專利名稱：一種仿生象鼻機器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機器人領(lǐng)域，尤其涉及一種超冗余可重構(gòu)仿生象鼻機器人。
背景技術(shù)：
仿生象鼻機器人是指能夠模仿自然界中象鼻的外部形狀、運動原理和行為方式， 能夠跟象鼻一樣靈活工作的機器人，具有較高的運動靈活性，能夠特殊未知環(huán)境下具有良 好的適應性。
目前，仿生象鼻機器人多為采用氣囊、繩索、人造肌肉或形狀記憶合金等驅(qū)動形式 實現(xiàn)的超冗余或連續(xù)型機器人。其中，多余的自由度可用來改善機器人的運動及動力學特 性，如增加靈活性、躲避障礙、回避奇異、優(yōu)化關(guān)節(jié)速度等，從而提高機器人的靈活性和柔韌 性。但是現(xiàn)有的象鼻機器人的結(jié)構(gòu)還是存在一些缺陷，沒有很好的將各種特性結(jié)合在一起， 導致整體上機械結(jié)構(gòu)的剛度和穩(wěn)定性偏弱、負載能力較低。發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問題
本發(fā)明的目的是提供一種仿生象鼻機器人，以克服現(xiàn)有技術(shù)下象鼻機器人剛度 小，穩(wěn)定性差，負載能力較低等問題。
(二)技術(shù)方案
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種仿生象鼻機器人，所述機器人包括機 架、象鼻外罩、象鼻機構(gòu)和操作手爪；所述象鼻機構(gòu)包括多個關(guān)節(jié)單元，且各關(guān)節(jié)單元串接 在一起；所述象鼻機構(gòu)的一端與機架懸掛連接，其另一端與操作手爪連接，所述象鼻外罩包 在象鼻機構(gòu)的外部。
優(yōu)選地，所述關(guān)節(jié)單元包括上平臺、下平臺、中間運動支鏈和外運動支鏈；各關(guān)節(jié) 單元的上平臺均與另一個關(guān)節(jié)單元的下平臺連接；最外端的下平臺與機架連接，最外端的 上平臺與操作手爪連接；所述中間運動支鏈的一端固定在下平臺的中心處，其另一端與上 平臺鉸接；所述外運動支鏈為三個，外運動支鏈的兩端分別與上平臺和下平臺鉸接，且三個 外運動支鏈與上平臺和下平臺的鉸接位置沿圓周方向均勻分布。
優(yōu)選地，所述中間運動支鏈與上平臺的鉸接方式為球鉸，或者為轉(zhuǎn)動副配合虎克 鉸；所述外運動支鏈與上平臺的鉸接方式為球鉸，其與下平臺的鉸接方式為虎克鉸或球鉸。
優(yōu)選地，所述中間運動支鏈和外運動支鏈均為伸縮驅(qū)動機構(gòu)，所述伸縮驅(qū)動機構(gòu) 的伸縮端與上平臺鉸接。
優(yōu)選地，所述伸縮驅(qū)動機構(gòu)為電機和電動缸的組合。
或者，所述伸縮驅(qū)動機構(gòu)為液缸。
或者，所述伸縮驅(qū)動機構(gòu)為氣缸。
或者，所述伸縮驅(qū)動機構(gòu)為電機、絲杠、滑鞍和定長桿的組合，所述滑鞍位于絲杠 的端部，所述定長桿與滑鞍連接。
優(yōu)選地，各個下平臺和上平臺的尺寸從機架到操作依次減小。優(yōu)選地，所述上平臺和下平臺均設有三塊形狀相同且沿圓周方向均勻分布的扇形鏤空區(qū)域。(三)有益效果本發(fā)明通過將多個四自由度的關(guān)節(jié)單元依次串接在一起形成象鼻機構(gòu)，通過關(guān)節(jié)單元中的伸縮驅(qū)動機構(gòu)使仿生象鼻機器人實現(xiàn)伸縮、蜿蜒、蠕動和側(cè)擺等動作，其具有剛度高，靈活性好，操作空間大，承受負載大，可重構(gòu)性強，模塊化程度高等特點，可應用于危險品抓放搬運、狹小空間穿越探測等作業(yè)任務。


圖1為本發(fā)明實施例的仿生象鼻機器人的結(jié)構(gòu)圖。
