一种用于月球基地建造的可移动操作球形机器人制造技术

本发明专利技术公开一种用于月球基地建造的可移动操作球形机器人。发明专利技术所述可移动操作球形机器人包括：柔索驱动可展开球壳(1)、“刚

【技术实现步骤摘要】
一种用于月球基地建造的可移动操作球形机器人


[0001]本专利技术涉及一种用于月球基地建造的可移动操作球形机器人，具体地说一种带有超冗余操作臂的球形机器人，可以通过球体内部机械臂的作用实现球形机器人的全向移动、球壳开合、对外操作等，同时可通过与其他机器人的相互通信，实现环境适应与多机协作，属于机器人领域。

技术介绍

[0002]月面运输与操作设施作为国际月球科研站的核心组成部分，为月面长期工作支持系统和月面科研设施系统提供物品运输与操作，我国的航天技术研发成就已为往返地外星球提供了成熟的条件，因此，开展外星球基地建造机器人的研究已成为国内外关注的重点和必然发展趋势。月球环境极恶劣：路面崎岖、真空、昼夜温差大、月尘污染、长月夜、低重力等等，对机器人的设计提出了巨大的挑战。球形机器人具有全向移动、密闭、防倾覆、驱动少的优势，使其具备快速灵活运动能力和极端环境下自我保护能力。针对月球表面的极端环境和基地建造的复杂任务约束，笔者通过球形机器人与机械臂的创新融合，提出一种用于月球基地建造的可移动操作球形机器人，为我国月球基地建造提供技术参考。
[0003]申请号为202110540392.0公开了一种球形机器人，该机器人球壳内设置有滚动驱动装置和跳跃驱动装置，滚动驱动装置包括支撑机构、承载机构、伺服电机组一和伺服电机组二，跳跃驱动装置包括跳跃机构、锁紧机构和配重平台，提供一种结构紧凑空间利用率高的自助弹跳自救球形机器人。该专利技术具有良好的通过性，但其并不具备对外操作能力。
[0004]申请号为202110393069.5公开了一种带臂球形探测机器人，该机器人通过舵机驱动力和重摆及机械臂的重力作用下进行滚动，通过变形组件调节球形壳体展开或闭合，在球壳打开情况下实现机械臂的对外操作。该专利在球体内加装的机械臂仅能在球壳打开时实现对外操作。
[0005]申请号为201621174315.9公开了一种球形搬运机器人，该专利技术所述球形机器人以非开合的形式，将两机械臂置于球形机器人两侧，可夹持或放置物品，但其受限于球体本身，可操作空间不大，操作性不高，舍弃了在移动过程中封闭球壳对于本身机械臂的保护作用。
[0006]综合现有球形机器人和大型空间机械臂的研究思路以及外星球表面复杂极端的任务需求，本专利技术将球形机器人与超冗余大型空间机械臂的设计理念相融合，提出了一种用于月球基地建造的可移动操作球形机器人：球形机器人赋予机械臂快速灵活运动能力与极端复杂外星球环境下自我保护能力，同时机械臂赋予球形机器人强大的对外操作能力与多机器人单元之间的协作能力，使机器人能够在月球表面极端环境下的基地建设任务中，实现高效可靠的移动和对外操作，具有极大的潜在优势和深远的研究价值。

