CN112027068B - 仿生象鼻机构、航母舰载机用传感拦阻装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种仿生象鼻机构、航母舰载机用传感拦阻装置及其使用方法，该仿生象鼻机构包括外骨架机构、内收放驱动机构和作动机构；外骨架机构采用仿生象鼻结构具备灵活弯曲的能力，包括N个通过副折板组件依次铰接的关节件，每个关节件上分别开设一供内收放驱动机构穿过的通孔，通孔的孔壁上固定一个支撑件，每个支撑件与内收放驱动机构的对称轴铰链依次固连；内收放驱动机构包括对称且铰接的两组内收放驱动组件，两组内收放驱动组件尾端铰接，通过作动机构收放带动内收放驱动组件绕对称轴单元翻转并在张力作用下带动内收放驱带动外骨架机构实现内卷和展开。本发明中，通过单一作动机构实现拦阻装置收放，结构简单，可靠性高。

Description

仿生象鼻机构、航母舰载机用传感拦阻装置及其使用方法

技术领域

本发明属于仿生设备技术领域，尤其涉及一种仿生象鼻机构、航母舰载机用传感拦阻装置及其使用方法。

背景技术

仿生象鼻机器人是指能够模仿自然界中象鼻的外部形状、运动原理和行为方式，能够跟象鼻一样灵活工作的机器人，具有较高的运动灵活性。目前，仿生象鼻机器人多为采用气囊、绳索、人造肌肉或形状记忆合金等驱动形式实现的超冗余或连续型机器人。其中，多余的自由度可用来改善机器人的运动及动力学特性，如增加灵活性、躲避障碍、回避奇异、优化关节速度等，从而提高机器人的灵活性和柔韧性。

2011年,德国费斯托公司研制根据大象鼻子的特点设计出来的新型仿生机器处理系统，它可以平稳地搬运重负载,原理在于它的每一节椎骨可以通过气囊的压缩和充气进行扩展和收缩。仿生象鼻机器人可以在未知环境、危险环境下作业，能够提高人类操作的安全系数；在机械自动化生产中可以完成较为复杂高精度的操作提高生产效率，但是现有的仿生象鼻机器人结构比较复杂，价格较为昂贵。

发明内容

本发明的目的在于提供一种仿生象鼻机构、航母舰载机用传感拦阻装置及其使用方法，通过作动机构收放一驱动内收放驱动机构内外翻折，内收放驱动机构向外翻折以带动外骨架机构内卷、内收放驱动机构向内翻折以带动外骨架机构展开，结构简单。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种仿生象鼻机构，包括外骨架机构、内收放驱动机构和作动机构；

所述外骨架机构包括N个依次铰接的关节件，其中N为正整数且N＞1；每个所述关节件均包括一顶端折板和一尾端折板；沿顶端至所述尾端的方向，相邻所述关节件大小依次减小；

所述顶端折板和尾端折板之间铰接M个可收放的副折板组件，其中M为正整数且M＞1；沿顶端至所述尾端的方向，相邻所述关节件中的副折板组件的大小依次减小；同一关节件中的副折板组件结构相同；

所述顶端折板与一相邻关节件的副折板组件的尾端铰接；所述尾端折板与一相邻关节件的副折板组件的顶端铰接；

每个副折板组件中的所述顶端折板和尾端折板上分别开设一供所述内收放驱动机构穿过的通孔；所述副折板组件之间围成供所述内收放驱动机构穿过的通道；每个所述关节件的一所述通孔的孔壁上均固定一支撑件，沿顶端至尾端的方向，每个所述支撑件依次与内收放驱动机构的对称轴单元固连；

所述内收放驱动机构包括对称设置的两组内收放驱动组件，两组所述内收放驱动组件之间通过所述对称轴单元铰接；所述对称轴单元包括N个沿顶端至尾端的方向分布的对称轴；每组所述内收放驱动组件均包括N个由小到大依次铰接的四边形；两组内收放驱动组件的尾端铰接，沿顶端至所述尾端的方向，所述四边形依次减小；

