CN107932491A - 多自由度运动的连续型机器人 - Google Patents

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潘俊峰
王化明
王仕存
荣家辉
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    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/06—Programme-controlled manipulators characterised by multi-articulated arms
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/10—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements
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Abstract

本发明公开了多自由度运动的连续型机器人，涉及机器人领域能够控制机器人末端执行机构，并且机器人的运动关节结构简单。本发明包括：控制箱、若干个连续关节、旋转关节连接管、执行机构和驱动绳；连续关节通过旋转关节连接管连接，连续关节由若干个关节模块串联组成，串联的连续关节的前端连接在控制箱上，末端固定执行机构；关节模块设置通孔，驱动绳一端固定在连续关节的末端，穿过通孔贯穿连续关节，另一端连接控制箱，控制箱收缩或者释放驱动绳；关节模块的截面形状为圆形，连续关节前端的关节模块，能够沿周向转动。本发明机器人的关节结构由多个关节圆盘和关节固定板搭接组成，结构简单，便于维修或者维护。

Description

多自由度运动的连续型机器人
技术领域
本发明涉及机器人领域，尤其涉及多自由度运动的连续型机器人。
背景技术
相比传统的工业机器人等离散型机器人,连续型机器人因其优良的弯曲性能受到了国内外广大学者的关注。连续机器人是由大象鼻子、章鱼触手等这类生物结构启发而设计的。这类机器人可以灵活绕过障碍物、穿过狭窄孔洞，故非常适合非结构化环境使用。在航空航天、核电、城市救险等领域有巨大的应用前景。
然而,现有技术中,连续型机器人运动关节结构复杂,制作成本高,并且关节的设计并不利于机器人末端摄像头或者是手爪的位姿控制。
发明内容
本发明提供了多自由度运动的连续型机器人，能够控制机器人末端执行机构，并且机器人的运动关节结构简单。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
多自由度运动的连续型机器人，包括：控制箱（1）、若干个连续关节、旋转关节连接管（5）、执行机构和驱动绳。
连续关节通过旋转关节连接管（5）连接，
连续关节由若干个关节模块串联组成，串联的连续关节的前端连接在控制箱（1）上，末端固定执行机构；
关节模块设置通孔，驱动绳一端固定在连续关节的末端，穿过通孔贯穿连续关节，另一端连接控制箱（1），控制箱（1）收缩或者释放驱动绳；
关节模块的截面形状为圆形，
连续关节前端的关节模块，能够沿周向转动。
进一步的，关节模块包括关节圆盘（3）、关节固定板（2），关节圆盘（3）沿周向每90°开设槽口。
进一步的，关节固定板（2）上下两端宽度不同，下端宽度和槽口长度相同，上端宽度小于槽口的长度。
进一步的，关节固定板（2）的下端固定安装于关节圆盘（3）的槽口中，上端插入相邻关节圆盘（3）的槽口中，并通过螺钉（4）连接。
进一步的，关节圆盘（3）在间隔180°的两个槽口中安装关节固定板（2）的下端，关节固定板（2）的上端所连接的关节圆盘（3），在和关节固定板（2）间隔90°的槽口中安装关节固定板（2）的下端。
