CN117021157A - 一种象鼻机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种象鼻机器人，涉及机器人技术领域，包括机座和象鼻主体，象鼻主体的一端连接机座，另一端连接执行机构；象鼻主体包括具有弯曲自恢复功能的主梁和若干隔板，若干隔板沿象鼻主体的延伸方向同轴间隔设置且直径依次减小；相邻隔板之间沿周向均匀分布有若干气动弹簧；主梁同轴贯穿贯穿若干隔板并与若干隔板相连接；本发明采用气动弹簧作为动作关节弯曲的执行元件，其结构简单，重量轻耐侯性好，组合更换方便，制造成本更低，可大批量制造；本发明在自然状态下，主梁用于位置象鼻主体的形状，工作过程中，主梁用于限制动作关节的弯曲角度，避免关节过度弯曲影响其使用寿命。

Description

一种象鼻机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，特别是涉及一种象鼻机器人。

背景技术

机械臂是机器人的一种结构形式。传统的机械臂均为刚性连杆组成，通常具有串联、并联或串并混联三种结构。这类机械臂的特点是具有离散关节和刚性连接。还有一类是基于章鱼臂、象鼻等生物器官仿生的连续体机械臂。由于连续体机械臂可在任意部位产生柔性变形，所以具有很强的避障能力，能够更好的适应非结构环境，更好的抓取不规则物体。这类机械臂既可以像传统机械臂那样在末端装上夹持装置抓取物体，也可以利用机械臂本身卷起物体。从这类机械臂的结构上看，其功能强大，具有良好的柔顺性和适应性。

传统的基于象鼻器官仿生的机械臂，例如申请号为“201210514688.6”，名称为“一种仿生象鼻机器人”的发明专利中包括机架、象鼻外罩、象鼻机构和操作手爪，象鼻机构包括多个关节单元，且各关节单元串接在一起，象鼻机构的一端与机架悬挂连接，其另一端与操作手爪连接，象鼻外罩包在象鼻机构的外部。关节单元包括上平台、下平台、电机和电动缸。通过电动缸的伸缩改变上平台和下平台的倾斜角度，进而使仿生象鼻机器人实现伸缩、蜿蜒、蠕动和侧摆等动作。

但是每个关节用多个电动缸和电机，造价较高，而且导致关节单元自重较大，耗能也比较高。

发明内容

本发明的目的是提供一种象鼻机器人，以解决现有技术存在的问题，结构简单，重量轻耐侯性好，组合更换方便，制造成本更低，并且通过设置主梁有利于保持其结构的稳定性。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种象鼻机器人，包括机座和象鼻主体，所述象鼻主体的一端连接所述机座，另一端连接执行机构；所述象鼻主体包括具有弯曲自恢复功能的主梁和若干隔板，若干所述隔板沿所述象鼻主体的延伸方向同轴间隔设置且直径依次减小；相邻所述隔板之间沿周向均匀分布有若干气动弹簧；所述主梁同轴贯穿贯穿若干所述隔板并与若干所述隔板相连接。

优选的，所述主梁内部具有空腔，所述空腔中设置有用于电连接所述机座和所述执行机构的导线。

优选的，所述主梁包括耐压橡胶管，所述耐压橡胶管的侧壁与所述隔板相连接，所述导线设置在所述耐压橡胶管中。

优选的，相邻所述隔板之间的所述气动弹簧设置有三个。

优选的，相邻所述隔板之间还连接有若干连接绳，若干所述连接绳均与所述圆台状的侧面平行；沿所述隔板的周向，若干所述连接绳的端部均匀间隔固定在所述隔板上；所述连接绳的长度不大于所述气动弹簧达到额定压力值时，相邻两所述隔板在所述圆台状侧面方向上的间隔。