所述作动机构位于所述外骨架机构的外侧，包括一U型架，所述U型架的两端均固定一作动装置，作动装置对称设置；所述作动装置固定于顶端所述关节件的顶端折板；一所述作动装置的输出端铰接于一组内收放驱动组件的第一个四边形，另一所述作动装置的输出端铰接于另一组内收放驱动组件的第一个四边形；一对所述第一个四边形形成所述内收放驱动机构的顶端；所述作动装置收放以带动所述内收放驱动组件绕对称轴单元翻转。

优选地，所述副折板组件包括首尾依次铰接的第一偏置折板、第二偏置折板、第三偏置折板、第四偏置折板、第五偏置折板及第六偏置折板；

所述第一偏置折板、第三偏置折板、第四偏置折板和第六偏置折板均为等腰直角三角形状；所述第二偏置折板和第五偏置折板均为等腰三角形；

所述第二偏置折板的一个相等边与所述第一偏置折板铰接，另一相等边与所述第三偏置折板铰接；所述第五偏置折板的一个相等边与所述第四偏置折板铰接，另一相等边与所述第六偏置折板铰接。

优选地，所述副折板组件的数量为3。

优选地，所述顶端折板和尾端折板的结构相同。

优选地，所述U型架包括一U型架本体，所述U型架本体的两端均固定一连接杆，每个所述连接杆上均固定一所述作动装置。

优选地，所述连接杆位于所述内收放驱动机构的外部。

一种航母舰载机用智能传感拦阻装置，包括所述的仿生象鼻机构，还包括包裹所述外骨架机构的智能传感蒙皮；所述智能传感蒙皮内设置感知挂锁位置的传感器。

一种航母舰载机用传感拦阻装置的使用方法，基于所述的航母舰载机用智能传感拦阻装置，包括：巡航状态、备降、着舰状态；

航母舰载机在巡航状态下，仿生象鼻机构以内卷方式收纳；

当仿生象鼻机构准备降落在航母上时，仿生象鼻机构展开至钩状；

着舰状态，仿生象鼻机构与拦阻索相挂后，控制单元通过传感器探测挂锁位置，之后控制单元根据挂锁位置调整仿生象鼻机的内卷角度，以防止掉锁。

与现有技术相比，本发明的优点为：

（1）仿生象鼻机构中，通过作动机构收放一驱动内收放驱动机构内外翻折，内收放驱动机构向外翻折以带动外骨架机构内卷、内收放驱动机构向内翻折以带动外骨架机构展开，结构简单。

（2）该航母舰载机用智能传感拦阻装置中，航母舰载机在常规巡航状态下，仿生象鼻机构以内卷方式收纳，尽可能的降低受阻面积，减少空气阻力；当仿生象鼻机构准备降落在航母上时，仿生象鼻机构展开至钩状；航母舰载机着舰仿生象鼻机构与拦阻索相挂后，控制单元通过蒙皮内设置的传感部件得到压力、速度等信号，从而探测挂锁位置，随后控制单元根据挂锁位置调整仿生象鼻机构的内卷角度，以防止掉锁。

附图说明

图1为本发明一实施例的仿生象鼻机构处于展开模式时，内收放驱动机构和作动机构的侧视图；

图2为图1中内收放驱动机构的轴侧图；

图3为本发明一实施例的仿生象鼻机构处于内卷模式时，内收放驱动机构的轴侧图；

图4为图1中作动机构的立体图；

图5为本发明一实施例的仿生象鼻机构处于展开模式时，外骨架机构的立体图；

图6为本发明一实施例的仿生象鼻机构处于内卷模式中，关节件的状态图；

图7为本发明一实施例的航母舰载机用智能传感拦阻装置的截面图；

图8为图7中航母舰载机着舰挂锁的示意图。

其中，1-外骨架机构，11-关节件，111-顶端折板，112-尾端折板，113-副折板组件，1131-第一偏置折板，1132-第二偏置折板，1133-第三偏置折板，1134-第四偏置折板，1135-第五偏置折板，1136-第六偏置折板，2-内收放驱动机构，21-内收放驱动组件，22-对称轴，3-作动机构，31-U型架本体，32-连接杆，33-作动装置，4-支撑件，5-智能传感蒙皮，6-仿生象鼻机构,7-航母舰载机，8-航母。

