CN112372666A - 一种柔性关节及采用该柔性关节的微型机器人 - Google Patents

一种柔性关节及采用该柔性关节的微型机器人 Download PDF

Info

Publication number
CN112372666A
CN112372666A CN202011199902.4A CN202011199902A CN112372666A CN 112372666 A CN112372666 A CN 112372666A CN 202011199902 A CN202011199902 A CN 202011199902A CN 112372666 A CN112372666 A CN 112372666A
Authority
CN
China
Prior art keywords
limb
joints
flexible joint
joint
section
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202011199902.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112372666B (zh
Inventor
吴一川
杜宇航
彭倍
王鹏
周吴
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Electronic Science and Technology of China
Original Assignee
University of Electronic Science and Technology of China
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Electronic Science and Technology of China filed Critical University of Electronic Science and Technology of China
Priority to CN202011199902.4A priority Critical patent/CN112372666B/zh
Publication of CN112372666A publication Critical patent/CN112372666A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112372666B publication Critical patent/CN112372666B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J17/00—Joints
    • B25J17/02—Wrist joints
    • B25J17/0208—Compliance devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J17/00—Joints
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/0009—Constructional details, e.g. manipulator supports, bases
    • B25J9/0012—Constructional details, e.g. manipulator supports, bases making use of synthetic construction materials, e.g. plastics, composites
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/10—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements
    • B25J9/1075—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements with muscles or tendons

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Orthopedic Medicine & Surgery (AREA)
  • Rheumatology (AREA)
  • Manipulator (AREA)

Abstract

本发明公开了一种柔性关节及采用该柔性关节的微型机器人，柔性关节包括：采用柔性材料制作的多个肢节，多个肢节从上到下依次连接，肢节的下端设有通孔，通孔中设有与通孔相匹配且一端设置在相邻肢节连接处的限位块，相邻肢节的连接处设有限制相邻肢节之间夹角的第一刻痕槽或第二刻痕槽，位于最下端的肢节上设有第三刻痕槽，第一刻痕槽和第三刻痕槽设置在肢节的同一侧并且第二刻痕槽设置在肢节的另一侧，第二肢节设置在第一肢节和第三肢节之间；微型机器人包括：上述柔性关节以及连接板，柔性关节成对设置在连接板的两端，成对设置的柔性关节之间设有驱动件，该柔性关节能提高微型机器人的运动速度，延长使用寿命，结构轻巧，便于加工。

