CN112276920A - 一种连续体蛇形机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种连续体蛇形机器人,包括柔性主体和主控制器两部分;所述的柔性主体主要由多个串联连接的柔性段组成;所述的柔性段包括腔体,软轴驱动装置,顶盖,支撑架,角度传感器,控制器;所述的柔性段可以完成伸缩弯曲等运动;所述的主控制器安装柔性主体尾部;本发明将并联运动平台设计引用到连续体机器人的设计,每个柔性段相当于一个并联平台,运动灵活,承载能力较好。
Description
技术领域
本发明属于机器人技术领域,具体涉及一种连续体蛇形机器人。
背景技术
传统的机器人大多为刚性结构构成,其形状能适应特定的外部约束,能完成常规任务和特定环境下的相关作业,但其可变形能力和柔顺性较难适应未知复杂多变的环境,随着对机器人柔顺性要求的不断提高,普通刚性机器人的劣势逐渐凸显,为了进一步扩展机器人的功能和应用领域,人们逐渐对连续体机器人越来越感兴趣。另外,传统的机器人通常在其本体上设置多个运动副,通过不同的运动组合,形成不同的运动关节,使机器人完成不同的动作过程。这些运动副主要包括转动副和移动副,通常由电机或者液压原件进行驱动,其基本运动简单,当需要执行复杂的运动过程时,需要将多种基本运动进行合成,这通常需要设计极为复杂的传动机构和控制体系,其设计困难、结构复杂、零部件多、占用空间大,且故障率高、故障处理繁琐,往往因外界条件限制,一些需要复杂运动的使用场合下,并无法设计出合适的机器人。
连续体机器人是一种新型仿生机器人,它模仿自然界中的象鼻、章鱼臂等动物器官的运动机理,利用连续柔性变形完成伸缩弯曲等动作,具有很强的避障能力,能够更好地适应各种非结构化环境。
发明内容
本发明提出了一种连续体蛇形机器人。
技术方案如下:
一种连续体蛇形机器人,其特征在于包括柔性主体(1),主控制器(2)两部分;
所述的柔性主体(1)主要由多个串联连接的柔性段(11)组成;所述的柔性段(11)包括腔体(111),软轴驱动装置(112),顶盖(113),支撑架(114),角度传感器(115),控制器(116);
所述的柔性段(11)中的软轴驱动装置(112)数量大于等于2,主要由软轴(1121),传动螺杆(1122),电机(1123)组成;所述的传动螺杆(1122)与电机(1123)均放置在软轴(1121)内部,传动螺杆(1122)与电机(1123)的输出轴固连,传动螺杆(1122)与软轴(1121)形成螺旋连接;软轴驱动装置(112)的一端与通过电机(113)外壳与腔体盖(1111)固连,另一端通过软轴(1121)与顶盖(113)固连,所述的腔体(111)由腔体主体(1111)和腔体盖(1112)组成,腔体主体(1111)与腔体盖(1112)固连;
所述的支撑架(114)由支撑杆(1141)和支撑环(1142)构成,支撑杆(1141)一端与支撑环(1142)通过螺纹固连,另一端与腔体盖(1111)固连;传动螺杆(1122)上有配合凹槽,支撑架(114)通过支撑环(1142)与传动螺杆(1122)的配合凹槽转动连接;腔体(111)上开有用于电源线和控制线穿过的通孔;
主控制器(2)发送运动控制指令给每个柔性段(11)的控制器(116),并由控制器(116)根据收到的运动控制指令控制电机(1123)旋转,电机(1123)输出轴带动传动螺杆(1122)旋转并驱动软轴(1121)执行伸缩运动,柔性段(11)中的每个软轴驱动装置(112)中的软轴(1121)在传动螺杆(1122)上端伸出的部分长度相等时,该柔性段(11)呈直线状态,当每根软轴(1121)伸缩长度相同时,柔性段(11)执行伸缩动作,当多个软轴(1121)伸缩长度不等时,柔性段(11)会执行弯曲动作,角度传感器(115)测量每个柔性段(11)的弯曲角度并把角度信息反馈给控制器(116),控制器(116)根据反馈的角度信息,对电机(1123)旋转圈数进行调节,进而调节软轴(1121)伸缩长度大小,使柔性段(11)最终达到指定的运动姿态。
优选的,所述的软轴(1121)为弹簧。
优选的,所述的角度感器(115)安装于软轴(1121)内部,用于测量柔性段(11)弯曲角度。
优选的,所述的主控制器(2)安装于柔性主体(1)尾部。
优选的,所述的控制板(116)安装于腔体(111)内部。
本发明将并联运动平台设计引用到连续体机器人的设计,每个柔性段(11)相当于一个并联平台,运动灵活,承载能力较好。
附图说明
图1为本发明的连续体蛇形机器人整体结构示意图。
图2为本发明中一个柔性段的结构示意图。
图3为本发明中的软轴驱动装置结构示意图。
图4为本发明中的控制器安装示意图。
具体实施方式
为使本发明的技术方案、结构特点更加清楚,下面结合附图对发明实施例中的技术方案进行完整、清楚地描述,显然,所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例,而不是全部实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
图1为本发明的连续体蛇形机器人整体结构示意图,该机器人包括柔性主体(1),和主控制器(2)两部分,主控制器(2)安装在柔性主体(1)的尾部,其中柔性主体(1)由多个柔性段(11)串联连接组成,多个柔性段(11)之间的连接是通过螺钉将前一个柔性段(11)的腔体主体(1111)和后面一个柔性段(11)的顶盖(113)连接实现。
