一种刚柔一体的可变刚度的蛇形机器人关节机构制造技术

本发明专利技术公开了一种刚柔一体的可变刚度的蛇形机器人关节机构，属于机器人研究与工程领域，当行星齿轮组带动连接关节的锥形齿轮转动时，蛇形机器人能够实现偏转运动；当相邻关节正交安装时，蛇形机器人能够同时实现偏航和俯仰运动。同时，磁流变液阻尼力的控制是和电机运动控制分开的，可以根据需求，通过控制行星齿轮箱外侧的线圈的电流大小来改变齿轮箱内的磁场强度，以改变磁流变液的状态，进而达到控制阻尼力，实现变刚度的功能。变刚度的功能既不影响蛇形机器人实现各种运动姿态，又能提高蛇形机器人关节的保护和控制能力，使得蛇形机器人环境适应能力和可控性大幅度提升。

A rigid flexible joint mechanism with variable stiffness for snake like robot

The invention discloses a rigid and flexible variable stiffness snake shaped robot joint mechanism, which belongs to the field of robot research and engineering. When the planetary gear group drives the conical gear of the joint to rotate, the snake like robot can realize the deflection motion; when the adjacent joint is installed, the snake like robot can realize the deviation at the same time. Air and pitching movement. At the same time, the control of the magnetorheological fluid damper is separate from the motor motion control. According to the demand, the magnetic field intensity in the gear box can be changed by controlling the current size of the coil outside the planetary gear box, so as to change the state of the magnetorheological fluid, and then to control the damping force and realize the function of the variable stiffness. The function of variable stiffness does not affect the motion posture of the snake like robot, but also improves the ability of protecting and controlling the joint of the snake like robot, so that the adaptability and controllability of the snake like robot can be greatly improved.

【技术实现步骤摘要】
一种刚柔一体的可变刚度的蛇形机器人关节机构
本专利技术涉及机器人研究与工程领域，具体是指一种具可变刚度的蛇形机器人的关节机构。
技术介绍
近年来，地震、化工及核事故等灾害频发，面向灾后救援的灾害现场探测是实现高效率救援的第一要务，事故现场往往具有很大的不确定性，需要克服多障碍、空间狭小等困难，考虑到现有机器人技术的快速发展，具有多冗余度的模块化蛇形机器人为灾后救援探测提供了可行的技术方案。目前的蛇形机器人多采用模块化设计的思路，结构多为刚性，在平坦地面上具有较大的运动灵活性。也有学者研究柔性蛇形机器人，但其模型往往非线性强，控制难度极大。在对复杂环境下，如地震灾害现场时，对蛇形机器人的运动提出了不小的挑战。在复杂环境下，蛇形机器人的刚性模块和柔性结构使得其与环境的相互作用不顺畅，机械磨损严重，使用寿命受大幅减小，运动性能也有所下降。一款能够满足救灾需求的蛇形机器人关节应该在具备快速运动能力、较强地面环境适应能力、模块化机构设计以及多姿态运动特点的同时，还应该实现机构刚度可控，然而，目前满足以上要求的蛇形机器人关节出现较少。在此之前，有提出基于仿生并联关节的蛇形机器人关节结构，但在实物本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种刚柔一体的可变刚度的蛇形机器人关节机构，其特征在于：包含第一关节(A)、第二关节(C)和关节连接(B)，第一关节(A)和第二关节(C)通过关节连接(B)组合在一起；所述为关节连接(B)，由一个关节连接杆(B1)，第一锥形齿轮(B2)和第二锥形齿轮(B3)组成；关节连接杆(B1)和第一锥形齿轮(B2)同心固定连接，关节连接杆(B1)和第一锥形齿轮(B2)不能进行相对运动；第二锥形齿轮(B3)和行星架(A15)同心固定连接，第二锥形齿轮(B3)和行星架(A15)不能进行相对运动；关节连接杆(B1)和第二关节(C)之间也为不能进行相对运动的固定连接，关节连接杆(B1)通过第一旋转副(R1)与第二...

【技术特征摘要】
1.一种刚柔一体的可变刚度的蛇形机器人关节机构，其特征在于：包含第一关节(A)、第二关节(C)和关节连接(B)，第一关节(A)和第二关节(C)通过关节连接(B)组合在一起；所述为关节连接(B)，由一个关节连接杆(B1)，第一锥形齿轮(B2)和第二锥形齿轮(B3)组成；关节连接杆(B1)和第一锥形齿轮(B2)同心固定连接，关节连接杆(B1)和第一锥形齿轮(B2)不能进行相对运动；第二锥形齿轮(B3)和行星架(A15)同心固定连接，第二锥形齿轮(B3)和行星架(A15)不能进行相对运动；关节连接杆(B1)和第二关节(C)之间也为不能进行相对运动的固定连接，关节连接杆(B1)通过第一旋转副(R1)与第二旋转副(R2)与第一关节外壳(A1)连接在一起；第一锥形齿轮(B2)和第二锥形齿轮(B3)正交啮合；第一关节外壳(A1)中，第一旋转副(R1)与第二旋转副(R2)与关节连接(B)的关节连接杆(B1)连接；第一关节外壳(A1)中，电机固定外壳(A2)与第一关节外壳(A1)同心；第一关节外壳底部有圆形的电机底座小孔(A3)和方形的电机线外接孔(A4)，圆形电机底座小孔(A3)用于伸出电机底部的电机轴，与之相邻的方形电机线外接孔(A4)用于外接电源线。2.根据权利要求1所述的一种刚柔一体的可变刚度的蛇形机器人关节机构，其特征在于：齿轮箱包含内齿轮(A5)，第一行星齿轮(A7)，第一轴承(A8)，第二轴承(A9)，第二行星齿轮(A10)，第三轴承(A11)，第三行星齿轮(A12)，第四轴承(A14)和太阳轮(A13)等部件；太阳轮(A13)和电机(A19)的电机驱动杆同心连接，太阳轮(A13)和电机(A19)之间不能进行相对运动，电机(A19)驱动太阳轮(A13)，带动太阳轮(A13)转动，太阳轮(A13)为主动轮，第一行星齿轮(A7)、第二行星齿轮(A10)、第三行星齿轮(A12)和内齿轮(A5)为从动轮，第一行星齿轮(A7)、第二行星齿轮(A10)和第三行星齿轮(A12)均匀分布在内齿轮(A5)内，第一行星齿轮(A7)、第二行星齿轮(A10)和第三行星齿轮(A12)的圆心连线为等边三角形；行星架(A15)的第三旋转副(R3)通过第一轴承(A8)和第一行星齿轮(A7)同心连接在一起，行星架(A15)的第四旋转副(R4)通过第二轴承(A9)和第二行星齿轮(A10)同心连接在一起，行星架(A15)的第五旋转副(R5)通过第三轴承(A11)和第三行星齿轮(A12)同心连接在一起，第一行星齿轮(A7)、第二行星齿轮(A10)和第三行星齿轮(A12)连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹政才，李俊宽，肖清，张东，耿鹏，赵利美，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11