进一步的，关节圆盘（3）在同一圆周上设置通孔，驱动绳通过通孔贯穿连接同一连续关节的所有关节圆盘（3）。
进一步的，关节圆盘（3）中心设置中心通孔，旋转关节连接管（5）为空心管结构，一端设置外径大于中心通孔外径的圆台，旋转关节连接管（5）没有设置圆台的一端穿过连续关节首端的关节圆盘（3），并在关节圆盘（3）下方设置连接管固定器（6），旋转关节连接管（5）和相邻的连续关节末端的关节圆盘（3）上的中心通孔紧固连接。
进一步的，关节圆盘（3）沿周向每90°开设通孔，两条旋转驱动绳固定在连续关节首端的关节圆盘（3）上，旋转驱动绳分别穿过相邻连续关节末端关节圆盘（3）上间隔180°的通孔，并连接控制箱（1）。
进一步的，执行机构包括摄像机或者机械手。
本发明的有益效果是：本发明由若干个连续关节串联组成，通过驱动绳贯穿整个连续关节，使得连续关节具有弯曲、偏转的自由度；连续关节首端的关节圆盘具有绕自身轴线旋转的自由度；因此每个连续关节具有弯曲、偏转、旋转3个自由度，由于机器人由N个连续关节串联组成，机器人具有3N个自由度，活动灵活，能够实现多种位置姿态；本发明机器人的关节结构由多个关节圆盘和关节固定板搭接组成，结构简单。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本发明实施例的结构示意图；
图2是关节圆盘的主视图和左视图；
图3是单个关节圆盘与关节固定板的连接示意图；
图4是4个关节圆盘之间的连接示意图；
图5是旋转关节的连接示意图；
图6是关节固定板的结构示意图；
图7是旋转关节连接管的剖视图；
图8是连接管固定器的剖视图；
图9是控制箱内部的结构示意图;
图10是旋转关节的剖视图。
其中，1-控制箱、2-关节固定板、3-关节圆盘、4-螺钉、5-旋转关节连接管、6-连接管固定器、7-摄像头。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
本发明实施例提供了多自由度运动的连续型机器人，如图1所示，包括：控制箱1、若干个连续关节、执行机构、驱动绳。控制箱1连接串联连续关节的首端，连续关节的末端固定安装执行机构，驱动绳一端固定在连续关节的末端，贯穿串联连续关节，最终收入控制箱1。
连续关节包括关节圆盘3、关节固定板2、旋转关节连接管5、连接管固定器6。关节圆盘3沿周向每90°开设槽口，关节固定板2的下端宽度和槽口长度相同，固定在槽口中，如图3所示。关节固定板2上端有圆孔，如图6所示，插入相邻关节圆盘3的槽口中，通过螺钉4连接，关节固定板2相对于关节圆盘3可以转动。若干个关节圆盘3和关节固定板2串联，构成连续关节。
连续关节的首端和末端、连接管固定器5，旋转关节连接管5共同组成旋转关节，如图10所示。关节圆盘3中心设置中心通孔。旋转关节连接管5为空心管结构，一端设置外径大于中心通孔外径的圆台，旋转关节连接管5没有设置圆台的一端穿过连续关节首端的关节圆盘3，并在关节圆盘3下方设置连接管固定器6，旋转关节连接管5的剖视图如图7所示，连接管固定器6的剖视图如图8所示。旋转关节连接管5和相邻的连续关节末端的关节圆盘3上的中心通孔通过螺纹紧固连接。
关节圆盘3在间隔180°的两个槽口中安装关节固定板2的下端，关节固定板2的上端所连接的关节圆盘3，在和关节固定板2间隔90°的槽口中安装关节固定板2的下端。
关节圆盘3沿着同一圆周均匀设置8个通孔，沿着直径较小的另一圆周均匀设置4个通孔，如图2所示。连续关节末端的关节圆盘3，在较大直径圆周上选择4个间隔90°的通孔，通过通孔固定驱动绳。驱动绳穿过相邻关节圆盘3同一圆周上的另外4个通孔，以此类推依次串联，如图4所示，直到驱动绳贯穿整个连续关节，驱动绳的另一端收入控制箱1，由控制箱1收紧或者释放驱动绳，从而控制连续关节的弯曲和偏转。