Description

一种柔性关节及采用该柔性关节的微型机器人
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种柔性关节及采用该柔性关节的微型机器人。
背景技术
在极端环境探索，军事信息侦探，灾难搜寻和救援等场景下，由于地形原因，经常会使用到微型机器人参与现场工作，而对于毫米至厘米级尺寸大小的微型机器人来说，传统的机械结构很难运用到微型机器人上，脆性材料在微型尺寸下难以生产，制作成本高，并且脆性材料制作的用于行走的机器人腿部结构运动速度无法有限，鲁棒性不高，容易损坏。
发明内容
本发明的目的在于提供一种柔性关节及采用该柔性关节的微型机器人，该柔性关节可以提高微型机器人的运动速度，延长微型机器人的使用寿命，并且结构轻巧，便于加工。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种柔性关节，包括：采用柔性材料制作的多个肢节，多个肢节从上到下依次连接，肢节的下端设有通孔，通孔中设有与通孔相匹配且一端设置在相邻肢节连接处的限位块，相邻肢节的连接处设有限制相邻肢节之间夹角的第一刻痕槽或第二刻痕槽，位于最下端的肢节上设有第三刻痕槽，第一刻痕槽和第三刻痕槽设置在肢节的同一侧并且第二刻痕槽设置在肢节的另一侧，第二刻痕槽设置在第一刻痕槽和第三刻痕槽之间。
该柔性关节可以采用聚酰亚胺(PI)、聚对苯二甲酸类塑料(PET)、碳纤维等柔性材料，该柔性关节包括多个肢节，多个肢节宽度相同，长度可根据需要设置。相邻肢节的连接处设有第一刻痕槽或第二刻痕槽，从而可以使肢节更容易朝一个方向弯曲，使相邻肢节之间的夹角随运动状态而调整，刻痕槽的深度决定了相邻肢节之间夹角的调整范围；肢节上还设有限位块，该限位块设置在每个肢节的下端靠近第一刻痕槽或第二刻痕槽的位置，限位块与肢节一体成型，可以采用在肢节上切割的方式制作，限位块的下端与第一刻痕槽或者第二刻痕槽共线设置，该限位块可以使各肢节间形成预设夹角，产生预应力，在静止时可以保持该夹角不变；最下端的肢节作为整个柔性关节的“足部”结构，与地面接触，对整个关节起到支撑作用，第一刻痕槽和第三刻痕槽设置在肢节的同一侧并且第二刻痕槽设置在肢节的另一侧，第二肢节设置在第一肢节和第三肢节之间，从而使该柔性关节从侧面看形成两个端部相互连接的“C”形结构，使整个关节结构更加稳定，第二刻痕槽应尽可能设置在靠下端的位置。本发明中的柔性关节采用柔性材料制作，除平面制作成型，还可以多层组合制作成杆体结构、柱状结构等。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，肢节的数量为六个，肢节从上到下依次包括：底肢节、坐肢节、股肢节、胫肢节、跗肢节和趾肢节，胫肢节和跗肢节之间设有第二刻痕槽，其他肢节之间设有第一刻痕槽，趾肢节上设有第三刻痕槽。
肢节数量为六个，模拟了节支昆虫的形态，可以最大程度保证结构的稳定性。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，趾肢节包括多个等腰三角形分肢节，等腰三角形分肢节的底边与相邻肢节连接，多个等腰三角形分肢节的对应位置设有第三刻痕槽。
趾肢节位于该柔性关节的最下端，作为“足部”在地面上移动，该趾肢节采用多个等腰三角形结构，等腰三角形的顶端与地面形成多点接触，从而在起到良好支撑作用同时减小与地面的接触面积，使关节移动更灵活。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，限位块设置在肢节的中部。
限位块设置在肢节的中部，使肢节更平衡。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，限位块的横截面为半圆形结构。
限位块的横截面为半圆形结构，即在肢节上切割出来的限位块的边缘为圆弧状，该结构能够自锁且便于加工。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，位于第三刻痕槽下方的肢节的表面设有增大与地面摩擦力的绒毛。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，相邻肢节之间的最大夹角为10°～80°。
相邻肢节之间的夹角过小则会减小该柔性关节的灵活度，过大则会降低该柔性关节的稳定性，因此相邻肢节之间的最大夹角设置为10°～80°。
一种微型机器人，包括：上述柔性关节以及连接板，柔性关节成对设置在连接板的两端，成对设置的柔性关节之间设有驱动件。
该微型机器人采用柔性关节，从而可提高该机器人的灵活性，连接板作为微型机器人的主体结构，可以根据实际应用安装各种元器件，柔性关节成对设置在连接板上，对连接板其支撑作用，柔性关节上设置驱动件，从而为柔性关节提供驱动力，使机器人移动。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，驱动件为人工肌肉。
驱动件采用人工肌肉，通过人工肌肉的收缩可以为柔性关节提供驱动力。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供了一种柔性关节以及采用该柔性关节的微型机器人，该柔性关节包括多个依次连接且采用柔性材料制作的肢节，可以通过第一刻痕槽以及第二刻痕槽限制相邻肢节之间的弯折角度以及弯折方向，通过设置不同的肢节比例和预设夹角关系，可以得到特定的动力与位移曲线，提高柔性关节的适用性；该柔性关节没有复杂的线条，便于加工，可以采用剪纸机等装置进行切割制造，降低了制造难度；具有该柔性关节的机器人可以制作成较小的尺寸，灵活且稳定，适用于狭窄空间。
附图说明
图1为实施例1中柔性关节的主视结构示意图；
图2为实施例1中柔性关节的左视结构示意图；
图3为实施例2中微型机器人的结构示意图；