优选的，所述隔板的边缘均匀设置有若干通孔，所述通孔内穿设有螺栓，所述螺栓上安装有螺母，所述螺栓上的螺帽和所述螺母分别位于所述隔板的两侧；所述象鼻主体上沿其周向均匀设置有若干条拉绳，所述拉绳的两端部分别固定在端部两所述隔板中的所述螺栓上，；所述拉绳的中部在所述螺栓的两端部绕结呈分布在所述隔板两侧的环状结构，两所述环状结构分别通过所述螺母、所述螺帽压紧固定。

优选的，所述拉绳为外侧包裹有PU层的钢丝绳，所述钢丝绳的直径为2mm～5mm。

优选的，若干所述隔板上均设置有若干穿线孔，所述穿线孔内设置有供气主管，所述供气主管连接有若干供气支管，所述供气支管通过控制阀组与所述气动弹簧连通。

优选的，所述控制阀组包括气控减压阀和气控自锁阀。

优选的，所述供气主管的数量与相邻所述隔板之间的所述气动弹簧的数量相等；所述象鼻本体外部设置有防护罩。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

1、本发明采用气动弹簧作为动作关节弯曲的执行元件，其结构简单，重量轻耐侯性好，组合更换方便，制造成本更低，可大批量制造；由于气动弹簧采用压缩气体作为动力来源，其弯曲过程平滑无噪音，运行过程更加节能；

2、本发明中象鼻本体的前端受力小，末端受力大，因此末端的隔板由前端至末端直径逐渐增大，相邻两隔板之间的气动弹簧的规格也逐渐增大；大规格的气动弹簧具有更大的推力，可以满足受力要求，也更符合仿生原理；

3、本发明中主梁具有一定刚度，其最大弯曲角度小于象鼻主体朝向一个方向能够弯曲的最大角度；在自然状态下，主梁用于位置象鼻主体的形状，工作过程中，主梁用于限制动作关节的弯曲角度，避免关节过度弯曲影响其使用寿命；

4、本发明中拉绳的主要作用有二：其一，便于维持防护罩的形状；其二，可以对动作关节的弯曲角度进行进一步限制，避免动作关节弯曲过度，保证动作关节工作的稳定。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明中象鼻机器人的整体结构示意图；

图2为象鼻主体的内部结构示意图；

图3为动作关节的弯曲结构示意图；

图4为动作关节的俯视图；

其中，1、机座；2、防护罩；3、抓手；4、主梁；5、隔板；6、气动弹簧；7、拉绳；8、螺栓；9、穿线孔；10、进气孔；11、螺栓固定孔。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种象鼻机器人，以解决现有技术存在的问题，结构简单，重量轻耐侯性好，组合更换方便，制造成本更低，并且通过设置主梁有利于保持其结构的稳定性。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1～图4所示，本实施例提供一种象鼻机器人，包括机座1和象鼻主体，象鼻本体外部设置有防护罩2，防护罩2可以选择蒙皮。象鼻主体的一端连接机座1，另一端连接执行机构，执行机构可以是抓手3或者具有其他功能的作业机构。象鼻主体包括具有弯曲自恢复功能的主梁4和若干隔板5，两相邻隔板5与其之间的组件可看做是一个动作关节。若干隔板5沿象鼻主体的延伸方向同轴间隔设置且直径依次减小，使得象鼻主体在自然状态下呈圆台状。相邻隔板5之间沿周向均匀分布有若干气动弹簧6，气动弹簧6与供气机构连接。隔板5的中心位置设置有圆孔，主梁4依次穿过各个圆孔与若干隔板5相连接。

使用时，供气机构对两隔板5之间的一个或多个气动弹簧6进行充气，充气后的气动弹簧6伸长，隔板5则向未充气的气动弹簧6一侧翻转，即一个动作关节进行弯曲。控制多个动作关节中的一个或多个气动弹簧6充气，则可以使象鼻本体弯曲成所需形状。对充气的气动弹簧6放气后，结合主梁4的复位作用，象鼻主体回复至自然状态。