具体实施方式

下面将结合示意图对本发明进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。

如图1~7所示，一种仿生象鼻机构6，包括外骨架机构1、内收放驱动机构2和一作动机构3。其中，内收放驱动机构2安装于外骨架机构1中，作动机构3驱动内收放驱动机构2内外翻折。

如图5所示，外骨架机构1包括6（N=6）个依次铰接的关节件11；沿顶端至所述尾端的方向，关节件11中的副折板组件113依次减小；同一关节件11中的副折板组件113结构相同；顶端折板111与一相邻关节件的副折板组件的尾端铰接；尾端折板112与一相邻关节件11的副折板组件113的顶端铰接。即每一个关节件11的顶端折板111、尾端折板112均和相邻的两个关节件共用。

其中，外骨架机构1的第一个关节件（位于顶端的关节件）的上端一部分伸出内收放驱动机构2。即第一个关节件上安装作动机构3，该作动机构3固定在外骨架机构1的第一个关节件的顶端折板111上。

在本实施例中，外骨架机构1、内驱动收放机构的顶端和尾端的定义相同。其中，外骨架机构1的顶端是指第一个关节件，该第一个关节件中的四边形最大。内驱动收放机构的顶端是指第一对对称设置的四边形，该四边形的面积最大。

如图6所示，以其中一个关节件11为例对关节件11的结构进行说明。该关节件11的顶端折板111和尾端折板112之间铰接3（M=3）个可收放的副折板组件113。每个副折板组件113中，顶端折板111和尾端折板112上分别开设一供内收放驱动机构2穿过的通孔；副折板组件113之间围成供内收放驱动机构2穿过的通道；每个关节件11的顶端折板111处的通孔的孔壁上均固定一支撑件4，每个支撑件4均与内收放驱动机构2的一根对称轴22铰接，各个关节件11所铰接的对称轴22不同。即沿顶端至尾端的方向，每个支撑件4依次与内收放驱动机构2的对称轴单元固连；即一个关节件11内放置一对处于同一高度（对称设置的一对）的四边形。具体的，一个支撑件4对应一个对称轴单元中的对称轴22。

在本实施例以外的其他实施例中，关于支撑件4的设置，每个关节件11的顶端折板111、尾端折板112处的通孔的孔壁上也可均固定一支撑件4。同一关节件11中的2个通孔上的支撑件4，铰接于同一根对称轴22。也即，即一个关节件11内放置一个四边形。

如图1~3所示，内收放驱动机构2包括对称设置的两组内收放驱动组件21，两组内收放驱动组件21之间通过对称轴单元铰接；对称轴单元包括6个沿顶端至尾端的方向分布的对称轴22；每组内收放驱动组件21均包括6个由小到大依次铰接的四边形；沿顶端至尾端的方向，四边形依次减小。两组内收放驱动组件21的尾端之间铰接。具体的，两组内收放驱动组件21的尾端处的2个四边形之间相互铰接，具体的，最后一对四边形，与相邻的一对四边形之间用于铰接的一对铰接轴，该一对铰接轴之间设置铰接构件，如合页，以实现两组内收放驱动组件21的尾端之间铰接。当该内收放驱动机构2内卷时，该尾端一对四边形带动整个内收放驱动机构2实现弯曲。其中，内收放驱动机构2的两组内收放驱动组件21可沿对称轴单元将内翻转至0°夹角，此时内收放驱动机构2的侧视图如象鼻展开形状，如图1所示。

