蛇形機(jī)器人的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本實(shí)用新型屬于機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種蛇形機(jī)器人。
【背景技術(shù)】
[0002]蛇形機(jī)器人是一種新型的仿生物機(jī)器人，它實(shí)現(xiàn)了像蛇一樣的“無肢運(yùn)動(dòng)”，是機(jī)器人運(yùn)動(dòng)方式的一個(gè)重大突破。蛇形機(jī)器人在許多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景，如在有輻射、有劇毒、地震、狹小管道等不適宜人類工作的場合，這些優(yōu)勢已經(jīng)在部分生產(chǎn)應(yīng)用中得到了充分的證實(shí)。目前，蛇形機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)采用復(fù)雜結(jié)構(gòu)的動(dòng)力元件，因蛇形機(jī)器人適于在狹小空間和狹長管道內(nèi)運(yùn)動(dòng)，在某些特殊應(yīng)用場合，空間內(nèi)不允許引入動(dòng)力元件。因而現(xiàn)有蛇形機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)方式限制了蛇形機(jī)器人的應(yīng)用。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]針對上述存在的技術(shù)問題，本實(shí)用新型的目的在于提供一種蛇形機(jī)器人。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案:
[0005]—種蛇形機(jī)器人，包括驅(qū)動(dòng)裝置、萬向節(jié)、柔性絲及蛇身單元，其中多個(gè)蛇身單元通過萬向節(jié)依次首尾相連，所述驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)置于末端的蛇身單元上，各節(jié)蛇身單元均通過沿周向分布的三根柔性絲與所述驅(qū)動(dòng)裝置連接，各柔性絲依次穿過所連蛇身單元與所述驅(qū)動(dòng)裝置之間的各節(jié)蛇身單元，所述驅(qū)動(dòng)裝置用于控制各柔性絲的長度，通過控制三根柔性絲的長度來控制各節(jié)蛇身單元的旋轉(zhuǎn)角度。
[0006]所述萬向節(jié)包括銷軸、支撐環(huán)及兩個(gè)關(guān)節(jié)單元，其中支撐環(huán)設(shè)置于兩個(gè)關(guān)節(jié)單元之間，兩個(gè)關(guān)節(jié)單元通過銷軸與支撐環(huán)鉸接。所述銷軸與支撐環(huán)之間設(shè)有軸承。所述關(guān)節(jié)單元上沿周向均布有多個(gè)用于引入柔性絲的穿線孔。所述銷軸上布置編碼器，所述編碼器用于反饋關(guān)節(jié)位置信息。所述蛇身單元為空心結(jié)構(gòu)。
[0007]所述驅(qū)動(dòng)裝置包括機(jī)殼和安裝在機(jī)殼上的多組驅(qū)動(dòng)單元，各組驅(qū)動(dòng)單元分別與一根柔性絲連接，所述驅(qū)動(dòng)單元用于拉緊或放松與其連接的柔性絲。
[0008]所述驅(qū)動(dòng)單元包括電機(jī)、滾珠絲杠、導(dǎo)向軸及柔性絲固定單元，其中電機(jī)安裝在機(jī)殼的外部，所述滾珠絲杠和導(dǎo)向軸相互平行的設(shè)置于機(jī)殼的內(nèi)部，所述滾珠絲杠與電機(jī)的輸出軸連接、并通過電機(jī)的驅(qū)動(dòng)可轉(zhuǎn)動(dòng)，所述柔性絲固定單元滑動(dòng)連接在導(dǎo)向軸上、并通過螺母與滾珠絲杠傳動(dòng)連接，所述柔性絲固定單元與一根柔性絲連接。所述柔性絲固定單元上設(shè)有撞塊，所述撞塊起機(jī)械限位的作用。
[0009]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)及有益效果為:
[0010]1.本實(shí)用新型應(yīng)用模塊化設(shè)計(jì)，可靈活設(shè)計(jì)其節(jié)數(shù)及單節(jié)長度，適應(yīng)不同需求。[0011 ] 2.本實(shí)用新型采用柔性絲的驅(qū)動(dòng)方式，內(nèi)部無動(dòng)力原件。
[0012]3.本實(shí)用新型每節(jié)有兩個(gè)自由度，控制靈活，可實(shí)現(xiàn)較高的位置精度。
[0013]4.本實(shí)用新型空心的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能簡單實(shí)現(xiàn)不同應(yīng)用工具的連接。
【附圖說明】
[0014]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0015]圖2為本實(shí)用新型中萬向節(jié)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖3為本實(shí)用新型中驅(qū)動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖中:I為萬向節(jié)，2為蛇身單元，3為編碼器，4為關(guān)節(jié)單元，5為軸承，6為銷軸，7為柔性絲，8為支撐環(huán)，7為柔性絲，10為電機(jī)，11為電機(jī)座，12為滾珠絲杠，13為導(dǎo)向軸，14為柔性絲固定單元，15為撞塊，16為機(jī)殼。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0019]如圖1所示，本實(shí)用新型提供的一種蛇形機(jī)器人，包括驅(qū)動(dòng)裝置、萬向節(jié)1、柔性絲7及蛇身單元2，其中多個(gè)蛇身單元2通過萬向節(jié)I依次首尾相連，所述驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)置于最末端的蛇身單元2上，各節(jié)蛇身單元2均通過沿周向均布的三根柔性絲7與所述驅(qū)動(dòng)裝置連接，各柔性絲7依次穿過所連蛇身單元2與所述驅(qū)動(dòng)裝置之間的各節(jié)蛇身單元2。所述驅(qū)動(dòng)裝置用于控制各柔性絲7的長度，通過控制三根柔性絲7的長度來控制各節(jié)蛇身單元2的旋轉(zhuǎn)角度。
[0020]如圖2所示，所述萬向關(guān)節(jié)I具有兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)的自由度，所述萬向節(jié)I包括銷軸6、支撐環(huán)8及兩個(gè)關(guān)節(jié)單元4，其中支撐環(huán)8設(shè)置于兩個(gè)關(guān)節(jié)單元4之間，兩個(gè)關(guān)節(jié)單元4通過四根銷軸6與支撐環(huán)8鉸接。所述銷軸6上布置編碼器3，所述編碼器3用于反饋關(guān)節(jié)位置信息，可大大提高定位精度。所述關(guān)節(jié)單元4與蛇身單元2通過螺釘緊固。
[0021]所述銷軸6與支撐環(huán)8之間設(shè)有軸承5，來減小配合間隙對定位精度的影響(對尺寸較小的情況，可選用工程塑料軸承)。
[0022]所述關(guān)節(jié)單元4上沿周向均布有多個(gè)用于引入柔性絲7的穿線孔。所述蛇身單元2為空心結(jié)構(gòu)，使蛇身的重量減輕。可在蛇形機(jī)器人內(nèi)部的空心走線來實(shí)現(xiàn)蛇形機(jī)器人末端的不同功能。
[0023]如圖3所示，所述驅(qū)動(dòng)裝置包括機(jī)殼16和安裝在機(jī)殼16上的多組驅(qū)動(dòng)單元，各組驅(qū)動(dòng)單元分別與一根柔性絲7連接，所述驅(qū)動(dòng)單元用于拉緊或放松與其連接的柔性絲7。
[0024]多組驅(qū)動(dòng)單元結(jié)構(gòu)相同，均包括電機(jī)10、滾珠絲杠12、導(dǎo)向軸13及柔性絲固定單元14，其中電機(jī)10通過電機(jī)座11安裝在機(jī)殼16的外部，所述滾珠絲杠12和導(dǎo)向軸13相互平行的設(shè)置于機(jī)殼16的內(nèi)部，所述導(dǎo)向軸13的兩端固定，所述滾珠絲杠12與電機(jī)10的輸出軸連接、并通過電機(jī)10的驅(qū)動(dòng)可轉(zhuǎn)動(dòng)。所述柔性絲固定單元14滑動(dòng)連接在導(dǎo)向軸13上、并通過螺母與滾珠絲杠12傳動(dòng)連接，所述柔性絲固定單元14與一根柔性絲7連接。所述柔性絲固定單元14上設(shè)有撞塊15，所述撞塊15起機(jī)械限位的作用。
