱动收缩块进行收缩的第二驱动机构,收缩块端部固定设置于固定尾座上且多个收缩块均匀布置于伸缩套筒周向方向;本技术方案的仿生变色龙舌头执行器能够实现对目标物体精准、远距离的快速抓取。
Description
技术领域
本发明涉及仿生机器人领域,具体涉及一种仿生变色龙舌头执行器。
背景技术
现有技术中,工业抓取机器人只能应用于结构化环境,且存在本体不可移动,不具备伸展能力、环境适应性较差等局限性等问题,目前国内外科学家都在探索机动灵活、可伸展的、高效的抓取方式。随着生物力学、机械设计、仿生材料、优化控制等多学科的发展与交叉融合,科研人员研究各式各样的抓取机器人,但是传统的机械结构弹射速度慢,弹射方向不可控,难以控制。
比如中科大陈小平等人研制了一种仿生蜂巢结构的可伸缩弯曲柔性机器臂,通过独立控制布置在各个蜂巢单元中气囊模块的气压大小,实现机械臂的伸缩以及中远距离的物体抓取。Guerra采用导轨连接多导管的刚性结构设计了可伸缩机械臂,有效地提高了机器人的抓取空间。除此之外,还有意大利科学家Paolo采用仿生象鼻的设计方法,基于形状记忆合金设计了纵向伸缩机构和径向伸缩机构可以实现仿象鼻的三维空间内的任意柔性弯曲,并进行了水下物体抓取实验,拓宽了柔性机器臂的适用范围。
以上机械臂都可以实现中远距离的物体抓取,但缺点在于控制困难,难以实现精确的位姿控制和快速抓取,因此需要设计一款结构紧凑,控制简单,可以实现快速且精确的抓取机器人显得尤为重要。
发明内容
有鉴于此,本发明提供一种仿生变色龙舌头执行器,弹射机制采用仿生机制,整体模仿变色龙舌头的弹出模式,相比于其他纯靠弹簧或者电磁弹射方法,本发明采用弹射模块通气膨胀后挤压中心轴支撑尖端圆锥面产生的反作用力弹出,并采取收缩套筒嵌套结构,可以使得弹射模块快速且笔直弹射出去,方向可控,更能体现仿生功能性。
一种仿生变色龙舌头执行器,包括机架、设置于机架上的位置调节机构、设置于位置调节机构上的弹射组件以及用于将弹出的弹射组件进行复位收回的复位组件;所述弹射组件包括固定设置于调节机构上的固定尾座、设置于固定尾座上的中心支撑轴、外套于中心支撑轴上并沿中心支撑轴轴向可进行伸缩滑动的多个收缩套筒、设置于中心支撑轴和收缩套筒之间并带动收缩套筒进行轴向伸缩的弹射套筒以及为弹射套筒提供驱动动力的第一驱动机构;所述复位组件包括与伸缩套筒连接设置并沿中心支撑轴轴向方向带动伸缩套筒收缩的多个收缩块以及驱动收缩块进行收缩的第二驱动机构,所述收缩块端部固定设置于固定尾座上且多个收缩块均匀布置于伸缩套筒周向方向。
进一步,所述中心支撑轴包括安装段、收缩段以及弹射段;所述安装段与固定尾座固定连接,所述弹射段直径大于收缩段直径,弹射段与收缩段相接处形成有限位台阶;所述弹射段端部截面为等腰梯形结构。
进一步,所述收缩套筒均与中心支撑轴同轴设置,所述收缩套筒沿着伸长的方向依次布置有第一伸缩套筒、第二伸缩套筒以及第三伸缩套筒,所述第一伸缩套筒沿中心支撑轴轴向方向滑动且第一伸缩套筒的内壁上设置有与限位台阶配合使用的限位环结构。
进一步,所述第一伸缩套筒内径小于第二伸缩套筒内径,第三伸缩套筒内径大于第二伸缩套筒内径,所述任意两个相邻伸缩套筒之间均能相对伸缩滑动且任意两个相邻伸缩套筒之间均设置有限位环结构。
进一步,所述弹射套筒固定设置于第三伸缩套筒内,所述弹射套筒内径大于中心支撑轴弹射段的外径,弹射套筒外径小于第三收缩套筒内径;所述弹射套筒包括内筒和外筒,所述内筒和外筒之间形成有用于冲入高压气体的环状腔体,所述第三收缩套筒上设置有连通环状腔体的进气孔。
进一步,所述第三伸缩套筒端部设置有圆环结构的安装盘,安装盘上设置有弹性缓冲块,所述弹性缓冲块端部连接设置有粘性吸附片。