作动机构3位于外骨架机构1的外侧，包括一U型架，U型架的两端均固定一作动装置33，作动装置33对称设置；作动装置33固定于形成顶端的关节件11（第一个关节件）中的顶端折板111；第一个关节件形成外骨架机构1的顶端；一作动装置33的输出端铰接于一组内收放驱动组件21的第一个四边形，另一作动装置33的输出端铰接于另一组内收放驱动组件21的第一个四边形；一对对称设置的第一个四边形形成内收放驱动机构2的顶端。如图1和图4所示， U型架包括一U型架本体31，U型架本体31的两端均固定一连接杆32，每个连接杆32上均固定一作动装置33；连接杆32位于内收放驱动机构2的外部。即作动装置33铰接于第一对四边形的外侧面。作动装置33收放以带动内收放驱动组件21绕对称轴单元翻转。在本实施例中，作动装置33的收工序是指作动缩回；作动装置33的放工序是指作动伸出。在本实施例中，作动装置33为一气缸。

优选地，作动机构3的对称平面与内收放驱动机构2的对称平面重合。

如图6所示，副折板组件113包括首尾依次铰接且沿逆时针方向分布的第一偏置折板1131、第二偏置折板1132、第三偏置折板1133、第四偏置折板1134、第五偏置折板1135及第六偏置折板1136。

第一偏置折板1131、第三偏置折板1133、第四偏置折板1134和第六偏置折板1136均为等腰直角三角形状；第二偏置折板1132和第五偏置折板1135均为等腰三角形；第二偏置折板1132的一个相等边与第一偏置折板1131铰接，另一相等边与第三偏置折板1133铰接；第五偏置折板1135的一个相等边与第四偏置折板1134铰接，另一相等边与第六偏置折板1136铰接。优选地，顶端折板111和尾端折板112的结构相同且均为一六边形。每个关节件11的顶端折板111底部、每个关节件11的尾端折板112顶部不相连的三条边上设置均设有铰链，顶端折板111底部的铰链与第二偏置折板1132铰接，每个关节件11的尾端折板112顶部的铰链与第五偏置折板1135连接。

如图8所示，在航空领域，航母舰载机7按照既定方式进场后，拦阻钩作为连接航母舰载机与道面的部件，会将碰撞接触力、拦阻力传递到机身上，从而强制航母舰载机迅速减速，因此拦阻技术的关键是拦阻钩能否挂住拦阻索。此外，航母舰载机7着舰时，即使成功挂锁，由于碰撞反弹的作用，拦阻钩可能会因为快速的撞击反转导致拦阻索脱钩，同时拦阻钩挂住甲板悬索之后，使得悬索发生较大的应变动载，此时，拦阻钩必将绕机身铰接点快速地上转，舰载机在偏航着舰时，拦阻钩不仅会发生上转运动，还会绕机身铰接点发生横向摆动，舰载机拦阻钩的碰撞反弹关系到舰载机能否拦阻成功，目前研究人员在对拦阻钩与道面的碰撞过程研究中还不够透彻，因此对低事故率、高可靠性的航母舰载机阻拦装置的研究是十分必要的。因此，鉴于仿生象鼻机器人的灵活性和舰载机阻拦装置的脱钩现象，如何将仿生象鼻机器人应用至舰载机阻拦装置，是现有技术中亟需解决的问题。

因此，本实施例还提出了一种航母舰载机用智能传感拦阻装置，包括上述仿生象鼻机构，还包括包裹外骨架机构1的智能传感蒙皮5，如图7所示；仿生象鼻机构6安装在航母舰载机的尾端；智能传感蒙皮5内设置感知挂锁位置的传感器，可取得与仿生象鼻机构同样的效果。

该航母舰载机用智能传感拦阻装置分为三个工作状态：巡航状态、备降、着舰状态。

航母舰载机7在常规巡航状态下，仿生象鼻机构6以内卷方式收纳，如图2~3所示尽可能的降低受阻面积，减少空气阻力；仿生象鼻机构准备降落在航母8上时，仿生象鼻机构6展开至钩状，如图1所示；当航母舰载机着舰进入着舰状态，仿生象鼻机构与拦阻索（图7中未示出）相挂后，控制单元通过智能传感部件探测挂锁位置，控制单元根据挂锁位置调整仿生象鼻机构6的内卷角度，以防止掉锁。

