CN102069491B

CN102069491B - 一种具有柔性机械手的救援机器人

Info

Publication number: CN102069491B
Application number: CN201010572742A
Authority: CN
Inventors: 赵铁军
Original assignee: Shenyang University of Technology
Current assignee: Shenyang University of Technology
Priority date: 2010-12-04
Filing date: 2010-12-04
Publication date: 2011-12-14
Anticipated expiration: 2030-12-04
Also published as: CN102069491A

Abstract

本发明是一种具有柔性机械手的救援机器人，其特征在于：该机器人由蜗杆传动与柔索驱动装置、驱动轮装置、柔性器装置和自由度机械手组成。具有结构简单、可靠性高、可控性好等优点，解决了传统刚性机械手救援过程中的操作安全性问题，同时采用手动、自动两种驱动方式的柔索驱动使作业过程更加安全可靠，保证救援中被救助对象的安全。

Description

一种具有柔性机械手的救援机器人

技术领域：

本发明主要涉及一种救援机器人，特别是一种采用手动、自动两种驱动方式的柔索驱动柔性机械手的救援机器人，保证救援中被救助对象的安全。

背景技术：

传统的救援机器人多采用刚性机械手，在救援过程中因操作准确性等问题，易造成对救援对象的伤害。救援中，在机械手接触对象过程中应具有一定的位移容让性，以保证对象的安全，在接触对象后，应具有足够的刚度，以保证操作精确可靠。因此本发明的产品——具有柔性机械手的救援机器人具有广阔的应用前景。

发明内容：

1、发明目的：

本发明提供一种具有柔性机械手的救援机器人，其目的是：解决传统刚性机械手救援过程中的操作安全性问题，同时采用手动、自动两种驱动方式的柔索驱动使作业过程更加安全可靠。

2、技术方案：

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种具有柔性机械手的救援机器人，其特征在于：该机器人由蜗杆传动与柔索驱动装置、驱动轮装置、柔性器装置和自由度机械手组成；

蜗杆传动与柔索驱动装置由蜗杆，蜗轮，蜗轮支承轴，柔索，以及闭式箱体组成；柔索一端与蜗轮支承轴相连，另一端通过柔性器装置与自由度机械手连杆机构中的滑块相连；所述蜗杆为主动蜗杆，涡轮为从动蜗轮；

驱动轮装置由八个主动车轮、四个导轮、四个车轮轴和长方体形状的驱动轮箱体组成，驱动轮箱体每个侧面上均设置有两个用伺服电动机与谐波减速器独立驱动实现转弯的主动车轮，滑块箱体每个侧面上设有一个导轮，导轮采用万向联轴节与滑块箱体侧面相连；

柔性器装置由两个定滑轮，动滑轮，柔索和一个线性弹簧组成，第一定滑轮与第二定滑轮固定在柔性器箱体上，动滑轮沿滑道纵向移动，柔索沿第一定滑轮、动滑轮和第二定滑轮之间穿过，动滑轮被柔索拉紧，并与固定在柔性器箱体上的线性弹簧相连；

自由度机械手采用平面六杆机构形式，主要包括：滑块，夹板，第一杆，第二杆，第三杆，和第四杆；第一杆一端与夹板铰接，第一杆另一端与第二杆一端铰接，第二杆另一端与第三杆一端铰接，第三杆另一端与滑块铰接，第二杆中间与第四杆中间铰接，第四杆一端与夹板固定连接，第四杆另一端与滑块箱体铰接，滑块与滑块箱体构成移动副；在两个第四杆之间靠近夹板位置处还设置有弹簧。

所述滑块为连杆机构的主动件，在蜗杆传动中，蜗杆为主动件，蜗杆与联接手柄或电动机相连。

所述八个主动车轮和四个导轮共同构成机器人移动机构。

在所述柔索被拉直前，该柔性器装置结构的刚度系数决定于线性弹簧的刚度特性，在柔索被拉直后，该柔性器装置结构的刚度系数决定于柔索的刚度特性。

所述自由度机械手内的滑块为主动件，并由柔索驱动。

所述夹板、第一杆、第二杆和第四杆均为两个，且以第三杆为轴呈轴对称设置。

3、优点及效果：

与现有的技术相比，本发明的有益效果如下：

通过本发明技术方案的实施，能够解决传统的刚性救援机器人的救援安全问题。本发明的结构特点使驱动柔索在驱动机械手时具有柔性，其刚度特性理论上可以实现从零到无穷大，使救援机器人在接触救援对象过程中，具有作业柔顺性，避免对被救援人员造成伤害，在接触救援对象后，具有足够的刚度，以获得较高的作业精度，保证救援安全可靠。

附图说明：

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明柔性器装置内部结构示意图。

附图标记说明：

1、蜗杆传动与柔索驱动装置；2、驱动轮装置；3、柔性器装置；4、自由度机械手；11、蜗杆；12、涡轮；13、涡轮支承轴；14、柔索；15、闭式箱体；21、主动车轮；22、导轮；23、驱动轮箱体；31、第一定滑轮；32、第二定滑轮；33、动滑轮； 36线性弹簧；41、滑块；42、弹簧；43、夹板；44、第一杆；45、第二杆；46、第三杆；47、第四杆；48、滑块箱体。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明加做进一步的说明：

一种具有柔性机械手的救援机器人，其特征在于：如图1中所示，该机器人由蜗杆传动与柔索驱动装置1、驱动轮装置2、柔性器装置3和自由度机械手4组成；

如图1中所示，蜗杆传动与柔索驱动装置由蜗杆11，蜗轮12，蜗轮支承轴13，柔索14，以及闭式箱体15组成；柔索14一端与蜗轮支承轴13相连，另一端通过柔性器装置3与自由度机械手4连杆机构中的滑块41相连；所述蜗杆11为主动蜗杆，涡轮12为从动蜗轮；所述滑块41为连杆机构的主动件，在蜗杆传动中，蜗杆11为主动件，蜗杆11与联接手柄或电动机相连。蜗杆11可以通过联接手柄实现手动，也可以与电动机相连实现自动。

如图1所示，驱动轮装置由八个主动车轮21、四个导轮22、四个车轮轴和长方体形状的驱动轮箱体23组成，采用驱动轮箱体四个侧面每个侧面两轮的形式，即驱动轮箱体23每个侧面上均设置有两个用伺服电动机与谐波减速器独立驱动以实现转弯的主动车轮21，滑块箱体48每个侧面上均设有一个导轮22，导轮22没有驱动，它是采用万向联轴节与滑块箱体侧面相连；八个主动车轮21和四个导轮22共同构成机器人移动机构。

如图2中所示，柔性器装置由两个定滑轮，动滑轮33，柔索14和一个线性弹簧36组成，第一定滑轮31与第二定滑轮32固定在柔性器箱体上，动滑轮33沿滑道纵向移动，柔索14沿第一定滑轮31、动滑轮33和第二定滑轮32之间穿过，动滑轮33被柔索14拉紧，并与固定在柔性器箱体上的线性弹簧36相连；在所述柔索14被拉直前，该柔性器装置结构的刚度系数决定于线性弹簧36的刚度特性，在柔索14被拉直后，该柔性器装置结构的刚度系数决定于柔索14的刚度特性。

如图1中所示，自由度机械手采用平面六杆机构形式，主要包括：滑块41，夹板43，第一杆44，第二杆45，第三杆46，和第四杆47；第一杆44一端与夹板43铰接，第一杆44另一端与第二杆45一端铰接，第二杆45另一端与第三杆46一端铰接，第三杆46另一端与滑块41铰接，第二杆45中间与第四杆47中间铰接，第四杆47一端与夹板43固定连接，第四杆47另一端与滑块箱体48铰接，滑块41与滑块箱体构成移动副；在两个第四杆47之间靠近夹板43位置处还设置有弹簧42。滑块41为主动件，并由柔索14驱动。

所述夹板43、第一杆44、第二杆45和第四杆47均为两个，且以第三杆46为轴呈轴对称设置。

本发明使用时，在救援中，通过驱动轮装置2实现机器人前后移动以及转向，机器人到达作业地点后停止，自由度机械手4开始工作，实现抓取作业后，蜗杆传动装置开始工作，通过手动或机动两种方式，拖动被救援对象脱离危险现场。

本发明这种具有柔性机械手的救援机器人具有结构简单、可靠性好、成本低等优点，适于推广应用。

Claims

1.一种具有柔性机械手的救援机器人，其特征在于：该机器人由蜗杆传动与柔索驱动装置（1）、驱动轮装置（2）、柔性器装置（3）和自由度机械手（4）组成；

蜗杆传动与柔索驱动装置由蜗杆（11），蜗轮（12），蜗轮支承轴（13），柔索（14），以及闭式箱体（15）组成；柔索（14）一端与蜗轮支承轴（13）相连，另一端通过柔性器装置（3）与自由度机械手（4）连杆机构中的滑块（41）相连；所述蜗杆（11）为主动蜗杆，蜗轮（12）为从动蜗轮；

驱动轮装置由八个主动车轮（21）、四个导轮（22）、四个车轮轴和长方体形状的驱动轮箱体（23）组成，驱动轮箱体（23）每个侧面上均设置有两个用伺服电动机与谐波减速器独立驱动实现转弯的主动车轮（21），滑块箱体每个侧面上设有一个导轮（22），导轮（22）采用万向联轴节与滑块箱体侧面相连；

柔性器装置由动滑轮（33），柔索（14），两个定滑轮和一个线性弹簧（36）组成，第一定滑轮（31）与第二定滑轮（32）固定在柔性器装置的箱体上，动滑轮（33）沿滑道纵向移动，柔索（14）沿第一定滑轮（31）、动滑轮（33）和第二定滑轮（32）之间穿过，动滑轮（33）被柔索（14）拉紧，并与固定在柔性器装置的箱体上的线性弹簧（36）相连；

自由度机械手采用平面六杆机构形式，主要包括：滑块（41），夹板（43），第一杆（44），第二杆（45），第三杆（46），和第四杆（47）；第一杆（44）一端与夹板（43）铰接，第一杆（44）另一端与第二杆（45）一端铰接，第二杆（45）另一端与第三杆（46）一端铰接，第三杆（46）另一端与滑块（41）铰接，第二杆（45）中间与第四杆（47）中间铰接，第四杆（47）一端与夹板（43）固定连接，第四杆（47）另一端与滑块箱体（48）铰接，滑块（41）与滑块箱体构成移动副；在两个第四杆（47）之间靠近夹板（43）位置处还设置有弹簧（42）。

2.根据权利要求1所述的一种具有柔性机械手的救援机器人，其特征在于：所述滑块（41）为连杆机构的主动件，在蜗杆传动中，蜗杆（11）为主动件，蜗杆（11）与联接手柄或电动机相连。

3.根据权利要求1所述的一种具有柔性机械手的救援机器人，其特征在于：所述八个主动车轮（21）和四个导轮（22）共同构成机器人移动机构。

4.根据权利要求1所述的一种具有柔性机械手的救援机器人，其特征在于：在所述柔索（14）被拉直前，该柔性器装置结构的刚度系数决定于线性弹簧（36）的刚度特性，在柔索（14）被拉直后，该柔性器装置结构的刚度系数决定于柔索（14）的刚度特性。

5.根据权利要求1所述的一种具有柔性机械手的救援机器人，其特征在于：所述自由度机械手（4）内的滑块（41）为主动件，并由柔索（14）驱动。

6.根据权利要求1所述的一种具有柔性机械手的救援机器人，其特征在于：所述夹板（43）、第一杆（44）、第二杆（45）和第四杆（47）均为两个，且以第三杆（46）为轴呈轴对称设置。