进一步,所述位置调节机构包括设置于机架上用于对弹射组件进行横向调节的第一滚珠丝杆机构、对弹射组件进行纵向调节的第二滚珠丝杆机构以及对弹射组件进行角度调节的角度调节组件。
进一步,所述角度调节组件包括设置于第二滚珠丝杆机构上的第一驱动电机、与第一驱动电机连接设置的电机安装座、第二驱动电机、与第二驱动电机输出轴连接设置的第一齿轮以及与第一齿轮啮合设置的第二齿轮,第二齿轮的转动轴与固定尾座之间设置有连接杆,所述第二齿轮转动带动固定尾座同步转动。
本发明的有益效果是:本发明提供一种仿生变色龙舌头执行器,整体模仿变色龙舌头的弹出模式,相比于其他纯靠弹簧或者电磁弹射方法,本发明采用弹射模块通气膨胀后挤压中心轴支撑尖端圆锥面产生的反作用力弹出,并采取收缩套筒嵌套结构,可以使得弹射模块快速且笔直弹射出去,方向可控,更能体现仿生功能。
本发明提供一种负压驱动的折纸收缩式收缩块,相比于电机带动滚轮的绕线式收回装置,本发明采用的收缩块重量低,可以直线收缩,方向可控。
本发明提供一种用于制作弹射套筒的纤维增强薄膜,相比于通过脱模制作的薄膜,无气泡缺陷,厚度可达微米级别,且弹性模量大,在高压下仍能保持密封性。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述:
图1为本发明的***结构示意图;
图2为本发明弹射组件伸长状态结构示意图;
图3为本发明弹射组件复位状态结构示意图;
图4为本发明伸缩套筒伸长状态结构示意图;
图5为本发明弹射组件剖视图。
附图标记
粘性吸附片1;弹性缓冲块2;弹射套筒3;安装盘4;第三伸缩套筒5;第二伸缩套筒6;第一伸缩套筒7;***头8;圆锥面9;弹射段10;限位台阶11;收缩段12;安装段13;固定尾座14;第二角度调节组件15;第一角度调节组件16;第二滚珠丝杆机构17;第一滚珠丝杆机构18;机架19;第一气管20;收缩块21;第二气管22;限位环结构23;连接杆24;第二齿轮25;第二驱动电机26;第一齿轮27;第一驱动电机28;电机安装座29;转动轴30;中心支撑轴31;进气孔32;外筒33;内筒34。
具体实施方式
图1为本发明的***结构示意图,图2为本发明弹射组件伸长状态结构示意图,图3为本发明弹射组件复位状态结构示意图,图4为本发明伸缩套筒伸长状态结构示意图,图5为本发明弹射组件剖视图,如图所示,一种仿生变色龙舌头执行器,包括机架19、设置于机架19上的位置调节机构、设置于位置调节机构上的弹射组件以及用于将弹出的弹射组件进行复位收回的复位组件;所述弹射组件包括固定设置于调节机构上的固定尾座14、设置于固定尾座14上的中心支撑轴31、外套于中心支撑轴上并沿中心支撑轴31轴向可进行伸缩滑动的多个收缩套筒、设置于中心支撑轴31和收缩套筒之间并带动收缩套筒进行轴向伸缩的弹射套筒3以及为弹射套筒3提供驱动动力的第一驱动机构;所述复位组件包括与伸缩套筒连接设置并沿中心支撑轴31轴向方向带动伸缩套筒收缩的多个收缩块21以及驱动收缩块21进行收缩的第二驱动机构,所述收缩块21端部固定设置于固定尾座14上且多个收缩块21均匀布置于伸缩套筒周向方向。本技术方案中收缩块21采用三块均匀布置于收缩套筒的外圆周方向,收缩块21采用气动人工肌肉的材料制成,结构类似于连续弯折成型的波纹管结构,第一气管20一端连接第二驱动机构(如真空泵之类的机构),另一端与收缩块21连接。通过第二驱动机构抽出空气带动收缩块21收缩,进而带动收缩套筒复位,本技术方案的仿生变色龙舌头执行器,整体模仿变色龙舌头的弹出模式,相比于其他纯靠弹簧或者电磁弹射方法,本发明采用弹射模块通气膨胀后挤压中心轴支撑尖端圆锥面产生的反作用力弹出,并采取收缩套筒嵌套结构,可以使得弹射模块快速且笔直弹射出去,方向可控,更能体现仿生功能。
