一种原位变刚度连续体救援探测机器人制造技术

本发明专利技术提供一种原位变刚度连续体救援探测机器人，其包括主驱动模块、第一驱动支座、第二驱动支座、外层球铰链和内层球铰链，第一驱动支座、第二驱动支座分别固连在主驱动模块的第一、第二支撑座上，内层球铰链和外层球铰链的首端分别固定在第一驱动支座和第二驱动支座上，内外层球铰链均为中空设计，内层球铰链嵌套并贯穿外层球铰链，第二驱动支座输送驱动合金丝穿过外层球铰链表面与内层球铰链末端球铰固连。本发明专利技术能够通过内外层球铰链交替变刚度，实现机器人整体的原位行进，对废墟内部进行救援探测，在兼具灵活性的同时，还可提供大的承载力。大的承载力。大的承载力。

【技术实现步骤摘要】
一种原位变刚度连续体救援探测机器人


[0001]本专利技术涉及救援机器人领域，特别涉及一种原位变刚度连续体救援探测机器人。

技术介绍

[0002]自然灾害灾难事故现场的危险性、不确定性以及救援时间的紧迫性，给救援人员的抢救带来了极大的难题。灾害现场有3种影响救援的因素：空间限制、结构不稳定和危险物质。为了提高搜救效率，更好的保证救援人员的生命安全，研究制造具有搜救模块、能够适应非结构化环境的连续体搜救机器人成为科学家致力研究的一项新型领域。
[0003]例如，中国专利技术专利CN110561402A公开了一种被动分离式蛇形机器人，包括头部，其包括头部壳体和设置于头部壳体的控制单元、外部环境探测单元和电池单元；体部，其包括多个依次连接形成链状结构的可分离式关节模块和设置于相邻两个可分离式关节模块之间的关节驱动电机；可分离式关节模块包括模块Ⅰ、模块Ⅱ和连接组件；当建筑物倒塌受到重力压迫时，被压迫那部分停止运动，未被压迫部分继续运动，传递动力，使得连接装置中的弹簧带动钢球与球形凹槽脱离，被压迫部分与整体分离，终止工作，未被压迫部分在蛇头的带领下继续工作，通过微型摄像头，将灾害场景传递给救援人员，提高救援工作效率，但该专利技术面临驱动多、控制复杂的问题，且分离式关节对其运动灵活性进行了限制。
[0004]再例如，中国专利技术专利CN112276920A公开了一种连续体蛇形机器人，包括柔性主体和主控制器两部分；柔性主体主要由多个串联连接的柔性段组成；柔性段包括腔体，软轴驱动装置，顶盖，支撑架，角度传感器，控制器；柔性段可以完成伸缩弯曲等运动；主控制器安装柔性主体尾部；该专利技术将并联运动平台设计引用到连续体机器人的设计，每个柔性段相当于一个并联平台，运动灵活，但面临着驱动多，控制复杂，承载能力较弱的问题。
[0005]现有的连续体机器人虽可实现空间中的灵活运动，但面临驱动多，控制复杂的问题；连续体软机器人还有结构刚性不足，承载力低的问题，解决结构刚度问题的同时，往往又面临着活动空间受限的问题。
[0006]现有的变刚度机械臂大多尚未集成有驱动系统，只能实现刚柔状态的切换，或驱动系统难以实现复杂空间姿态。最后是加工手段相对局限，结构复杂性降低了机械臂构件的精度与强度，带来的迟滞等问题。