[0025]所述電機(jī)10可根據(jù)控制精度需求選用伺服電機(jī)或其他類型電機(jī)，電機(jī)10驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠12轉(zhuǎn)動(dòng)，滾珠絲杠12帶動(dòng)柔性絲固定單元14平移，并由導(dǎo)向軸13進(jìn)行導(dǎo)向，從而實(shí)現(xiàn)柔性絲7的收放，所述撞塊15起到機(jī)械限位的作用，對機(jī)構(gòu)進(jìn)行保護(hù)。
[0026]本實(shí)用新型的工作原理是:
[0027]所述關(guān)節(jié)單元4的圓周上開若干穿線孔，數(shù)量由節(jié)數(shù)決定，如節(jié)數(shù)為η，則共需3η根柔性絲7，其中三根柔性絲7均布在第一關(guān)節(jié)(第一蛇身單元2)，用夾頭或其他方式固定，根據(jù)三點(diǎn)確定一個(gè)平面的原理，控制三根柔性絲7的長度即可控制一個(gè)關(guān)節(jié)單元4的旋轉(zhuǎn)角度。也就是說，每個(gè)關(guān)節(jié)由三根柔性絲7驅(qū)動(dòng)，具有兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)的自由度，可實(shí)現(xiàn)一定范圍內(nèi)任意角度的定位其余3n-3根柔性絲7穿過第一關(guān)節(jié)到達(dá)第二關(guān)節(jié)，其中三根柔性絲7再均布固定，依此類推直至最后一個(gè)關(guān)節(jié)。
[0028]根據(jù)應(yīng)用情況的不同，蛇身可選用輕質(zhì)材料如碳纖維管材，關(guān)節(jié)可用鋁合金材料，蛇身的空心結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使蛇身的重量很輕，驅(qū)動(dòng)的柔性絲參數(shù)根據(jù)負(fù)載情況決定。由于柔性絲傳動(dòng)的特點(diǎn)，動(dòng)力元件無需設(shè)置在蛇形機(jī)器人本體內(nèi)部，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的控制，驅(qū)動(dòng)方式可選擇滾筒式或絲杠傳動(dòng)。在蛇型機(jī)器人的末端可連接不同的應(yīng)用工具或視覺設(shè)備，用以實(shí)現(xiàn)各種功能。
[0029]本實(shí)用新型應(yīng)用模塊化設(shè)計(jì)，可構(gòu)成多節(jié)，每節(jié)也可設(shè)計(jì)成不同長度，來適應(yīng)不同工況需求。所述蛇形機(jī)器人由柔性絲驅(qū)動(dòng)，機(jī)器人內(nèi)部無動(dòng)力裝置，運(yùn)動(dòng)靈活，適應(yīng)性強(qiáng)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種蛇形機(jī)器人，其特征在于，包括驅(qū)動(dòng)裝置、萬向節(jié)(I)、柔性絲(7)及蛇身單元(2)，其中多個(gè)蛇身單元(2)通過萬向節(jié)(I)依次首尾相連，所述驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)置于末端的蛇身單元(2)上，各節(jié)蛇身單元(2)均通過沿周向分布的三根柔性絲(7)與所述驅(qū)動(dòng)裝置連接，各柔性絲(7)依次穿過所連蛇身單元(2)與所述驅(qū)動(dòng)裝置之間的各節(jié)蛇身單元(2)，所述驅(qū)動(dòng)裝置用于控制各柔性絲(7)的長度，通過控制三根柔性絲(7)的長度來控制各節(jié)蛇身單元(2)的旋轉(zhuǎn)角度。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蛇形機(jī)器人，其特征在于，所述萬向節(jié)(I)包括銷軸(6)、支撐環(huán)(8)及兩個(gè)關(guān)節(jié)單元(4)，其中支撐環(huán)(8)設(shè)置于兩個(gè)關(guān)節(jié)單元(4)之間，兩個(gè)關(guān)節(jié)單元(4)通過銷軸(6)與支撐環(huán)(8)鉸接。