本实施例中,所述中心支撑轴31包括安装段13、收缩段12以及弹射段10;所述安装段13与固定尾座14固定连接,所述弹射段10直径大于收缩段12直径,弹射段10与收缩段12相接处形成有限位台阶11;所述弹射段10端部截面为等腰梯形结构,中心支撑轴31的安装段13上设置有外螺纹结构且安装段13与固定尾座14固定连接,弹射段10端部截面为等腰梯形,使得中心支撑轴31的端部形成圆锥面9,以便形成弹射腔体,中心支撑轴31的端部安装设置有用于观察弹射组件运动的***头8。
本实施例中,所述收缩套筒均与中心支撑轴31同轴设置,所述收缩套筒沿着伸长的方向(即图1中的水平向左的方向)依次布置有第一伸缩套筒7、第二伸缩套筒6以及第三伸缩套筒5,所述第一伸缩套筒7沿中心支撑轴31轴向方向滑动且第一伸缩套筒7的内壁上设置有与限位台阶11配合使用的限位环结构23,第一套筒7端部沿径向方向向内形成有限位环结构23,环状结构的限位环结构23与限位台阶11配合使用确保第一套筒7端不会与中心支撑轴31脱落。
本实施例中,所述第一伸缩套筒7的内径小于第二伸缩套筒6的内径,第三伸缩套筒5的内径大于第二伸缩套筒6的内径,所述任意两个相邻伸缩套筒之间均能相对伸缩滑动且任意两个相邻伸缩套筒之间均设置有限位环结构。两两相邻的伸缩套筒也采用类似限位环结构,使得伸缩套筒如同收音机天线结构可以伸缩。
本实施例中,所述弹射套筒3固定设置于第三伸缩套筒5内,所述弹射套筒3内径大于中心支撑轴弹射段10的外径,弹射套筒3外径小于第三收缩套筒5的内径;所述弹射套筒包括内筒33和外筒34,所述内筒33和外筒34之间形成有用于冲入高压气体的环状腔体,所述第三收缩套筒5上设置有连通环状腔体的进气孔32。进气孔32与第二气管22连接设置,第二进气管22另一端连接第一驱动机构(如高压增压器),(如图5所示,图5为弹射组件复位状态)第一驱动机构往内筒33和外筒34之间的环状腔体不断充气,环状腔体膨胀挤压圆锥面9,圆锥面9受到挤压的同时给予弹射套筒反作用力,当环状腔体内部的压强达到指定的数值时,弹射套筒3带动第三伸缩套筒5向外射出,第三伸缩套筒5带动第二伸缩套筒6伸长进而带动第一伸缩套筒7伸长,完成整个变色龙舌头伸出的模拟过程,当然伸出的最大长度由伸缩套筒的长度决定,可以根据具体的使用要求安装合适多的伸缩套筒,控制气压高低不同弹射距离也不同,气压越大,弹射越远。
本实施例中,所述第三伸缩套筒5端部设置有圆环结构的安装盘1,安装盘1上设置有弹性缓冲块2,所述弹性缓冲块2端部连接设置有粘性吸附片1。在舌头(粘性吸附片1)到达目标位置,通过惯性,使得整个前端和目标物体接触,通过粘性吸附模块粘附目标物体,弹性缓冲块2为了避免惯性太大而对目标物体造成损坏,整体结构简单,紧凑。
本实施例中,所述位置调节机构包括设置于机架19上用于对弹射组件进行横向调节的第一滚珠丝杆机构18、对弹射组件进行纵向调节的第二滚珠丝杆机构17以及对弹射组件进行角度调节的角度调节组件,通过第一滚珠丝杆机构18和第二滚珠丝杆机构17的设置,能够使弹射组件实现平面内上下左右的调节;两个滚珠丝杠呈十字结构设置,滚珠丝杠十字模组可以使固定在其上的弹射组件在丝杠平面内任意移动,因此在执行弹射收缩程序前,打开***头8,将抓取平台在丝杠平面随意移动,直到识别到目标物体的特征(颜色特征,形状特征等)后停止,再执行弹射缩回程序。因此本发明增加了自动瞄准功能,相比于其他平台,大大增加了抓取的精确性,功能更加完善