柔性段(11)主要包括腔体(111),软轴驱动装置(112),顶盖(113),支撑架(114),角度传感器(115),控制器(116)。
软轴驱动装置(112)主要由软轴(1121),传动螺杆(1122),电机(1123)组成;传动螺杆(1122)与电机(1123)的输出轴固连,传动螺杆(1122)内部有与电机(1123)输出轴相配合的孔,传动螺杆(1122)与电机(1123)输出轴配合后,传动螺杆(1122)可随电机(1123)输出轴旋转,传动螺杆(1122)与软轴(1121)形成螺旋连接;软轴驱动装置(112)的一端与通过电机(1123)外壳与腔体盖(1111)固连,另一端通过软轴(1121)与顶盖(113)固连,软轴(1121)的另一端自由,所述的腔体(111)由腔体主体(1111)和腔体盖(1112)通过螺钉连接而成,腔体盖(1112)上有给电机(1123)定位的凹槽,凹槽呈环状均布于腔体盖(1111)上,并且开有用于电机(1123)电源和控制线穿过的通孔,通孔位于每个凹槽的内部,软轴驱动装置(112)呈环状均布安装于腔体盖(1112)上。
支撑架(114)安装在软轴(1121)外侧,软轴(1121)伸缩时支撑架(114)承担软轴(1121)产生的轴向力,防止电机(1123)输出轴受到轴向力而损坏,支撑架(114)由支撑杆(1141)和支撑环(1142)两部分组成,如图2所示每个支撑架(114)有四个支撑杆(1141)和一个支撑环(1142),支撑环(1142)是由两个半支撑环固连而成,支撑杆(1141)一端有螺纹,用于与支撑架(114)连接,支撑架(114)有相对应的螺纹孔,支撑杆(1141)的另一端有螺纹孔,用于支撑杆(1141)和腔体盖(1112)的螺钉连接。
电机(1123)与传动螺杆(1122)放置于软轴(1121)内部。
单个软轴驱动装置(112)的动作过程:控制器(116)输出控制信号控制电机(1123)旋转,电机旋转带动传动螺杆(1122)旋转并驱动软轴(1121)进行伸缩运动。
基于以上设计的柔性段(11)的工作过程是,柔性段(11)中的每个软轴驱动装置(112)中的软轴(1121)在传动螺杆(1122)上端伸出的部分长度相等时,该柔性段(11)呈直线状态,当每根软轴(1121)伸缩长度相同时,柔性段(11)执行伸缩动作,当多个软轴(1121)伸缩长度不等时,柔性段(11)会执行弯曲动作,控制器(116)会发送信号控制每个电机(1123)转动指定圈数使连续体蛇形机器人完成所需要的姿态变化,可以使其完成蛇形弯曲运动。
本发明的连续体蛇形机器人的工作过程:主控制器(2)发送运动控制指令给每个柔性段(11)的控制器(116),并由控制器(116)根据收到的运动控制指令控制电机(1123)旋转,而角度传感器(115)则测量每个柔性段(11)的弯曲角度并把角度信息反馈给控制器(116),控制器(116)根据反馈的角度信息,对电机(1123)旋转圈数进行调节,进而调节软轴(1121)伸缩长度大小,使柔性段(11)最终达到指定的运动姿态。
以上所述仅为本发明的实施方式,并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进、扩展等,均包含在本发明的保护范围内。
Claims (5)
1.一种连续体蛇形机器人,其特征在于包括柔性主体(1),主控制器(2)两部分;
所述的柔性主体(1)主要由多个串联连接的柔性段(11)组成;所述的柔性段(11)包括腔体(111),软轴驱动装置(112),顶盖(113),支撑架(114),角度传感器(115),控制器(116);
所述的柔性段(11)中的软轴驱动装置(112)数量大于等2,主要由软轴(1121),传动螺杆(1122),电机(1123)组成;所述的传动螺杆(1122)与电机(1123)均放置在软轴(1121)内部,传动螺杆(1122)与电机(1123)的输出轴固连,传动螺杆(1122)与软轴(1121)形成螺旋连接;软轴驱动装置(112)的一端与通过电机(113)外壳与腔体盖(1111)固连,另一端通过软轴(1121)与顶盖(113)固连,所述的腔体(111)由腔体主体(1111)和腔体盖(1112)组成,腔体主体(1111)与腔体盖(1112)固连;
所述的支撑架(114)由支撑杆(1141)和支撑环(1142)构成,支撑杆(1141)一端与支撑环(1142)通过螺纹固连,另一端与腔体盖(1111)固连;传动螺杆(1122)上有配合凹槽,支撑架(114)通过支撑环(1142)与传动螺杆(1122)的配合凹槽转动连接;腔体(111)上开有用于控制线穿过的通孔;
所述的柔性段(11)中的每个软轴驱动装置(112)中的软轴(1121)在传动螺杆(1122)上端伸出的部分长度相等时,该柔性段(11)呈直线状态,当电机(1123)输出轴旋转时,带动传动螺杆(1122)旋转从而使软轴(1121)进行伸缩运动,当每根软轴(1121)伸缩长度相同时,柔性段(11)执行伸缩动作,当多个软轴(1121)伸缩长度不等时,柔性段(11)会执行弯曲动作。
2.根据权利要求1所述的连续体蛇形机器人,其特征在于所述的软轴(1121)为弹簧。
3.所述的角度感器(115)安装于软轴(1121)内部,用于测量柔性段(11)弯曲角度。
4.所述的主控制器(2)安装于柔性主体(1)尾部。
5.所述的控制板(116)安装于腔体(111)内部。
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