本实施例采用气动弹簧6作为动作关节弯曲的执行元件，气动弹簧6通常由橡胶、尼龙网格布和金属封头组成，金属封头上开设有进气孔10和螺栓固定孔11，其结构简单，重量轻耐侯性好，组合更换方便，制造成本更低，可大批量制造。由于气动弹簧6采用压缩气体作为动力来源，其弯曲过程平滑无噪音，运行过程更加节能。同时，本实施例中象鼻本体的前端受力小，因此位于前端的隔板5直径最小；象鼻本体的末端受力大，因此末端的隔板5直径最大，相邻两隔板5之间的气动弹簧6的规格由前端至末端也逐渐增大。大规格的气动弹簧6具有更大的推力，可以满足受力要求，也更符合仿生原理。

本实施例中主梁4具有一定刚度，其最大弯曲角度小于象鼻主体朝向一个方向(即象鼻主体中同一侧的气动弹簧6充气，另一侧的气动弹簧6不充气)能够弯曲的最大角度。在自然状态下，主梁4用于位置象鼻主体的形状，工作过程中，主梁4用于限制动作关节的弯曲角度，避免关节过度弯曲影响其使用寿命。

进一步的，本实施例中的主梁4为耐压橡胶管，耐压橡胶管的内部空腔，空腔中设置有用于电连接机座1中控制模块和执行机构的导线。本实施例中耐压橡胶管中的“耐压”指的是主梁4在外部挤压力作用下不易产生径向变形。由于，本实施例中主梁4位于若干气动弹簧6的中部，气动弹簧6在充气膨胀时，气动弹簧6的侧壁可能会对主梁4进行挤压，导致主梁4在径向方向上产生明显变形，进而挤压内部的导线，当主梁4弯曲时，被挤压的导线存在被拉断的风险。本实施例中将主梁4设置在耐压橡胶管则可以良好地避免这一问题的发生。

进一步的，本实施例中相邻隔板5之间的气动弹簧6设置有三个。

进一步的，本实施例中相邻隔板5之间还连接有若干连接绳，若干连接绳均与圆台状的侧面平行，端部连接在隔板5的边缘上。连接绳的长度不大于气动弹簧6达到额定压力值时，相邻两隔板5在圆台状侧面方向上的间隔。

上述的连接绳为间断设置的，即相邻立隔板5之间设置有连接绳。为了便于连接绳进行设置，本实施例中隔板5的边缘均匀设置有若干通孔，通孔内穿设有螺栓8，螺栓8上安装有螺母，螺栓8上的螺帽和螺母分别位于隔板5的两侧。象鼻主体上沿其周向均匀设置有若干条拉绳7，拉绳7的长度大于象鼻本体的斜面长度。拉绳7的两端部分别固定在端部两隔板5中的螺栓8上；拉绳7的中部在螺栓8的两端部绕结呈分布在隔板5两侧的环状结构，两环状结构分别通过螺母、螺帽压紧固定。在设置拉绳7时，拉绳7的中部先分别绕在中间隔板5的螺栓8上，位于隔板5上侧的拉绳7向上延伸，将螺栓8逐一缠绕，位于隔板5下侧的拉绳7向下延伸，将螺栓8逐一缠绕。然后将所有气动弹簧6充气至额定压力值，相邻两隔板5之间均达到最大距离。此时，将隔板5上的螺母拧紧，由于拉绳7缠绕在螺栓8上后，螺帽与隔板5之间、螺母与隔板5之间均由缠绕的拉绳7部分。将螺母拧紧后，螺母、螺帽分别将拉绳7的缠绕部分压紧，在锁紧螺母时，自中部向两侧对隔板5上的螺母紧固，最后将拉绳7的两端部固定即可，可以达到快速设置拉绳7的目的。自然状态下，拉绳7处于弯曲状态。