技术实现思路

[0007]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种用于救援探测，可实现原位破拆的变刚度连续体机器人，可有效解决现有连续体机器人驱动多控制困难，以及变刚度机器人只能实现刚柔状态切换，而无法驱动前进的问题。本专利技术可实现变刚度原位行进，在兼具灵活性的同时，还可提供大的承载力。
[0008]本专利技术提供技术方案如下：
[0009]本专利技术提供一种原位变刚度连续体救援探测机器人，其包括主驱动模块、第一驱动支座、第二驱动支座、外层球铰链和内层球铰链；所述主驱动模块包括底座、第一驱动电
机、第二驱动电机、第一丝杠、第二丝杠、第一支撑座和第二支撑座，所述第一丝杠和第二丝杠安装在所述底座上，且所述第一丝杠和第二丝杠平行布置；所述第一驱动电机和第二驱动电机分别与所述第一丝杠和第二丝杠连接，所述第一支撑座和第二支撑座设置在所述底座上方，且所述第一支撑座和第二支撑座均与所述底座滑动连接，所述第一支撑座的底部和所述第一丝杠连接，所述第二支撑座的底部和所述第二丝杠连接；所述第一驱动支座固连在所述第一支撑座上，所述第一驱动支座包括第一气动接头和第一推支座，所述第一气动接头安装于第一推支座第一端面的中心孔内；所述第二驱动支座固连在所述第二支撑座上，所述第二驱动支座包括第二气动接头、第二推支座和送丝机构，所述第二气动接头安装于第二推支座第一端面上的凸台的侧通孔内，所述送丝机构安装在第二推支座的第二端面上；所述内层球铰链嵌套在所述外层球铰链内部并贯穿所述外层球铰链，所述内层球铰链包括内层球铰、内层橡胶薄膜和传感器集成装置，所述内层球铰链由内层球铰串联构成，位于内层球铰链首端和末端的内层球铰分别为内层首端球铰和内层末端球铰，所述内层首端球铰与所述第一推支座固定连接，所述传感器集成装置安装在所述内层末端球铰上，所述内层橡胶薄膜位于串联的内层球铰内部，所述内层橡胶薄膜的第一端与所述第一推支座粘连，所述内层橡胶薄膜的第二端与所述内层末端球铰粘连；所述外层球铰链包括驱动合金丝、外层球铰、外层橡胶薄膜和PU软管，所述外层球铰链由外层球铰串联构成，位于外层球铰链首端和末端的外层球铰分别为外层首端球铰和外层末端球铰，所述外层首端球铰与第二推支座固定连接，驱动合金丝穿过外层球铰外表面的通孔，所述驱动合金丝的第一端盘在所述送丝机构上，所述驱动合金丝的第二端紧固在所述内层末端球铰上；所述PU软管位于串联的外层球铰内部，所述PU软管的第一端与所述第二推支座紧固连接，所述PU软管的第二端与所述外层末端球铰紧固连接，所述外层橡胶薄膜位于所述串联的外层球铰和所述PU软管之间，所述外层橡胶薄膜的第一端与所述第二推支座粘连，所述外层橡胶薄膜的第二端与所述外层末端球铰粘连。
[0010]优选的，所述送丝机构包括送丝电机、送丝盘、主送丝轮、副送丝轮、压紧杆和支架，所述驱动合金丝的第一端盘在所述送丝盘上，所述主送丝轮和副送丝轮表面均套有橡胶圈，所述驱动合金丝从与所述主送丝轮和副送丝轮的接触面穿过，所述主送丝轮通过键和电机轴配合，所述副送丝轮安装在所述压紧杆上，通过调节压紧杆末端的螺栓控制所述主送丝轮和副送丝轮的压紧力，所述送丝电机、送丝盘、主送丝轮、副送丝轮和压紧杆均安于所述支架上，所述支架通过螺栓连接固定在所述第二推支座上。
[0011]优选的，所述外层球铰和内层球铰的一端均设有片状凸齿，另一端的内表面均设有与凸齿对应的凹齿。
[0012]优选的，所述底座的两侧设置有滑轨，所述第一支撑座和第二支撑座的两端均与所述滑轨滑动连接。
[0013]优选的，所述送丝机构的数量为三，且呈正三角形设置在第二驱动支座的第二端面上。
[0014]优选的，所述外层球铰的外表面均布三个带通孔的凸台。
[0015]优选的，所述通孔的尺寸大于所述驱动合金丝的尺寸。
[0016]优选的，所述驱动合金丝为镍钛记忆合金丝。
[0017]优选的，所述第一支撑座相对位置较第二支撑座更靠近电机。
[0018]与现有技术相比较，本专利技术的有益效果如下：
[0019]1、本专利技术的原位变刚度连续体救援探测机器人，单个球铰前端设有凸齿，后端内表面设有对应的凹齿，当球铰串联，橡胶薄膜充气加压时，凹凸齿啮合，限制球铰的转动，实现变刚度。
[0020]2、本专利技术的原位变刚度连续体救援探测机器人，内外层球铰链均有柔性和刚性两种状态，采用充气加压实现内外层球铰链交替变刚度，实现刚柔状态切换的同时，柔性链还可沿刚性链的轨迹运动；
[0021]3、本专利技术的原位变刚度连续体救援探测机器人，使用镍钛记忆合金丝对机器人头部进行驱动引导，整体在已确定轨迹上推动前进，大大减少了驱动数量，简化了连续体机器人的控制策略。
附图说明
[0022]图1是本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种原位变刚度连续体救援探测机器人，其特征在于，其包括主驱动模块、第一驱动支座、第二驱动支座、外层球铰链和内层球铰链；所述主驱动模块包括底座、第一驱动电机、第二驱动电机、第一丝杠、第二丝杠、第一支撑座和第二支撑座，所述第一丝杠和第二丝杠安装在所述底座上，且所述第一丝杠和第二丝杠平行布置；所述第一驱动电机和第二驱动电机分别与所述第一丝杠和第二丝杠连接，所述第一支撑座和第二支撑座设置在所述底座上方，且所述第一支撑座和第二支撑座均与所述底座滑动连接，所述第一支撑座的底部和所述第一丝杠连接，所述第二支撑座的底部和所述第二丝杠连接；所述第一驱动支座固连在所述第一支撑座上，所述第一驱动支座包括第一气动接头和第一推支座，所述第一气动接头安装于第一推支座第一端面的中心孔内；所述第二驱动支座固连在所述第二支撑座上，所述第二驱动支座包括第二气动接头、第二推支座和送丝机构，所述第二气动接头安装于第二推支座第一端面上的凸台的侧通孔内，所述送丝机构安装在第二推支座的第二端面上；所述内层球铰链嵌套在所述外层球铰链内部并贯穿所述外层球铰链，所述内层球铰链包括内层球铰、内层橡胶薄膜和传感器集成装置，所述内层球铰链由内层球铰串联构成，位于内层球铰链首端和末端的内层球铰分别为内层首端球铰和内层末端球铰，所述内层首端球铰与所述第一推支座固定连接，所述传感器集成装置安装在所述内层末端球铰上，所述内层橡胶薄膜位于串联的内层球铰内部，所述内层橡胶薄膜的第一端与所述第一推支座粘连，所述内层橡胶薄膜的第二端与所述内层末端球铰粘连；所述外层球铰链包括驱动合金丝、外层球铰、外层橡胶薄膜和PU软管，所述外层球铰链由外层球铰串联构成，位于外层球铰链首端和末端的外层球铰分别为外层首端球铰和外层末端球铰，所述外层首端球铰与第二推支座固定连接，驱动合金丝穿过外层球铰外表面的通孔，所述驱动合金丝的第一端盘在所述送丝机构上，所述驱动合金丝的第二端紧固在所述内层末端球铰上；所述PU软管位于串联...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵延治，樊政伟，郭智峰，韩振，刘嘉伟，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：