CN106926223A - 一种蛇形机器人 - Google Patents

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/06—Programme-controlled manipulators characterised by multi-articulated arms
    • B25J9/065—Snake robots
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B25J9/10—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements
    • B25J9/12—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements electric

Abstract

本发明属于机器人技术领域，特别是涉及一种蛇形机器人。包括驱动装置、万向节、柔性丝及蛇身单元，其中多个蛇身单元通过万向节依次首尾相连，所述驱动装置设置于末端的蛇身单元上，各节蛇身单元均通过沿周向分布的三根柔性丝与所述驱动装置连接，各柔性丝依次穿过所连蛇身单元与所述驱动装置之间的各节蛇身单元，所述驱动装置用于控制各柔性丝的长度，通过控制三根柔性丝的长度来控制各节蛇身单元的旋转角度。本发明应用模块化设计，可构成多节，每节可设计成不同长度，来适应不同工况需求。机器人内部无动力装置，运动灵活，适应性强。

Description

一种蛇形机器人
技术领域
本发明属于机器人技术领域，特别是涉及一种蛇形机器人。
背景技术
蛇形机器人是一种新型的仿生物机器人，它实现了像蛇一样的“无肢运动”，是机器人运动方式的一个重大突破。蛇形机器人在许多领域有着广泛的应用前景，如在有辐射、有剧毒、地震、狭小管道等不适宜人类工作的场合，这些优势已经在部分生产应用中得到了充分的证实。目前，蛇形机器人的驱动采用复杂结构的动力元件，因蛇形机器人适于在狭小空间和狭长管道内运动，在某些特殊应用场合，空间内不允许引入动力元件。因而现有蛇形机器人的驱动方式限制了蛇形机器人的应用。
发明内容
针对上述存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种蛇形机器人。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种蛇形机器人，包括驱动装置、万向节、柔性丝及蛇身单元，其中多个蛇身单元通过万向节依次首尾相连，所述驱动装置设置于末端的蛇身单元上，各节蛇身单元均通过沿周向分布的三根柔性丝与所述驱动装置连接，各柔性丝依次穿过所连蛇身单元与所述驱动装置之间的各节蛇身单元，所述驱动装置用于控制各柔性丝的长度，通过控制三根柔性丝的长度来控制各节蛇身单元的旋转角度。
所述万向节包括销轴、支撑环及两个关节单元，其中支撑环设置于两个关节单元之间，两个关节单元通过销轴与支撑环铰接。所述销轴与支撑环之间设有轴承。所述关节单元上沿周向均布有多个用于引入柔性丝的穿线孔。所述销轴上布置编码器，所述编码器用于反馈关节位置信息。所述蛇身单元为空心结构。
所述驱动装置包括机壳和安装在机壳上的多组驱动单元，各组驱动单元分别与一根柔性丝连接，所述驱动单元用于拉紧或放松与其连接的柔性丝。
所述驱动单元包括电机、滚珠丝杠、导向轴及柔性丝固定单元，其中电机安装在机壳的外部，所述滚珠丝杠和导向轴相互平行的设置于机壳的内部，所述滚珠丝杠与电机的输出轴连接、并通过电机的驱动可转动，所述柔性丝固定单元滑动连接在导向轴上、并通过螺母与滚珠丝杠传动连接，所述柔性丝固定单元与一根柔性丝连接。所述柔性丝固定单元上设有撞块，所述撞块起机械限位的作用。
本发明的优点及有益效果为：
1.本发明应用模块化设计，可灵活设计其节数及单节长度，适应不同需求。
2.本发明采用柔性丝的驱动方式，内部无动力原件。
3.本发明每节有两个自由度，控制灵活，可实现较高的位置精度。
4.本发明空心的结构设计能简单实现不同应用工具的连接。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中万向节的结构示意图；
图3为本发明中驱动装置的结构示意图。
图中：1为万向节，2为蛇身单元，3为编码器，4为关节单元，5为轴承，6为销轴，7为柔性丝，8为支撑环，7为柔性丝，10为电机，11为电机座，12为滚珠丝杠，13为导向轴，14为柔性丝固定单元，15为撞块，16为机壳。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。
如图1所示，本发明提供的一种蛇形机器人，包括驱动装置、万向节1、柔性丝7及蛇身单元2，其中多个蛇身单元2通过万向节1依次首尾相连，所述驱动装置设置于最末端的蛇身单元2上，各节蛇身单元2均通过沿周向均布的三根柔性丝7与所述驱动装置连接，各柔性丝7依次穿过所连蛇身单元2与所述驱动装置之间的各节蛇身单元2。所述驱动装置用于控制各柔性丝7的长度，通过控制三根柔性丝7的长度来控制各节蛇身单元2的旋转角度。
如图2所示，所述万向关节1具有两个转动的自由度，所述万向节1包括销轴6、支撑环8及两个关节单元4，其中支撑环8设置于两个关节单元4之间，两个关节单元4通过四根销轴6与支撑环8铰接。所述销轴6上布置编码器3，所述编码器3用于反馈关节位置信息，可大大提高定位精度。所述关节单元4与蛇身单元2通过螺钉紧固。
所述销轴6与支撑环8之间设有轴承5，来减小配合间隙对定位精度的影响(对尺寸较小的情况，可选用工程塑料轴承)。
所述关节单元4上沿周向均布有多个用于引入柔性丝7的穿线孔。所述蛇身单元2为空心结构，使蛇身的重量减轻。可在蛇形机器人内部的空心走线来实现蛇形机器人末端的不同功能。
如图3所示，所述驱动装置包括机壳16和安装在机壳16上的多组驱动单元，各组驱动单元分别与一根柔性丝7连接，所述驱动单元用于拉紧或放松与其连接的柔性丝7。
多组驱动单元结构相同，均包括电机10、滚珠丝杠12、导向轴13及柔性丝固定单元14，其中电机10通过电机座11安装在机壳16的外部，所述滚珠丝杠12和导向轴13相互平行的设置于机壳16的内部，所述导向轴13的两端固定，所述滚珠丝杠12与电机10的输出轴连接、并通过电机10的驱动可转动。所述柔性丝固定单元14滑动连接在导向轴13上、并通过螺母与滚珠丝杠12传动连接，所述柔性丝固定单元14与一根柔性丝7连接。所述柔性丝固定单元14上设有撞块15，所述撞块15起机械限位的作用。
所述电机10可根据控制精度需求选用伺服电机或其他类型电机，电机10驱动滚珠丝杠12转动，滚珠丝杠12带动柔性丝固定单元14平移，并由导向轴13进行导向，从而实现柔性丝7的收放，所述撞块15起到机械限位的作用，对机构进行保护。
本发明的工作原理是：
所述关节单元4的圆周上开若干穿线孔，数量由节数决定，如节数为n，则共需3n根柔性丝7，其中三根柔性丝7均布在第一关节(第一蛇身单元2)，用夹头或其他方式固定，根据三点确定一个平面的原理，控制三根柔性丝7的长度即可控制一个关节单元4的旋转角度。也就是说，每个关节由三根柔性丝7驱动，具有两个转动的自由度，可实现一定范围内任意角度的定位。其余3n-3根柔性丝7穿过第一关节到达第二关节，其中三根柔性丝7再均布固定，依此类推直至最后一个关节。
根据应用情况的不同，蛇身可选用轻质材料如碳纤维管材，关节可用铝合金材料，蛇身的空心结构设计使蛇身的重量很轻，驱动的柔性丝参数根据负载情况决定。由于柔性丝传动的特点，动力元件无需设置在蛇形机器人本体内部，可实现远程的控制，驱动方式可选择滚筒式或丝杠传动。在蛇型机器人的末端可连接不同的应用工具或视觉设备，用以实现各种功能。
本发明应用模块化设计，可构成多节，每节也可设计成不同长度，来适应不同工况需求。所述蛇形机器人由柔性丝驱动，机器人内部无动力装置，运动灵活，适应性强。