拉绳7的主要作用有二：其一，便于维持防护罩2的形状；其二，可以对动作关节的弯曲角度进行进一步限制，避免动作关节弯曲过度，保证动作关节工作的稳定。

具体的，本实施例中拉绳7为外侧包裹有PU层的钢丝绳，钢丝绳的直径为2mm～5mm。

进一步的，本实施例中若干隔板5上均设置有若干穿线孔9，穿线孔9内设置有供气主管，供气主管与气泵连通。供气主管连接有若干供气支管，供气支管通过控制阀组与气动弹簧6连通。控制阀组包括气控精密减压阀和气控自锁阀。需要说明的是，本实施例各个动作关节中对应位置的气动弹簧6共用一根供气主管，供气支管、气控精密减压阀和气控自锁阀位于相邻两隔板5之间。气控精密减压阀和气控自锁阀的结构和功能均为本领域技术人员公知的，本实施例不进行赘述。

进一步的，本实施例中供气主管的数量与相邻隔板5之间的气动弹簧6的数量相等，也设置有三根。

根据实际需求而进行的适应性改变均在本发明的保护范围内。

需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (10)

1.一种象鼻机器人，其特征在于，包括机座和象鼻主体，所述象鼻主体的一端连接所述机座，另一端连接执行机构；所述象鼻主体包括具有弯曲自恢复功能的主梁和若干隔板，若干所述隔板沿所述象鼻主体的延伸方向同轴间隔设置且直径依次减小；相邻所述隔板之间沿周向均匀分布有若干气动弹簧；所述主梁同轴贯穿贯穿若干所述隔板并与若干所述隔板相连接。

2.根据权利要求1所述的象鼻机器人，其特征在于，所述主梁内部具有空腔，所述空腔中设置有用于电连接所述机座和所述执行机构的导线。

3.根据权利要求2所述的象鼻机器人，其特征在于，所述主梁包括耐压橡胶管，所述耐压橡胶管的侧壁与所述隔板相连接，所述导线设置在所述耐压橡胶管中。

4.根据权利要求1所述的象鼻机器人，其特征在于，相邻所述隔板之间的所述气动弹簧设置有三个。

5.根据权利要求1所述的象鼻机器人，其特征在于，相邻所述隔板之间还连接有若干连接绳，若干所述连接绳均与所述圆台状的侧面平行；沿所述隔板的周向，若干所述连接绳的端部均匀间隔固定在所述隔板上；所述连接绳的长度不大于所述气动弹簧达到额定压力值时，相邻两所述隔板在所述圆台状侧面方向上的间隔。

6.根据权利要求5所述的象鼻机器人，其特征在于，所述隔板的边缘均匀设置有若干通孔，所述通孔内穿设有螺栓，所述螺栓上安装有螺母，所述螺栓上的螺帽和所述螺母分别位于所述隔板的两侧；所述象鼻主体上沿其周向均匀设置有若干条拉绳，所述拉绳的两端部分别固定在端部两所述隔板中的所述螺栓上，；所述拉绳的中部在所述螺栓的两端部绕结呈分布在所述隔板两侧的环状结构，两所述环状结构分别通过所述螺母、所述螺帽压紧固定。

7.根据权利要求6所述的象鼻机器人，其特征在于，所述拉绳为外侧包裹有PU层的钢丝绳，所述钢丝绳的直径为2mm～5mm。

8.根据权利要求1～7任意一项所述的象鼻机器人，其特征在于，若干所述隔板上均设置有若干穿线孔，所述穿线孔内设置有供气主管，所述供气主管连接有若干供气支管，所述供气支管通过控制阀组与所述气动弹簧连通。

9.根据权利要求8所述的象鼻机器人，其特征在于，所述控制阀组包括气控减压阀和气控自锁阀。

10.根据权利要求8所述的象鼻机器人，其特征在于，所述供气主管的数量与相邻所述隔板之间的所述气动弹簧的数量相等；所述象鼻本体外部设置有防护罩。