CN106695771A - 一种基于rsr构型并联机构的模块化仿生蛇形机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于RSR构型并联机构的模块化仿生蛇形机器人，由多个结构相同的运动模块串联而成，运动模块采用具有三个自由度的并联机构，并联机构包括三条结构相同且沿周向均布的RSR串联支链、静平台和动平台，每条RSR串联支链包括驱动装置、主动杆和从动杆，主动杆的输入端与驱动装置连接，驱动装置固定在静平台上，主动杆的输出端与从动杆的输入端活动连接，从动杆的输出端与动平台通过关节轴连接，关节轴设置在动平台上；相邻的两个运动模块，其中一个运动模块的动平台与另一个运动模块的静平台共用一个平台。本发明运动方式多样、运动速度快、鲁棒性强、长度可调、身体粗细可变的、灵活性高。
Description
技术领域
本发明属于仿生机器人技术领域，涉及一种运动方式多样、运动速度快、鲁棒性强、长度可调的基于并联机构的模块化仿生蛇形机器人。
背景技术
移动机器人广泛应用于各种领域，传统的移动机构大多基于连续转动原理，靠轮子或履带与地面作用实现运动，其适应性差，不能实现运动的灵活性。足式运动方式虽具有较强的地面适应性，并增强了方向调整能力，但其稳定性和运动速度较低。虽然移动机器人运动形式多样，但大多还是只能在地形比较平坦或是较为简单的环境下运动，还难以在野外、管道等复杂环境下运动。
蛇因其柔软多变的身躯而具备多种运动形式，具有很强的环境适应能力和地面运动稳定能力。蛇是无四肢动物中最庞大的一类，种类繁多，分布广泛，在自然界中有几千年的进化历史，它能进行多种运动以适应不同的生活环境，例如沙漠、水池、陆地和森林等，被认为是越障能力最强的动物之一。仿生蛇形机器人是一种新型的仿生移动机器人，它实现了像蛇一样的“无肢运动”，能在人类难以到达的未知环境或不适宜人类工作的场合下替代人类进行工作，因此在科学探险、救灾抢险、生命搜寻等多个领域有着广泛的应用前景。
然而大多数仿生蛇形机器人具有如下缺点：
1)运动方式单一，不能同时具备实现多种运动方式的能力。
1.1)单元运动模块长度固定，不能像蟒蛇等蛇类那样实现收缩运动，而只是通过运动模块之间的相对转动，使身体左右摆动实现运动，导致仿蛇形机器人对地形的适应能力不足。
1.2)仅能实现收缩运动，不能实现左右或侧向摆动或直线运动等。
2)鲁棒性差，任意运动模块出现故障，仿生蛇形机器人就无法正常工作。
3)仿生蛇形机器人蛇形长度不可变。
4)每个运动模块大都只有一个自由度，难以实现复杂的运动。
5)仿生蛇形机器人运行速度慢。
为使仿生蛇形机器人在社会生活多领域发挥更多作用，最基本的就是要从机构设计方面去创新突破，探索研制运动方式多样、运动速度快、鲁棒性强、长度可调、身体粗细可变的、灵活性高新型仿生蛇形机器人。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种基于RSR构型并联机构的模块化仿生蛇形机器人，该机器人运动方式多样、运动速度快、鲁棒性强、长度可调、身体粗细可变、灵活性高。
本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种基于RSR构型并联机构的模块化仿生蛇形机器人，由多个结构相同的运动模块串联而成，所述运动模块采用具有三个自由度的并联机构，所述并联机构包括三条结构相同且沿周向均布的RSR串联支链、静平台和动平台，每条所述RSR串联支链包括驱动装置、主动杆和从动杆，所述主动杆的输入端与所述驱动装置连接，所述驱动装置固定在所述静平台上，所述主动杆的输出端与所述从动杆的输入端活动连接，所述从动杆的输出端与所述动平台通过关节轴连接，所述关节轴设置在所述动平台上；相邻的两个所述运动模块，其中一个所述运动模块的所述动平台与另一个所述运动模块的所述静平台共用一个平台。
相邻的两个所述运动模块相位相同。
相邻的两个所述运动模块相位不同。
所述主动杆的输出端与所述从动杆的输入端通过球副连接。
所述主动杆的输出端与所述从动杆的输入端通过柔性软管连接。
所述关节轴采用关节座支承，所述关节座固装在所述动平台上，所述关节轴与所述从动杆的输出端通过转动副Ⅱ连接。
所述驱动装置采用电机，所述电机通过支架固定在所述静平台上，所述电机与所述主动杆通过转动副Ⅰ连接。
本发明具有的优点和积极效果是：基于并联机构的运动模块采用串联连接方式形成了模块化仿生蛇形机器人结构，多个并联机构的不同运动方式实现了机器人仿蛇形的运动：一)并联机构的电机转动速度一致时能够实现蠕动；二)并联机构的电机转动速度不一致时能够实现摆动。同时具有蠕动和摆动功能使机器人能够适应不同的地形，且并联机构的使用使机器人不需区分头部和尾部，在狭长的管道内不需转弯即可实现前进和后退。另外，运动模块采用并联机构，使得机器人的运动速度有所增加，在任何一个并联机构或任何一个支链故障的情况下，机器人均能保持正常的运动，并且本发明采用模块化设计使得机器人长度可调，身体粗细可变，组装方便，便于携带。综上所述，本发明将并联机构串联成蛇形机器人，身体粗细可变，长度可调，运动速度快；其任何一个运动模块或任意一条支链出现故障，都不影响机器人的正常运动，鲁棒性强；且每个运动模块均有三个自由度，运动方式多样，灵巧性高。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图之一；