图4为实施例3中微型机器人的结构示意图。
其中：1－柔性关节；11－底肢节；12－坐肢节；13－股肢节；14－胫肢节；15－跗肢节；16－趾肢节；161－等腰三角形分肢节；17－限位块；18－第一刻痕槽；19－第二刻痕槽；20－第三刻痕槽；2－连接板；3－驱动件。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1
参照图1和图2，一种柔性关节1，包括：采用柔性材料制作的六个肢节，六个肢节从上到下依次连接，六个肢节分别为：底肢节11、坐肢节12、股肢节13、胫肢节14、跗肢节15和趾肢节16，肢节的下端设有通孔，通孔中设有与通孔相匹配且一端设置在相邻肢节连接处的限位块17，在本实施例中，只有坐肢节12、股肢节13和胫肢节14上设有有限位块17，参照图1，限位块17设置在每个肢节的中部，并且限位块17的横截面为半圆形结构，通过在每个肢节上切割成型。底肢节11、坐肢节12、股肢节13和胫肢节14之间以及跗肢节15和趾肢节16之间分别设有第一刻痕槽18，胫肢节14和跗肢节15之间设有第二刻痕槽19，趾肢节16包括两个等腰三角形分肢节161，等腰三角形分肢节161的底边设置在相邻的肢节上，两个等腰三角形分肢节161相同高度的位置设有第三刻痕槽20，位于第三刻痕槽20下方的肢节的表面设有增大与地面摩擦力的绒毛。从图1看，第一刻痕槽18以及第三刻痕槽20用虚线绘制，表示该刻痕槽设置在柔性关节1纸面朝内的一侧，第二刻痕槽19采用实线绘制，表示第二刻痕槽设置在纸面朝外的一侧，并且在本实施例中，底肢节11和坐肢节12之间的最大夹角为10°，坐肢节12和股肢节13之间最大的夹角为20°，股肢节13和胫肢节14之间最大的夹角为30°，胫肢节14和跗肢节15之间最大的夹角为40°，跗肢节15和趾肢节16之间最大的夹角为15°，在本发明的其他实施例中，各个肢节之间的夹角还可以为10°～80°之间的任意值。
在本实施例中，该柔性关节1采用电脑作图后通过剪纸机进行切割，限位块17直接在各个直接上切割成型，预先确定各个肢节之间的夹角并计算各个刻痕槽的深度和宽度以限制相邻肢节之间的最大夹角。
实施例2
参照图3，一种微型机器人，包括：实施例1中的柔性关节1以及连接板2，柔性关节1成对设置在连接板2的两端，成对设置的柔性关节1之间设有驱动件3，在本实施例中，设置一对柔性关节1，即两个柔性关节1从而组成一个两足直行机器人。两个柔性关节1之间设置驱动件3，驱动件3采用人工肌肉，驱动件3的两端分别设置在两个底肢节11上，人工肌肉伸长或缩短，带动底肢节11弯曲或舒张，人工肌肉倾斜设置，从而使机器人更趋于向前运动。
实施例3
参照图4，本实施例实施例2的不同之处在于：采用两对柔性关节1，每对柔性关节1上设置一个驱动件3，从而组成一个四足机器人，可实现直行以及转弯的功能。驱动件3采用人工肌肉。通过控制两个驱动件3同频率伸长或缩短，实现直行功能；通过控制单个驱动件3伸长或缩短，或者两个驱动件3有相位差，使得机器人左右两端产生速度差，进而实现左转右转功能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种柔性关节(1)，其特征在于，包括：采用柔性材料制作的多个肢节，多个肢节从上到下依次连接，所述肢节的下端设有通孔，所述通孔中设有与所述通孔相匹配且一端设置在相邻所述肢节连接处的限位块(17)，相邻所述肢节的连接处设有限制相邻所述肢节之间夹角的第一刻痕槽(18)或第二刻痕槽(19)，位于最下端的所述肢节上设有第三刻痕槽(20)，所述第一刻痕槽(18)和所述第三刻痕槽(20)设置在所述肢节的同一侧并且所述第二刻痕槽(19)设置在所述肢节的另一侧，所述第二刻痕槽(19)设置在所述第一刻痕槽(18)和所述第三刻痕槽(20)之间。
2.根据权利要求1所述的柔性关节(1)，其特征在于，所述肢节的数量为六个，所述肢节从上到下依次包括：底肢节(11)、坐肢节(12)、股肢节(13)、胫肢节(14)、跗肢节(15)和趾肢节(16)，所述胫肢节(14)和所述跗肢节(15)之间设有所述第二刻痕槽(19)，其他所述肢节之间设有所述第一刻痕槽(18)，所述趾肢节(16)上设有所述第三刻痕槽(20)。
3.根据权利要求2所述的柔性关节(1)，其特征在于，所述趾肢节(16)包括多个等腰三角形分肢节(161)，所述等腰三角形分肢节(161)的底边与相邻所述肢节连接，多个所述等腰三角形分肢节(161)的对应位置设有所述第三刻痕槽(20)。
4.根据权利要求1－3任一项所述的柔性关节(1)，其特征在于，所述限位块(17)设置在所述肢节的中部。
5.根据权利要求4所述的柔性关节(1)，其特征在于，所述限位块(17)的横截面为半圆形结构。
6.根据权利要求5所述的柔性关节(1)，其特征在于，位于所述第三刻痕槽(20)下方的所述肢节的表面设有增大与地面摩擦力的绒毛层。
7.根据权利要求6所述的柔性关节(1)，其特征在于，相邻所述肢节之间的最大夹角为10°～80°。
8.一种微型机器人，其特征在于，包括：权利要求1－7任一项所述的柔性关节(1)以及连接板(2)，所述柔性关节成对设置在所述连接板(2)的两端，成对设置的所述柔性关节之间设有驱动件(3)。
9.根据权利要求8所述的微型机器人，其特征在于，所述驱动件(3)为人工肌肉。
CN202011199902.4A 2020-10-30 2020-10-30 一种柔性关节及采用该柔性关节的微型机器人 Active CN112372666B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011199902.4A CN112372666B (zh) 2020-10-30 2020-10-30 一种柔性关节及采用该柔性关节的微型机器人

