【技术实现步骤摘要】
本技术涉及仿生机器人，具体涉及一种基于柔性仿生结构的异构探测和作业一体化机器人。
技术介绍
1、随着科技的迅速发展，机器人技术在各个领域得到了广泛的应用。然而，传统的机器人往往被设计用于特定的任务，但在当今科技飞速发展的时代，从制造业到环境监测、灾难救援等领域，需要机器人能够适应不同场景、完成多种任务，提高应急响应能力。因此，社会对于更为灵活、可应对多变复杂环境、多功能一体化机器人的需求逐渐凸显。
2、传统的探测和作业任务通常需要不同的机器人协同合作，导致信息传递和任务切换时的困难。而通过一体化设计，可以提高机器人系统的工作效率，实现对不同任务的全面响应。机器人通常采用特定的移动机构以适应特定的地形或任务需求，然而这种单一移动机构的机器人在执行任务时可能会受到环境限制。为了适应复杂的工作环境，探测和作业一体化机器人需具备轻量化、低能耗、优越的移动稳定性以及良好的越障能力等特点，集成不同类型的移动机构可以实现机器人的异构化，使机器人在不同场景下可以灵活应对。因此，异构探测和作业一体化机器人的研究成为满足这些复杂需求的必然选择。
3、目前绝大多数的仿生机器人的躯干是刚体机构，转向不灵活，环境适应能力不强，在较为复杂的地面环境上行走或奔跑时容易失稳，摔倒。
4、为适应环境和任务需求，移动机器人需配备有移动机构，常见的移动机构有轮式移动机构、腿式移动机构、履带式移动机构，其中，不同类型的移动机构具有相应的优缺点。表1为几种常见不同类型的移动机构优缺点对比。
5、表1不同类型的移动机构优缺点
6、
7、根据调研，现阶段的探测和作业机器人主要存在以下问题：探测任务与作业任务分离，需要不同的机器人协同合作，导致信息传递和任务切换时的困难；移动机构单一，只适用于特定的地形或任务需求，使机器人执行任务时受到环境限制；机器人在光滑表面上移动时可能面临滑动风险。
技术实现思路
1、本技术针对机器人探测任务与作业任务分离导致的效率低下，移动机构单一使之执行任务时受到环境限制，机器人移动时面临滑动风险等挑战，提供了一种基于柔性仿生结构的异构探测和作业一体化机器人。本技术将机器人的探测与作业进行一体化设计，实现对探测任务和作业任务的全面响应，提高工作效率，并同时拥有轮式行走机构与腿式行走机构，这种具有多种运动模式的异构机器人可以根据环境改变移动方式，更灵活有效地完成任务。在设计腿式行走机构时融入生物特征，这种柔性仿生结构大大提高了机器人的适应性与稳定性。
2、为实现仿生机器人功能的多样性，且能够灵活适应不同的地形和任务需求，本技术的技术方案为：
3、一种基于柔性仿生结构的异构探测和作业一体化机器人，包括行走装置、躯干装置、头部环境感知装置、作业装置、控制装置，其中，行走装置包括轮式行走机构、腿式行走机构；躯干装置包括柔性脊柱；头部环境感知装置包括双目深度相机、云台；作业装置包括机械臂、末端夹具；控制装置包括第一控制台、第二控制台；第一控制台与机械臂之间通过螺栓固定连接。
4、柔性脊柱位于第一控制台与第二控制台的连接处，主要由硅胶灌注而成，四根脊柱钓鱼线均匀贯穿柔性脊柱，第二控制盒中的单片机驱动控制装置五中的四个舵机，舵机分别带动舵盘旋转牵拉嵌在柔性脊柱中的四根脊柱钓鱼线，使柔性脊柱可以实现全方位的偏转变化。柔性脊柱为机器人提供了足够的灵活性，使机器人可以更灵活地转向，能够在不平坦的地面上正常行驶，同时柔性脊柱还能够缓解机器人在颠簸或崎岖环境中受到的冲击，有助于保护机器人的结构和降低损坏的风险，提高了机器人的稳定性。
5、云台与第二控制台固定连接，双目深度相机固定在云台上。云台可以在水平和垂直方向上进行旋转，灵活调整搭载在上面的双目深度相机的方向，扩展机器人的感知范围。双目深度相机通过获取场景中不同点的视差信息得到物体的位置信息，探测环境参数，使机器人更准确地感知和理解周围环境，为机器人的作业提供支撑。
6、作业装置包括机械臂与末端夹具，机械臂包括机械臂底座、底座旋转电机、第一机械臂、第一旋转电机、第二机械臂、第二旋转电机、第三机械臂和末端旋转电机，第一机械臂的下端通过底座旋转电机与机械臂底座旋转连接，其上端通过第一旋转电机与第二机械臂旋转连接；第二机械臂通过第二旋转电机与第三机械臂旋转连接；第三机械臂通过末端旋转电机与末端夹具旋转连接。机器人的作业装置用于抓取、移动或操纵目标物体，完成作业任务。
7、控制装置包括第一控制台和第二控制台，第二控制台中固定有控制装置一、控制装置二和第一控制盒，第一控制台中固定有控制装置三、控制装置四、控制装置五和第二控制盒。第一控制盒和第二控制盒中均设置有单片机和气泵，五个控制装置均设置有四个舵机和舵盘。第一控制盒中的单片机驱动控制装置一和控制装置二的舵机带动舵盘旋转，牵拉腿部钓鱼线，实现对右前方和左前方腿式行走机构的弯曲控制，第一控制盒中的单片机驱动气泵，实现对右前方和左前方腿式行走机构末端吸盘的吸附控制。第二控制盒中的单片机驱动控制装置三、控制装置四和控制装置五的舵机带动舵盘旋转，牵拉钓鱼线，实现对右后方和左后方腿式行走机构和柔性脊柱的弯曲控制，第二控制盒中的单片机驱动气泵，实现对右后方和左后方腿式行走机构末端吸盘的吸附控制。