Claims (9)

1.一种蛇形机器人，其特征在于，包括驱动装置、万向节(1)、柔性丝(7)及蛇身单元(2)，其中多个蛇身单元(2)通过万向节(1)依次首尾相连，所述驱动装置设置于末端的蛇身单元(2)上，各节蛇身单元(2)均通过沿周向分布的三根柔性丝(7)与所述驱动装置连接，各柔性丝(7)依次穿过所连蛇身单元(2)与所述驱动装置之间的各节蛇身单元(2)，所述驱动装置用于控制各柔性丝(7)的长度，通过控制三根柔性丝(7)的长度来控制各节蛇身单元(2)的旋转角度。
2.根据权利要求1所述的蛇形机器人，其特征在于，所述万向节(1)包括销轴(6)、支撑环(8)及两个关节单元(4)，其中支撑环(8)设置于两个关节单元(4)之间，两个关节单元(4)通过销轴(6)与支撑环(8)铰接。
3.根据权利要求2所述的蛇形机器人，其特征在于，所述销轴(6)与支撑环(8)之间设有轴承(5)。
4.根据权利要求2所述的蛇形机器人，其特征在于，所述关节单元(4)上沿周向均布有多个用于引入柔性丝(7)的穿线孔。
5.根据权利要求2所述的蛇形机器人，其特征在于，所述销轴(6)上布置编码器(3)，所述编码器(3)用于反馈关节位置信息。
6.根据权利要求1所述的蛇形机器人，其特征在于，所述蛇身单元(2)为空心结构。
7.根据权利要求1-6任一项所述的蛇形机器人，其特征在于，所述驱动装置包括机壳(16)和安装在机壳(16)上的多组驱动单元，各组驱动单元分别与一根柔性丝(7)连接，所述驱动单元用于拉紧或放松与其连接的柔性丝(7)。
8.根据权利要求7所述的蛇形机器人，其特征在于，所述驱动单元包括电机(10)、滚珠丝杠(12)、导向轴(13)及柔性丝固定单元(14)，其中电机(10)安装在机壳(16)的外部，所述滚珠丝杠(12)和导向轴(13)相互平行的设置于机壳(16)的内部，所述滚珠丝杠(12)与电机(10)的输出轴连接、并通过电机(10)的驱动可转动，所述柔性丝固定单元(14)滑动连接在导向轴(13)上、并通过螺母与滚珠丝杠(12)传动连接，所述柔性丝固定单元(14)与一根柔性丝(7)连接。
9.根据权利要求8所述的蛇形机器人，其特征在于，所述柔性丝固定单元(14)上设有撞块(15)，所述撞块(15)起机械限位的作用。
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