连续关节首端的关节圆盘3上固定两条旋转驱动绳，旋转驱动绳两个端点固定于同一端点，位于关节圆盘3较小圆周上的同一个通孔。旋转驱动绳分别穿过相邻连续关节末端关节圆盘3在较小圆周上的通孔，这两个通孔间隔180°，如图5所示。旋转驱动绳最终收入控制箱1，由控制箱1内的绕线轮连接电机，通过电机收紧或者释放旋转驱动绳，如图9所示，从而控制连续关节首端的关节圆盘3沿周向旋转。
本实施例的执行机构为摄像头7，摄像头7固定安装在串联的连续关节的末端，摄像头7的数据线、电源线等收入关节圆盘3的中心通孔，贯穿整个连续关节。
本发明的有益效果是：本发明由若干个连续关节串联组成，通过驱动绳贯穿整个连续关节，使得连续关节具有弯曲、偏转的自由度；连续关节首端的关节圆盘具有绕自身轴线旋转的自由度；因此每个连续关节具有弯曲、偏转、旋转3个自由度，由于机器人由N个连续关节串联组成，机器人具有3N个自由度，活动灵活，能够实现多种位置姿态；本发明机器人的关节结构由多个关节圆盘和关节固定板搭接组成，结构简单，便于维修或者维护。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.多自由度运动的连续型机器人，其特征在于，包括：控制箱（1）、若干个连续关节、旋转关节连接管（5）、执行机构和驱动绳，
所述连续关节通过旋转关节连接管（5）连接，
所述连续关节由若干个关节模块串联组成，串联的所述连续关节的前端连接在控制箱（1）上，末端固定所述执行机构；
所述关节模块设置通孔，所述驱动绳一端固定在所述连续关节的末端，穿过所述通孔贯穿所述连续关节，另一端连接控制箱（1），控制箱（1）收缩或者释放所述驱动绳；
所述关节模块的截面形状为圆形，
所述连续关节前端的所述关节模块，能够沿周向转动。
2.根据权利要求1所述的多自由度运动的连续型机器人，其特征在于，所述关节模块包括关节圆盘（3）、关节固定板（2），所述关节圆盘（3）沿周向每90°开设槽口。
3.根据权利要求2所述的多自由度运动的连续型机器人，其特征在于，关节固定板（2）上下两端宽度不同，下端宽度和所述槽口长度相同，上端宽度小于所述槽口的长度。
4.根据权利要求3所述的多自由度运动的连续型机器人，其特征在于，关节固定板（2）的下端固定安装于关节圆盘（3）的所述槽口中，上端插入相邻关节圆盘（3）的所述槽口中，并通过螺钉（4）连接。
5.根据权利要求4所述的多自由度运动的连续型机器人，其特征在于，关节圆盘（3）在间隔180°的两个所述槽口中安装关节固定板（2）的下端，关节固定板（2）的上端所连接的关节圆盘（3），在和关节固定板（2）间隔90°的所述槽口中安装关节固定板（2）的下端。
6.根据权利要求2所述的多自由度运动的连续型机器人，其特征在于，关节圆盘（3）在同一圆周上设置通孔，所述驱动绳通过所述通孔贯穿连接同一所述连续关节的所有关节圆盘（3）。
7.根据权利要求1所述的多自由度运动的连续型机器人，其特征在于，关节圆盘（3）中心设置中心通孔，旋转关节连接管（5）为空心管结构，一端设置外径大于所述中心通孔外径的圆台，旋转关节连接管（5）没有设置圆台的一端穿过所述连续关节首端的关节圆盘（3），并在关节圆盘（3）下方设置连接管固定器（6），所述旋转关节连接管（5）和相邻的所述连续关节末端的关节圆盘（3）上的所述中心通孔紧固连接。
8.根据权利要求1所述的多自由度运动的连续型机器人，其特征在于，关节圆盘（3）沿周向每90°开设通孔，两条旋转驱动绳固定在所述连续关节首端的关节圆盘（3）上，所述旋转驱动绳分别穿过相邻所述连续关节末端关节圆盘（3）上间隔180°的所述通孔，并连接控制箱（1）。
9.根据权利要求1所述的多自由度运动的连续型机器人，其特征在于，所述执行机构包括摄像机或者机械手。
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