上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种仿生象鼻机构，其特征在于，包括外骨架机构、内收放驱动机构和作动机构；

所述外骨架机构包括N个依次铰接的关节件，其中N为正整数且N＞1；每个所述关节件均包括一顶端折板和一尾端折板；沿顶端至所述尾端的方向，相邻所述关节件大小依次减小；

所述顶端折板和尾端折板之间铰接M个可收放的副折板组件，其中M为正整数且M＞1；沿顶端至所述尾端的方向，相邻所述关节件中的副折板组件的大小依次减小；同一关节件中的副折板组件结构相同；

所述顶端折板与一相邻关节件的副折板组件的尾端铰接；所述尾端折板与一相邻关节件的副折板组件的顶端铰接；

每个副折板组件中的所述顶端折板和尾端折板上分别开设一供所述内收放驱动机构穿过的通孔；所述副折板组件之间围成供所述内收放驱动机构穿过的通道；每个所述关节件的一所述通孔的孔壁上均固定一支撑件，沿顶端至尾端的方向，每个所述支撑件依次与内收放驱动机构的对称轴单元固连；

所述内收放驱动机构包括对称设置的两组内收放驱动组件，两组所述内收放驱动组件之间通过所述对称轴单元铰接；所述对称轴单元包括N个沿顶端至尾端的方向分布的对称轴；每组所述内收放驱动组件均包括N个由小到大依次铰接的四边形；两组内收放驱动组件的尾端铰接，沿顶端至所述尾端的方向，所述四边形依次减小；

所述作动机构位于所述外骨架机构的外侧，包括一U型架，所述U型架的两端均固定一作动装置，作动装置对称设置；所述作动装置固定于顶端所述关节件的顶端折板； 一所述作动装置的输出端铰接于一组内收放驱动组件的第一个四边形，另一所述作动装置的输出端铰接于另一组内收放驱动组件的第一个四边形；一对所述第一个四边形形成所述内收放驱动机构的顶端；所述作动装置收放以带动所述内收放驱动组件绕对称轴单元翻转。

2.根据权利要求1所述的仿生象鼻机构，其特征在于，所述副折板组件包括首尾依次铰接的第一偏置折板、第二偏置折板、第三偏置折板、第四偏置折板、第五偏置折板及第六偏置折板；

所述第一偏置折板、第三偏置折板、第四偏置折板和第六偏置折板均为等腰直角三角形状；所述第二偏置折板和第五偏置折板均为等腰三角形；

所述第二偏置折板的一个相等边与所述第一偏置折板铰接，另一相等边与所述第三偏置折板铰接；所述第五偏置折板的一个相等边与所述第四偏置折板铰接，另一相等边与所述第六偏置折板铰接。

3.根据权利要求2所述的仿生象鼻机构，其特征在于，所述副折板组件的数量为3。

4.根据权利要求1所述的仿生象鼻机构，其特征在于，所述U型架包括一U型架本体，所述U型架本体的两端均固定一连接杆，每个所述连接杆上均固定一所述作动装置。

5.根据权利要求4所述的仿生象鼻机构，其特征在于，所述连接杆位于所述内收放驱动机构的外部。

6.一种航母舰载机用智能传感拦阻装置，包括权利要求1~5之任一项所述的仿生象鼻机构，其特征在于，还包括包裹所述外骨架机构的智能传感蒙皮；所述智能传感蒙皮内设置感知挂锁位置的传感器。

7.一种航母舰载机用传感拦阻装置的使用方法，基于权利要求6所述的航母舰载机用智能传感拦阻装置，其特征在于，包括：巡航状态、备降、着舰状态；

航母舰载机在巡航状态下，仿生象鼻机构以内卷方式收纳；

当仿生象鼻机构准备降落在航母上时，仿生象鼻机构展开至钩状；

着舰状态，仿生象鼻机构与拦阻索相挂后，控制单元通过传感器探测挂锁位置，之后控制单元根据挂锁位置调整仿生象鼻机的内卷角度，以防止掉锁。

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