图2为本发明的结构示意图之二；
图3为本发明的运动模块结构示意图之一；
图4为本发明的运动模块结构示意图之二；
图5为本发明的运动模块结构示意图之三。
图中：101、转动副Ⅰ，102、球副，103、转动副Ⅱ，104、柔性软管，201、静平台，202、支架，203、电机，204、电机的输出轴，205、主动杆，206、从动杆，207、关节座，208、动平台。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
请参阅图1～图5，一种基于RSR构型并联机构的模块化仿生蛇形机器人，由多个结构相同的运动模块串联而成，所述运动模块采用具有三个自由度的并联机构，所述并联机构包括三条结构相同且沿周向均布的RSR串联支链、静平台201和动平台208，每条所述RSR串联支链包括驱动装置、主动杆205和从动杆206，所述主动杆205的输入端与所述驱动装置连接，所述驱动装置固定在所述静平台201上，所述主动杆205的输出端与所述从动杆206的输入端活动连接，所述从动杆206的输出端与所述动平台208通过关节轴连接，所述关节轴设置在所述动平台208上；相邻的两个所述运动模块，其中一个所述运动模块的所述动平台208与另一个所述运动模块的所述静平台201共用一个平台。
请参阅图1，所述主动杆205的输出端与所述从动杆206的输入端通过球副102连接，也通过柔性软管104连接，请参阅图5，采用柔性软管104连接所述主动杆205的输出端与所述从动杆206的输入端，能够避免所述球副102转动角度有限，制造困难的弊端。
请参阅图1，相邻的两个所述运动模块相位相同，也可以不同，请参阅图2，即相邻的两个所述运动模块之间错开一个设定的角度，采用错开设定角度的方式，在运动过程中，如缠绕时，接触点会更多，受力也更均匀。
请参阅图1～图5，在本文提供的实施例中，所述关节轴采用关节座207支承，所述关节座207固装在所述动平台208上，所述关节轴与所述从动杆的输出端通过转动副Ⅱ103连接。所述驱动装置采用电机203，所述电机203通过支架202固定在所述静平台201上，所述电机203与所述主动杆205通过转动副Ⅰ101连接，所述电机的输出轴204与所述主动杆205固接。
当需要不同长度的蛇形机器人来完成不同的任务时，在所述静平台201或所述动平台208上添加或减少运动模块，即可实现机器人长度的调节。
本发明的工作原理：
请参见图1，当蛇形机器人运动时，所述电机203带动所述主动杆205转动，所述主动杆205通过球副102带动所述从动杆206运动，所述从动杆206带动与其转动连接的所述关节座运动，从而带动与所述关节座207固接的所述动平台208运动，所有运动模块的运动原理相同，从而实现蛇形机器人的蠕动或摆动。
请参阅图3，当需要不同长度的蛇形机器人来完成不同的任务时，在所述静平台201或所述动平台208上添加或减少运动模块，即可实现机器人长度的调节。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种基于RSR构型并联机构的模块化仿生蛇形机器人，由多个结构相同的运动模块串联而成，其特征在于，所述运动模块采用具有三个自由度的并联机构，所述并联机构包括三条结构相同且沿周向均布的RSR串联支链、静平台和动平台，每条所述RSR串联支链包括驱动装置、主动杆和从动杆，所述主动杆的输入端与所述驱动装置连接，所述驱动装置固定在所述静平台上，所述主动杆的输出端与所述从动杆的输入端活动连接，所述从动杆的输出端与所述动平台通过关节轴连接，所述关节轴设置在所述动平台上；相邻的两个所述运动模块，其中一个所述运动模块的所述动平台与另一个所述运动模块的所述静平台共用一个平台。
2.根据权利要求1所述的基于RSR构型并联机构的模块化仿生蛇形机器人，其特征在于，相邻的两个所述运动模块相位相同。
3.根据权利要求1所述的基于RSR构型并联机构的模块化仿生蛇形机器人，其特征在于，相邻的两个所述运动模块相位不同。
4.根据权利要求1所述的基于RSR构型并联机构的模块化仿生蛇形机器人，其特征在于，所述主动杆的输出端与所述从动杆的输入端通过球副连接。
5.根据权利要求1所述的基于RSR构型并联机构的模块化仿生蛇形机器人，其特征在于，所述主动杆的输出端与所述从动杆的输入端通过柔性软管连接。
6.根据权利要求1所述的基于RSR构型并联机构的模块化仿生蛇形机器人，其特征在于，所述关节轴采用关节座支承，所述关节座固装在所述动平台上，所述关节轴与所述从动杆的输出端通过转动副Ⅱ连接。
7.根据权利要求1所述的基于RSR构型并联机构的模块化仿生蛇形机器人，其特征在于，所述驱动装置采用电机，所述电机通过支架固定在所述静平台上，所述电机与所述主动杆通过转动副Ⅰ连接。
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