本实施例中,所述角度调节组件包括设置于第二滚珠丝杆机构17上的第一驱动电机28、与第一驱动电机28连接设置的电机安装座29、第二驱动电机26、与第二驱动电机26输出轴连接设置的第一齿轮27以及与第一齿轮27啮合设置的第二齿轮25,第二齿轮25的转动轴与固定尾座14之间设置有连接杆24,所述第二齿轮25转动带动固定尾座14同步转动。第一驱动电机28转动驱动电机安装座29实现转动,同时第二驱动电机26带动第一齿轮27转动,第一齿轮27转动带动第二齿轮25转动,与第二齿轮25同轴设置的转动轴30带动连接杆24转动进而带动弹射组件实现转动,通过角度调节组件的设置,确保弹射组件能实现各个角度的弹射。
最后说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (7)
1.一种仿生变色龙舌头执行器,其特征在于:包括机架、设置于机架上的位置调节机构、设置于位置调节机构上的弹射组件以及用于将弹出的弹射组件进行复位收回的复位组件;
所述弹射组件包括固定设置于调节机构上的固定尾座、设置于固定尾座上的中心支撑轴、外套于中心支撑轴上并沿中心支撑轴轴向可进行伸缩滑动的多个收缩套筒、设置于中心支撑轴和收缩套筒之间并带动收缩套筒进行轴向伸缩的弹射套筒以及为弹射套筒提供驱动动力的高压增压器;
所述复位组件包括与伸缩套筒连接设置并沿中心支撑轴轴向方向带动伸缩套筒收缩的多个收缩块以及驱动收缩块进行收缩的真空泵,所述收缩块端部固定设置于固定尾座上且多个收缩块均匀布置于伸缩套筒周向方向;所述中心支撑轴包括安装段、收缩段以及弹射段;所述安装段与固定尾座固定连接,所述弹射段直径大于收缩段直径,弹射段与收缩段相接处形成有限位台阶;所述弹射段端部截面为等腰梯形结构。
2.根据权利要求1所述的仿生变色龙舌头执行器,其特征在于:所述收缩套筒均与中心支撑轴同轴设置,所述收缩套筒沿着伸长的方向依次布置有第一伸缩套筒、第二伸缩套筒以及第三伸缩套筒,所述第一伸缩套筒沿中心支撑轴轴向方向滑动且第一伸缩套筒的内壁上设置有与限位台阶配合使用的限位环结构。
3.根据权利要求2所述的仿生变色龙舌头执行器,其特征在于:所述第一伸缩套筒内径小于第二伸缩套筒内径,第三伸缩套筒内径大于第二伸缩套筒内径,任意两个相邻伸缩套筒之间均能相对伸缩滑动且任意两个相邻伸缩套筒之间均设置有限位环结构。
4.根据权利要求3所述的仿生变色龙舌头执行器,其特征在于:所述弹射套筒固定设置于第三伸缩套筒内,所述弹射套筒内径大于中心支撑轴弹射段的外径,弹射套筒外径小于第三收缩套筒内径;所述弹射套筒包括内筒和外筒,所述内筒和外筒之间形成有用于冲入高压气体的环状腔体,所述第三收缩套筒上设置有连通环状腔体的进气孔。
5.根据权利要求4所述的仿生变色龙舌头执行器,其特征在于:所述第三伸缩套筒端部设置有圆环结构的安装盘,安装盘上设置有弹性缓冲块,所述弹性缓冲块端部连接设置有粘性吸附片。
6.根据权利要求1所述的仿生变色龙舌头执行器,其特征在于:所述位置调节机构包括设置于机架上用于对弹射组件进行横向调节的第一滚珠丝杆机构、对弹射组件进行纵向调节的第二滚珠丝杆机构以及对弹射组件进行角度调节的角度调节组件。
7.根据权利要求6所述的仿生变色龙舌头执行器,其特征在于:所述角度调节组件包括设置于第二滚珠丝杆机构上的第一驱动电机、与第一驱动电机连接设置的电机安装座、第二驱动电机、与第二驱动电机输出轴连接设置的第一齿轮以及与第一齿轮啮合设置的第二齿轮,第二齿轮的转动轴与固定尾座之间设置有连接杆,所述第二齿轮转动带动固定尾座同步转动。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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