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011199902.4A CN112372666B (zh) 2020-10-30 2020-10-30 一种柔性关节及采用该柔性关节的微型机器人

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112372666A true CN112372666A (zh) 2021-02-19
CN112372666B CN112372666B (zh) 2022-03-08

Family

ID=74576461

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011199902.4A Active CN112372666B (zh) 2020-10-30 2020-10-30 一种柔性关节及采用该柔性关节的微型机器人

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112372666B (zh)

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101746429A (zh) * 2010-01-28 2010-06-23 同济大学 六足仿生湿吸爬壁机器人
KR20120106328A (ko) * 2011-03-18 2012-09-26 인하대학교 산학협력단 자기변형 현상을 이용한 마이크로 가오리 운동체
CN104875812A (zh) * 2015-03-27 2015-09-02 北京交通大学 一种用于四足机器人的四叶草形状的刚度可调柔顺脊柱
CN106114098A (zh) * 2016-07-05 2016-11-16 上海交通大学 仿水黾压电驱动式超微扑翼两栖机器人
AU2018101292A4 (en) * 2018-09-05 2018-10-11 He, Zhenguang Mr A segmented head-body hexapod robot
CN108725623A (zh) * 2018-05-07 2018-11-02 中国石油大学(华东) 具有缓冲功能的仿生海蟑螂腿结构
CN108818495A (zh) * 2018-07-13 2018-11-16 南京航空航天大学 基于压电驱动的柔性机器人
US20190091880A1 (en) * 2017-09-25 2019-03-28 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Micro-gripper with one-piece structure
CN209850907U (zh) * 2019-03-20 2019-12-27 清华大学深圳研究生院 一种柔性微型机器人