圖2為本發(fā)明實施例的仿生象鼻機器人去除象鼻外罩后的結(jié)構(gòu)圖。圖3為本發(fā)明實施例的仿生象鼻機器人的關(guān)節(jié)單元的結(jié)構(gòu)圖。圖4是本發(fā)明實施例的仿生象鼻機器人的關(guān)節(jié)單元與操作手爪連接的示意圖。圖中；1 :機架；2 : 呆作手爪；3 :象鼻外罩；4 :上平臺；5 :虎克絞；6 :轉(zhuǎn)動副；7 :球鉸；8 :電動缸；9 :電機；10 :下平臺。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的實施方式作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發(fā)明，但不能用來限制本發(fā)明的范圍。在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，術(shù)語“中心”、“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底” “內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于
附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。此外，在本發(fā)明的描述中，除非另有說明，“多個”的含義是兩個或兩個以上。本發(fā)明中，仿生象鼻機器人關(guān)節(jié)單元的數(shù)目可根據(jù)操作環(huán)境與任務的要求進行適當?shù)脑黾踊驕p少。實施例1如圖1-4所示，本實施例的仿生象鼻機器人包括機架1、象鼻外罩3、象鼻機構(gòu)和操作手爪2 ;其中，象鼻機構(gòu)包括六個關(guān)節(jié)單元，各關(guān)節(jié)單元串接在一起形成象鼻狀鏈結(jié)構(gòu)；象鼻機構(gòu)的一端與機架I中部懸掛連接，其另一端與操作手爪2連接；象鼻外罩3包在象鼻機構(gòu)的外部。
所述關(guān)節(jié)單元包括上平臺4、下平臺10、中間運動支鏈和外運動支鏈；上平臺4和 下平臺10均為圓形，各關(guān)節(jié)單元的上平臺4均與另一個關(guān)節(jié)單元的下平臺10連接，最外端 的下平臺10與機架I中部懸掛連接，最外端的上平臺4與操作手爪2連接，且各個下平臺 10和上平臺4的尺寸從機架I到操作手爪2依次減??；中間運動支鏈和外運動支鏈均為電 機9和電動缸8的組合，電機9安裝在電動缸8的底部；中間運動支鏈為一個，位于關(guān)節(jié)單 元的中心軸線上，中間運動支鏈的電機9固定在下平臺10的中心處，中間運動支鏈的電動 缸8的伸縮端通過轉(zhuǎn)動副6和虎克鉸5與上平臺4鉸接在一起；外運動支鏈為三個，外運動 支鏈的電機9通過虎克鉸與下平臺10鉸接，外運動支鏈的電動缸8的伸縮端通過球鉸7與 上平臺4鉸接，三個外運動支鏈與上平臺4和下平臺10的鉸接位置沿圓周方向均勻分布， 使三個外運動支鏈在上平臺4和下平臺10之間相對于中間運動支鏈均勻分布；上平臺4和 下平臺10均設有三塊形狀相同且沿圓周方向均勻分布的扇形鏤空區(qū)域，每個扇形鏤空區(qū) 域均位于兩個外運動支鏈的鉸接處之間，且上平臺4與下平臺10的扇形鏤空區(qū)域位置相對 應。
本實施例的關(guān)節(jié)單元的上平臺4相對于下平臺10具有四個自由度，分別為繞三個 坐標軸X軸、y軸和z軸的轉(zhuǎn)動和沿z軸方向的移動，由多個關(guān)節(jié)單元串接成超冗余鏈式結(jié) 構(gòu)的仿生象鼻機器人可在空間中實現(xiàn)伸縮、蜿蜒、蠕動和側(cè)擺等作業(yè)動作，并通過安裝在末 端平臺上的操作手爪2來拾取目標物體。
實施例2
如圖1-4所示，本實施例的仿生象鼻機器人包括機架1、象鼻外罩3、象鼻機構(gòu)和操 作手爪2 ;其中，象鼻機構(gòu)包括六個關(guān)節(jié)單元，各關(guān)節(jié)單元串接在一起形成象鼻狀鏈結(jié)構(gòu)； 象鼻機構(gòu)的一端與機架I中部懸掛連接，其另一端與操作手爪2連接；象鼻外罩3包在象鼻 機構(gòu)的外部。