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的蛇形機(jī)器人，其特征在于，所述銷軸(6)與支撐環(huán)(8)之間設(shè)有軸承(5)。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的蛇形機(jī)器人，其特征在于，所述關(guān)節(jié)單元(4)上沿周向均布有多個(gè)用于引入柔性絲(7)的穿線孔。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的蛇形機(jī)器人，其特征在于，所述銷軸(6)上布置編碼器(3)，所述編碼器(3)用于反饋關(guān)節(jié)位置信息。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蛇形機(jī)器人，其特征在于，所述蛇身單元(2)為空心結(jié)構(gòu)。7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的蛇形機(jī)器人，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)裝置包括機(jī)殼(16)和安裝在機(jī)殼(16)上的多組驅(qū)動(dòng)單元，各組驅(qū)動(dòng)單元分別與一根柔性絲(7)連接，所述驅(qū)動(dòng)單元用于拉緊或放松與其連接的柔性絲(7)。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的蛇形機(jī)器人，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)單元包括電機(jī)(10)、滾珠絲杠(12)、導(dǎo)向軸(13)及柔性絲固定單元(14)，其中電機(jī)(10)安裝在機(jī)殼(16)的外部，所述滾珠絲杠(12)和導(dǎo)向軸(13)相互平行的設(shè)置于機(jī)殼(16)的內(nèi)部，所述滾珠絲杠(12)與電機(jī)(10)的輸出軸連接、并通過電機(jī)(10)的驅(qū)動(dòng)可轉(zhuǎn)動(dòng)，所述柔性絲固定單元(14)滑動(dòng)連接在導(dǎo)向軸(13)上、并通過螺母與滾珠絲杠(12)傳動(dòng)連接，所述柔性絲固定單元(14)與一根柔性絲(7)連接。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的蛇形機(jī)器人，其特征在于，所述柔性絲固定單元(14)上設(shè)有撞塊(15)，所述撞塊(15)起機(jī)械限位的作用。
【專利摘要】本實(shí)用新型屬于機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種蛇形機(jī)器人。包括驅(qū)動(dòng)裝置、萬向節(jié)、柔性絲及蛇身單元，其中多個(gè)蛇身單元通過萬向節(jié)依次首尾相連，所述驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)置于末端的蛇身單元上，各節(jié)蛇身單元均通過沿周向分布的三根柔性絲與所述驅(qū)動(dòng)裝置連接，各柔性絲依次穿過所連蛇身單元與所述驅(qū)動(dòng)裝置之間的各節(jié)蛇身單元，所述驅(qū)動(dòng)裝置用于控制各柔性絲的長度，通過控制三根柔性絲的長度來控制各節(jié)蛇身單元的旋轉(zhuǎn)角度。本實(shí)用新型應(yīng)用模塊化設(shè)計(jì)，可構(gòu)成多節(jié)，每節(jié)可設(shè)計(jì)成不同長度，來適應(yīng)不同工況需求。機(jī)器人內(nèi)部無動(dòng)力裝置，運(yùn)動(dòng)靈活，適應(yīng)性強(qiáng)。
【IPC分類】B25J9/06
【公開號】CN205254991
【申請?zhí)枴緾N201521131156
【發(fā)明人】張峰, 狄子建, 崔龍
【申請人】中國科學(xué)院沈陽自動(dòng)化研究所
【公開日】2016年5月25日
【申請日】2015年12月30日