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101746429A (zh) * 2010-01-28 2010-06-23 同济大学 六足仿生湿吸爬壁机器人
KR20120106328A (ko) * 2011-03-18 2012-09-26 인하대학교 산학협력단 자기변형 현상을 이용한 마이크로 가오리 운동체
CN104875812A (zh) * 2015-03-27 2015-09-02 北京交通大学 一种用于四足机器人的四叶草形状的刚度可调柔顺脊柱
CN106114098A (zh) * 2016-07-05 2016-11-16 上海交通大学 仿水黾压电驱动式超微扑翼两栖机器人
US20190091880A1 (en) * 2017-09-25 2019-03-28 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Micro-gripper with one-piece structure
CN108725623A (zh) * 2018-05-07 2018-11-02 中国石油大学(华东) 具有缓冲功能的仿生海蟑螂腿结构
CN108818495A (zh) * 2018-07-13 2018-11-16 南京航空航天大学 基于压电驱动的柔性机器人
AU2018101292A4 (en) * 2018-09-05 2018-10-11 He, Zhenguang Mr A segmented head-body hexapod robot
CN209850907U (zh) * 2019-03-20 2019-12-27 清华大学深圳研究生院 一种柔性微型机器人

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
余跃庆等: "柔性机器人的关节设计与制作", 《中国科技论文》 *
吴一川等: "Insect-scale fast moving and ultrarobust soft robot", 《SCIENCE ROBOTICS》 *
谷勇霞等: "仿生六足机器人机构设计与运动分析", 《机床与液压》 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN112372666B (zh) 2022-03-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
FI85443C (fi) Lekfigur med roerliga kroppsdelar.
US11419781B2 (en) Walking assitant robot
CN101973027B (zh) 一种并联步行机器人的连接方法及其并联步行机器人
CN112372666B (zh) 一种柔性关节及采用该柔性关节的微型机器人
CN106737578A (zh) 一种四足机器人
EP2011611A3 (en) Legged mobile robot
WO2020112947A1 (en) Electrostatic-actuator-based, tunable, soft robots
CN102556200A (zh) 一种四足步行器
CN112572628B (zh) 一种应对复杂环境的仿生多模式爬行滚动附着弹跳机器人
CN106476926B (zh) 一种悬浮腿式机器人
US7118442B2 (en) Construction members for three-dimensional assemblies
CN111496819A (zh) 一种可缩放机器人躯干及仿生四足机器人
Mahkam et al. Smooth and inclined surface locomotion and obstacle scaling of a c-legged miniature modular robot
JP4385091B2 (ja) 直動人工筋アクチュエータおよび直動人工筋アクチュエータの製造方法
KR100811530B1 (ko) 압전작동기를 사용한 6족 이동 로봇
KR100909457B1 (ko) 자유도 변경이 가능한 모듈형 보행로봇 다리
RU2757445C2 (ru) Игрушечный конструктор с шарнирно соединяемыми элементами
KR102403747B1 (ko) 보행로봇의 레그모듈
CN210680979U (zh) 一种仿生六足昆虫爬行机器人
CN110027643B (zh) 多足机器人及其控制方法
KR102176297B1 (ko) 다관절 로봇
KR20090055382A (ko) 보행 로봇용 발
CN209096866U (zh) 一种六足机器人
KR101903632B1 (ko) 인공 근절 구조체
CN219077334U (zh) 一种仿生机器人行走机构

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant