CN104802171A - 仿生蛇形机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种仿生蛇形机器人，其包括动力箱、与动力箱固定连接的基体、一端设置在基体上的支臂、设置在支臂另一端的阀体、设置在基体内并与动力箱传动连接且促使支臂旋转的弯轴、以及设置在支臂内的动力源。本发明可任意全方位自由度，曲位到达指点工作点，不受任何外界干涉，自由伸展；解决了传统机器人的整体动作任意自由度问题如:狭小空间的操作，复杂环境下的避碰操作等等，并成功弥补了现有工业机器人普遍存在的工作环境单一、死角、无法满足一些特殊工种的操作。

Description

仿生蛇形机器人
技术领域
本发明涉及一种仿生蛇形机器人。
背景技术
机器人是自动执行工作的机器装置。它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。它的任务是协助或取代人类工作的工作，例如生产业、建筑业，或是危险的工作。机器人一般由执行机构、驱动装置、检测装置和控制系统和复杂机械等组成。传统机器人现阶段采用的是纯机械传动，单一直线工作，无法任意全方位自由度,易受外界干涉，整体动作存在自由度问题，无法在狭小空间操作，复杂环境下容易发生碰撞。
发明内容
本发明的目的是提供一种仿生蛇形机器人，以便能够克服现有技术中传统机器人缺泛四肢，不能执行各种操作，以及运动灵活性受到各种限制的多种缺陷。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种仿生蛇形机器人，其包括动力箱、与动力箱固定连接的基体、一端设置在基体上的支臂、设置在支臂另一端的阀体、设置在基体内并与动力箱传动连接且促使支臂旋转的弯轴、以及设置在支臂内且可伸缩运动的动力源。
在上述技术方案的基础上，进一步包括如下附属技术方案：
所述动力源包括可在支臂内腔循环运动的若干个球体、以及与相邻两球体相连的连接管。
所述支臂为弧形柔性材料制成且内部有密封，并具有流体无阻尼运动，所述连接管为360度自由舒展。
所述球体为金属材质且中空，并包括球内腔、与球内腔相连通的多个出口、设置在球内腔中心的内球、以及形成在内球上的多个隔板，且连接管连接相邻球体的出口。
还包括位于支臂内并控制球体自由运动的控制单元。
所述阀体与动作执行单元相连。
所述球体在支臂内在各个方向上自由运动。
还包括分别设置在动力箱两侧的增压泵和软体驱动。
本发明优点是：
可以无限制避开阻碍物，任意角度直接到达指定位置，可任意全方位自由度，曲位到达指点工作点，不受任何外界干涉，自由伸展；解决了传统机器人的整体动作任意自由度问题如:狭小空间的操作，复杂环境下的避碰操作等等，并成功弥补了现有工业机器人普遍存在的工作环境单一、死角、无法满足一些特殊工种的操作。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明的结构图。
图2为本发明中主轴、套筒相关元件的结构图。
图3为本发明中连接管的结构图。
图4为本发明中球体的剖视图。
具体实施方式
实施例：如图1-4所示，本发明提供了一种仿生蛇形机器人的具体实施例，其包括：动力箱10、与动力箱10固定连接的基体20、一端设置在基体20上的支臂22、设置在支臂22另一端的阀体26、设置在基体20内并与动力箱10传动连接且促使支臂22旋转的弯轴24、以及设置在支臂22内的动力源220。基体20与动力箱10全方位的硬连接，有效保证了动力的稳定性，无需任何附载物件。
动力源220的动力均来源于动力箱10，因为本机器人放弃了常规的分级动力装置，采用伺服控制。
动力箱10包括主轴12、套设在主轴12外侧的套筒14、设置在套筒14的两端的前、后轴承16、18、以及设置在套筒14上的进油口19。
动力源220包括可在支臂22内腔循环运动的若干个球体222、以及与相邻两球体222相连且为柔性材料的连接管224，其中连接管224与弯轴24传动相连，以带动球体222各方向自由运动。支臂22内腔通过密封流体的回流实现回路。支臂22单节自然弯曲度在35度以上。
球体222为铜镍合金材质且中空，并包括球内腔2220、与球内腔2220相连通的多个出口2222、设置在球内腔2220中心的内球2224、以及形成在内球2224上的多个隔板2226，且连接管224连接相邻球体222的出口2222。无需丝杠、电机的局部控制，有效实现人、机一体化，优选地，本实施例的隔板数量为3个，由此实现三个相互间隔的回路。
还包括位于支臂22内并控制球体222自由运动的控制单元，控制单元优选为工控控制单元。
优选地，还包括分别设置在动力箱10两侧的增压泵和软体驱动，其中增压泵用于保证压强稳定。
阀体26与动作执行单元相连，以产生吸、喷等动作。
支臂22为无限自由度蛇形结构，可以从事程序设定的操作或探测、感知周围环境。采用伺服带动动力箱10的运动，可靠、稳定的到达指定位置，整个支臂可任意角度自由伸展。在支臂22缩回时，能够具备能够具备仿生蛇形机器人灵活运动的特点，能够从事许多特定操作，而拓展机器人的适用范围。而支臂22内部充满流体且一直保持不变化，采用软静压技术，即在传统的动静压技术上，进行了升级，放弃硬体，利用压力差，软体无限动作，所有连接均为硬连接，内部机构铜套采用柔性无连轴，通体无关节，智能化流体且无轴输送技术，保证了其稳定性、可靠性。位移精准度为0.0375mm，在外界不固定因素干扰与接触下，可以在0.1S刹车，保持原状。在本发明中，球体222充当关节体，借助流体力学的动力学，保证了支臂22舒展的柔韧度。
由此本发明采取软静压回路运动，通过三回路解决目前行业无法解决的问题，有效保护了自由度的舒展的安全性与触点定位性。内部的循环球体，通过激光干涉、定位，结构的动力装置，双驱动、回路的可靠抵抗冲击力，尤其是安全性，在外界因素的干扰下，可以定点限位，有效解决了人机合一。
本机器人在达到目的点前，定位采用的是激光干涉，借助软静压的无冲击力与稳定性来精确实现的。软静压制动，保证了可靠性、稳定性，超静音的动作，自由调节速比，干涉技术保证了扭矩的稳定性，三点立体干涉(即软体臂部在三点限位时，红外线追踪来实现)，确保了结构的流体阻尼。
本机器人与地面接触，采用磁场浮动定位(在工作轨迹范围内，采用内磁粉感应，有效保证了工作区域的分定性与安全性)，有效保证了工作空间的任意度，具有立体全向动作，任意转弯半径的特点。在任何条件下，对移动载体不作具体要求。
动力箱主轴在伺服驱动下，完成无振动高速运转，6000r/min，采用高速旋转的弯轴24，旋转精度为0.035mm，并联回路有效控制了稳定性，触摸技术直接指令，现代光学技术有效控制各节点的有效位移，弯曲度为0.01mm偏差。
在伸展过程中，采用柔性环体技术，无限自由度直接到达指定位置，立体、动感技术结合现代光学，曲线运动，独家软静压，抛物线直接动作。0.0175mm的伸展精准幅度，球体连接采用金属软管，保证360度任意旋转，神经系统的工控采用伺服以及动力柔和型，每节相互间为一体来实现的。支臂内0.3715的阻尼系数，保证了立体的直接运动，100mm的有效单节弯度，实现了整机360度的任意工作。300～600Kg软静压动力源，软体无摩擦工作，超静音任意翻转。
在正常工作时，采用电磁场，无需铆接，在磁粉范围内，无需外接动力，直接移动。创成式设计方法逆向计算(在设定好产品的基础上，通过有限元分析、高等数学、材料力学、受力分析等逐步向基本点结构延伸来实现)，模仿生物“蛇”运动的新型仿生物工业软体机器人，它能像生物一样实现“无肢运动”。弯曲大于340度旋转,它可以穿越狭小空间、进入危险环境、绕开障碍物、特种大型的工件等完成操作任务。
本发明的支臂自然舒展为独创性球体复合运动，采用流体力学与阻尼工作，在PLC动作完毕后回到指定待工作区，无任何力学干预。本发明可以在焊接、抢险、消防、救灾、地质勘探、军事等诸多场合得到广泛应用。本发明性仿生蛇形机器人，可以代替人去完成一些危险、复杂的动作，能够绕过障碍到达指定位置。
当然上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种仿生蛇形机器人，其特征在于其包括：动力箱(10)、与动力箱(10)固定连接的基体(20)、一端设置在基体(20)上的支臂(22)、设置在支臂(22)另一端的阀体(26)、设置在基体(20)内并与动力箱(10)传动连接且促使支臂(22)旋转的弯轴(24)、以及设置在支臂(22)内且可伸缩运动的动力源(220)。
2.根据权利要求1所述的一种仿生蛇形机器人，其特征在于：所述动力源(220)包括可在支臂(22)内腔循环运动的若干个球体(222)、以及与相邻两球体(222)相连的连接管(224)。
3.根据权利要求2所述的一种仿生蛇形机器人，其特征在于：所述支臂(22)为弧形柔性材料制成且内部有密封，并具有流体无阻尼运动，所述连接管(224)为360度自由舒展。
4.根据权利要求2所述的一种仿生蛇形机器人，其特征在于：所述球体(222)为金属材质且中空，并包括球内腔(2220)、与球内腔(2220)相连通的多个出口(2222)、设置在球内腔(2220)中心的内球(2224)、以及形成在内球(2224)上的多个隔板(2226)，且连接管(224)连接相邻球体(222)的出口(2222)。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的一种仿生蛇形机器人，其特征在于还包括位于支臂(22)内并控制球体(222)自由运动的控制单元。
6.根据权利要求1或2或3或4所述的一种仿生蛇形机器人，其特征在于：所述阀体(26)与动作执行单元相连。
7.根据权利要求5所述的一种仿生蛇形机器人，其特征在于：所述球体(222)在支臂(22)内在各个方向上自由运动。
8.根据权利要求5所述的一种仿生蛇形机器人，其特征在于还包括分别设置在动力箱(10)两侧的增压泵和软体驱动。
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