技术实现思路

[0007]本专利技术提出了一种用于月球基地建造的可移动操作球形机器人。专利技术所述机器人
通过“刚
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柔”耦合超冗余操作臂的构型变化作为球形移动状态的质心变化机构，实现球形机器人的灵活平稳滚动；到达指定位置后，双灵巧臂能够辅助球壳完全打开；两个大型超冗余操作臂与灵巧臂(8)协同操作，完成建造作业。机器人具备可对外操作的球内多臂特性，移动状态下能够实现多机器人的组合协作越障，同时灵巧臂可伸出球壳外进行运动中操作。对外操作状态下能够实现多个超冗余操作臂和灵巧臂的相互协作，完成复杂操作任务。
[0008]为实现上述目的，本专利技术提供的解决方案是：
[0009]所述球形机器人包括柔索驱动可展开球壳(1)、“刚
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柔”耦合超冗余操作臂基座(2)、软性末端缓冲关节(3)、“刚
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柔”耦合伸缩关节(4)、球内天线(5)、球内太阳帆(6)、自动释放和锁定机构(7)、灵巧臂(8)、灵巧臂末端(9)。所述“刚
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柔”耦合超冗余操作臂基座(2)，在球形巡航模式下通过自动释放和锁定机构(7)与柔索驱动可展开球壳(1)进行连接，球内太阳帆(6)附于球壳内表面，“刚
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柔”耦合超冗余操作臂基座(2)、软性末端缓冲关节(3)、“刚
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柔”耦合伸缩关节(4)为球形机器人内部“刚
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柔”耦合超冗余操作臂构成单元。“刚
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柔”耦合超冗余操作臂通过基座(2)与柔索驱动可展开球壳(1)相连，操作臂末端通过缓冲关节(3)与操作臂连接，“刚
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柔”耦合伸缩关节(4)替代了刚性连杆，使得整个操作臂组成具有10个自由度的超冗余操作臂。软性末端缓冲关节(3)为操作臂的末关节，包含对外操作手抓。灵巧臂(8)的首段与超冗余操作臂基座(2)连接，灵巧臂末端(9)可作为支撑单端展开。
[0010]本专利技术的运动原理为：
[0011]在球形巡航模式下，机器人柔索驱动可展开球壳(1)处于密闭状态，球形机器人通过超冗余操作臂作为球形移动状态的质心变化机构，基于质心偏移产生的重力矩的原理，通过“刚
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柔”耦合伸缩关节(4)的转动产生质心偏移，实现机器人的灵活平稳滚动。
[0012]球形机器人上的灵巧臂(8)，可在球形巡航模式下，将球壳左右两端的灵巧臂末端(9)，分别伸出作为支撑，将整个球壳抬升，使机器人灵巧臂作业模式具备球
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腿特性进而提升其越障高度，实现短距离步态行走，提升其越障通过性；对于垂直高度超过球形机器人半径和灵巧臂可支撑最大高度的障碍，通过灵巧臂间的对接功能实现多个机器人的组合形成开链串联型拓扑结构，实现多机协作越障。
[0013]机器人可通过球壳展开，进入双操作臂作业模式，此时球壳内侧展开，使球内太阳帆(6)开始工作为机器人提供能源，双操作臂由超冗余操作臂基座(2)和灵巧臂末端(9)作为支撑，使左右两个超冗余操作臂，可在空间内实现对外大范围操作。
[0014]机器人可实现与环境和其他机器人之间的相互通信，通过球内天线(5)单个球形机器人可获知其他机器人的位置，通过预先输入的任务需求，分别移动至预先任务定点，做球壳展开进入双操作臂作业模式，多机器人相互配合，实现协同作业，共同完成月球极端环境下的基地建造复杂任务。
[0015]本专利技术的优点与效益：
[0016]本专利提出了一种用于月球基地建造的可移动操作球形机器人，用机械臂取代重摆的功能提升球形机器人的对外操作能力，通过球壳内部冗余机械臂之间的协作满足内部机构功能需求，结合具备大变形展开能力的球壳，能够使球形机器人在发挥自身优势的同时，在越障能力与对外操作能力方面均会得到大幅度提升，在对外操作状态下可实现多个超冗余操作臂的相互协作，使机器人具备强大的自我保护、越障能力和对外操作能力，能够
有效应对月球表面的维修维护、巡查等复杂任务。具有极大的潜在优势和深远的研究价值。
附图说明
[0017]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。
[0018]图1是所述球形机器人整体结构内部示意图；
[0019]图2是所述球形机器人在球形本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于月球基地建造的可移动操作球形机器人，其特征在于：包括柔索驱动可展开球壳(1)、“刚
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柔”耦合超冗余操作臂基座(2)、软性末端缓冲关节(3)、“刚
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柔”耦合伸缩关节(4)、球内天线(5)、球内太阳帆(6)、自动释放和锁定机构(7)、灵巧臂(8)、灵巧臂末端(9)。所述柔索驱动可展开球壳(1)采用犰狳仿生结构，当球壳卷起时为完整球体结构，当展开时充当太阳帆。“刚
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柔”耦合超冗余操作臂基座(2)、软性末端缓冲关节(3)、“刚
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柔”耦合伸缩关节(4)为球形机器人内部“刚
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柔”耦合超冗余操作臂构成单元。“刚
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柔”耦合超冗余操作臂通过基座(2)与柔索驱动可展开球壳(1)相连，操作臂末端通过缓冲关节(3)与操作臂连接，“刚
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柔”耦合伸缩关节(4)替代了刚性连杆，使得整个操作臂组成具有10个自由度的超冗余操作臂。灵巧臂末端(9)为展开支撑机构，通过灵巧臂(8)与球壳连接。2.如权利要求1所述，一种用于月球基地建造的可移动操作球形机器人，其特征在于：机器人有三种作业模式：球形巡航模式、灵巧臂作业...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙汉旭，李明刚，王展彤，马龙，孙萍，
申请(专利权)人：北京师范大学煤炭科学技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：