所述關(guān)節(jié)單元包括兩個連接平臺以及兩個連接平臺之間的中間運動支鏈和外運 動支鏈，所述連接平臺即相當于實施例1中的上平臺4和下平臺10結(jié)合成一個平臺；連接 平臺為圓形，各關(guān)節(jié)單元之間通過一個連接平臺相連接，象鼻機構(gòu)一端的連接平臺與機架I 中部懸掛連接，另一端的連接平臺與操作手爪2連接，且各個連接平臺的尺寸從機架I到操 作手爪2依次減小；中間運動支鏈和外運動支鏈均為液缸或氣缸；中間運動支鏈為一個，位 于關(guān)節(jié)單元的中心軸線上，其底部固定在關(guān)節(jié)單元一端的連接平臺的中心處，其伸縮端通 過球鉸與關(guān)節(jié)單元另一端的連接平臺鉸接在一起；外運動支鏈為三個，其底部通過球鉸與 關(guān)節(jié)單元一端的連接平臺鉸接，其伸縮端通過球鉸7與關(guān)節(jié)單元另一端的連接平臺鉸接， 三個外運動支鏈與其兩端的連接平臺的鉸接位置沿圓周方向均勻分布，使三個外運動支鏈 在它們兩端的連接平臺之間相對于中間運動支鏈均勻分布；連接平臺設有三塊形狀相同且 沿圓周方向均勻分布的扇形鏤空區(qū)域，每個扇形鏤空區(qū)域均位于兩個外運動支鏈的鉸接處 之間。
本實施例的關(guān)節(jié)單元的一個連接平臺相對于其前一個連接平臺具有四個自由度， 分別為繞三個坐標軸X軸、y軸和z軸的轉(zhuǎn)動和沿z軸方向的移動，由多個關(guān)節(jié)單元串接成 超冗余鏈式結(jié)構(gòu)的仿生象鼻機器人可在空間中實現(xiàn)伸縮、蜿蜒、蠕動和側(cè)擺等作業(yè)動作，并 通過安裝在末端平臺上的操作手爪2來拾取目標物體。
實施例3
如圖1-4所示，本實施例的仿生象鼻機器人包括機架1、象鼻外罩3、象鼻機構(gòu)和操作手爪2 ;其中，象鼻機構(gòu)包括六個關(guān)節(jié)單元，各關(guān)節(jié)單元串接在一起形成象鼻狀鏈結(jié)構(gòu)；象鼻機構(gòu)的一端與機架I中部懸掛連接，其另一端與操作手爪2連接；象鼻外罩3包在象鼻機構(gòu)的外部。所述關(guān)節(jié)單元包括上平臺4、下平臺10、中間運動支鏈和外運動支鏈；上平臺4和下平臺10均為圓形或其他形狀，各關(guān)節(jié)單元的上平臺4均與另一個關(guān)節(jié)單元的下平臺10連接，最外端的下平臺10與機架I中部懸掛連接，最外端的上平臺4與操作手爪2連接，且各個下平臺10和上平臺4的尺寸從機架I到操作手爪2依次減小；中間運動支鏈和外運動支鏈均為電機、絲杠、滑鞍和定長桿的組合，電機安裝在絲杠底部且與下平臺10鉸接，滑鞍位于絲杠的端部，定長桿與滑鞍連接且與上平臺4鉸接；中間運動支鏈為一個，位于關(guān)節(jié)單元的中心軸線上，中間運動支鏈的電機固定在下平臺10的中心處，中間運動支鏈的伸縮端通過球鉸與上平臺4鉸接在一起；外運動支鏈為三個，外運動支鏈的電機通過虎克鉸與下平臺10鉸接，外運動支鏈的伸縮端通過球鉸7與上平臺4鉸接，三個外運動支鏈與上平臺4和下平臺10的鉸接位置沿圓周方向均勻分布，使三個外運動支鏈在上平臺4和下平臺10之間相對于中間運動支鏈均勻分布。本實施例的關(guān)節(jié)單元的上平臺4相對于下平臺10具有四個自由度，分別為繞三個坐標軸X軸、y軸和z軸的轉(zhuǎn)動和沿z軸方向的移動，由多個關(guān)節(jié)單元串接成超冗余鏈式結(jié)構(gòu)的仿生象鼻機器人可在空間中實現(xiàn)伸縮、蜿蜒、蠕動和側(cè)擺等作業(yè)動作，并通過安裝在末端平臺上的操作手爪2來拾取目標物體。本發(fā)明的實施例是為了示例和描述起見而給出的，而并不是無遺漏的或者將本發(fā)明限于所公開的形式。很多修改和變化對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言是顯而易見的。選擇和描述實施例是為了更好說明本發(fā)明的原理和實際應用，并且使本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠理解本發(fā)明從而設計適于特定用途的帶有各種修改的各種實施例。
權(quán)利要求
1.一種仿生象鼻機器人，其特征在于，所述機器人包括機架、象鼻外罩、象鼻機構(gòu)和操作手爪；所述象鼻機構(gòu)包括多個關(guān)節(jié)單元，且各關(guān)節(jié)單元串接在一起；所述象鼻機構(gòu)的一端與機架懸掛連接，其另一端與操作手爪連接，所述象鼻外罩包在象鼻機構(gòu)的外部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿生象鼻機器人，其特征在于，所述關(guān)節(jié)單元包括上平臺、下平臺、中間運動支鏈和外運動支鏈；各關(guān)節(jié)單元的上平臺均與另一個關(guān)節(jié)單元的下平臺連接；最外端的下平臺與機架連接，最外端的上平臺與操作手爪連接；所述中間運動支鏈的一端固定在下平臺的中心處，其另一端與上平臺鉸接；所述外運動支鏈為三個，外運動支鏈的兩端分別與上平臺和下平臺鉸接，且三個外運動支鏈與上平臺和下平臺的鉸接位置沿圓周方向均勻分布。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的仿生象鼻機器人，其特征在于，所述中間運動支鏈與上平臺的鉸接方式為球鉸，或者為轉(zhuǎn)動副配合虎克鉸；所述外運動支鏈與上平臺的鉸接方式為球鉸，其與下平臺的鉸接方式為虎克鉸或球鉸。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的仿生象鼻機器人，其特征在于，所述中間運動支鏈和外運動支鏈均為伸縮驅(qū)動機構(gòu)，所述伸縮驅(qū)動機構(gòu)的伸縮端與上平臺鉸接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的仿生象鼻機器人，其特征在于，所述伸縮驅(qū)動機構(gòu)為電機和電動缸的組合。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的仿生象鼻機器人，其特征在于，所述伸縮驅(qū)動機構(gòu)為液缸。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的仿生象鼻機器人，其特征在于，所述伸縮驅(qū)動機構(gòu)為氣缸。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的仿生象鼻機器人，其特征在于，所述伸縮驅(qū)動機構(gòu)為電機、絲杠、滑鞍和定長桿的組合，所述滑鞍位于絲杠的端部，所述定長桿與滑鞍連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求2-8中任何一項所述的仿生象鼻機器人，其特征在于，各個下平臺和上平臺的尺寸從機架到操作手爪依次減小。
10.根據(jù)權(quán)利要求2-8中任何一項所述的仿生象鼻機器人，其特征在于，所述上平臺和下平臺均設有三塊形狀相同且沿圓周方向均勻分布的扇形鏤空區(qū)域。
全文摘要
本發(fā)明涉及機器人領(lǐng)域，具體公開了一種仿生象鼻機器人，所述機器人包括機架、象鼻外罩、象鼻機構(gòu)和操作手爪，所述象鼻機構(gòu)包括多個關(guān)節(jié)單元，且各關(guān)節(jié)單元串接在一起，所述象鼻機構(gòu)的一端與機架懸掛連接，其另一端與操作手爪連接，所述象鼻外罩包在象鼻機構(gòu)的外部。本發(fā)明通過將多個具有四自由度的關(guān)節(jié)單元依次串接在一起形成象鼻機構(gòu)，通過關(guān)節(jié)單元中的伸縮驅(qū)動機構(gòu)使仿生象鼻機器人實現(xiàn)伸縮、蜿蜒、蠕動和側(cè)擺等動作，具有剛度高，靈活性好，操作空間大，承受負載大，可重構(gòu)性強，模塊化程度高等特點，可應用于危險品抓放搬運、狹小空間穿越探測等作業(yè)任務。
文檔編號B25J9/00GK102990645SQ201210514688
公開日2013年3月27日 申請日期2012年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月4日
發(fā)明者趙永杰, 路松, 張興偉, 張曉妮, 李昇平 申請人:汕頭大學