8、四个腿式行走机构结构一致，因此以机器人左前方腿式行走机构为例进行分析。腿式行走机构主要包括脚趾、硅胶外壳、腿部钓鱼线、气管、褶状纹理、吸盘、微型舵机。硅胶外壳主要由硅胶灌注而成，保证了腿式行走机构的柔软度，缓解冲击降低损坏风险。硅胶外壳内嵌有弹簧骨架，为腿部提供结构性支撑与弯曲能力。气管从弹簧骨架内腔穿过，连接控制台中第一控制盒的气泵与吸盘。第一控制盒中的单片机驱动控制装置二中的四个舵机，舵机分别带动舵盘旋转牵拉均匀嵌在硅胶外壳中的四根腿部钓鱼线，使腿式行走机构实现全方位的偏转和弯曲。腿式行走机构末端均匀分布有四个结构一致的脚趾，脚趾主要由硅胶灌注而成，外层硅胶包裹住脚趾中间的钢片，钢片为脚趾提供了支撑与弯曲能力，硅胶外壳内设置有微型舵机，微型舵机牵拉脚趾钓鱼线，脚趾钓鱼线作为u形肌腱驱动脚趾实现不同程度的弯曲变形。
9、本技术涉及的基于柔性仿生结构的异构探测和作业一体化机器人具有两种工作模式，可以适应各种工作环境，完成探测与作业任务。
10、工作模式一：在平坦且规则的地形中，腿式行走机构收起，主要利用轮式行走机构进行移动。结合表1可知，轮式行走机构在平坦环境中具有高效的移动性，可以提高机器人的效率。同时利用双目深度相机完成探测任务，利用机械臂与夹具完成作业。
11、工作模式二：在不规则、崎岖或需要攀爬地形中，主要利用腿式行走机构进行移动。结合表1可知，腿式行走机构为机器人提供稳定的支撑，具有很强的越障能力，使机器人更具有穿越性和探测性。腿部表面的褶状纹理可以适应不同形状或高度的表面，使腿部的接触面积更大，提供更好的摩擦力。末端的吸盘与脚趾可以增强附着力，防止机器人在本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于柔性仿生结构的异构探测和作业一体化机器人，其特征在于，包括行走装置、躯干装置、头部环境感知装置、作业装置、控制装置，其中，所述行走装置包括轮式行走机构、腿式行走机构；所述躯干装置包括柔性脊柱；所述头部环境感知装置包括双目深度相机、云台；所述作业装置包括机械臂、末端夹具；所述控制装置包括第一控制台、第二控制台；所述柔性脊柱位于所述第一控制台与所述第二控制台的连接处，其中所述柔性脊柱由硅胶灌注而成，所述柔性脊柱中均匀贯穿四根脊柱钓鱼线；所述云台与所述第二控制台固定连接，所述双目深度相机固定在所述云台上，所述云台能够在水平和垂直方向上进行旋转；所述第一控制台与所述机械臂之间通过螺栓固定连接；所述第一控制台中固定有控制装置三、控制装置四、控制装置五和第二控制盒；所述第二控制台中固定有控制装置一、控制装置二和第一控制盒；所述第一控制盒和所述第二控制盒中均设置有单片机和气泵；所述腿式行走机构可收起以使得所述机器人依靠所述轮式行走机构进行移动。
2.根据权利要求1所述的基于柔性仿生结构的异构探测和作业一体化机器人，其特征在于，所述机械臂包括机械臂底座、底座旋转电机、第一
3.根据权利要求2所述的基于柔性仿生结构的异构探测和作业一体化机器人，其特征在于，所述第一机械臂的下端通过所述底座旋转电机与所述机械臂底座旋转连接，所述第一机械臂的上端通过所述第一旋转电机与所述第二机械臂旋转连接；所述第二机械臂通过所述第二旋转电机与所述第三机械臂旋转连接；所述第三机械臂通过所述末端旋转电机与所述末端夹具旋转连接。
4.根据权利要求1所述的基于柔性仿生结构的异构探测和作业一体化机器人，其特征在于，四个所述腿式行走机构结构一致，所述腿式行走机构包括脚趾、硅胶外壳、腿部钓鱼线、气管、褶状纹理、吸盘、微型舵机；所述硅胶外壳由硅胶灌注而成，所述硅胶外壳内嵌有弹簧骨架；所述气管从所述弹簧骨架内腔穿过，所述气管的一端连接所述控制台中所述控制盒的气泵，所述气管的另一端连接所述吸盘。
5.根据权利要求4所述的基于柔性仿生结构的异构探测和作业一体化机器人，其特征在于，所述控制装置一、控制装置二、控制装置三、控制装置四、控制装置五内均设置有四个舵机和四个舵盘。
6.根据权利要求5所述的基于柔性仿生结构的异构探测和作业一体化机器人，其特征在于，所述第一控制盒中的所述单片机驱动所述控制装置一和所述控制装置二的所述舵机带动所述舵盘旋转，牵拉所述腿部钓鱼线，实现对右前方和左前方所述腿式行走机构的弯曲控制。
7.根据权利要求6所述的基于柔性仿生结构的异构探测和作业一体化机器人，其特征在于，所述第二控制盒中的所述单片机驱动所述控制装置三和所述控制装置四的所述舵机带动所述舵盘旋转，牵拉所述腿部钓鱼线，实现对右后方和左后方所述腿式行走机构的弯曲控制。
8.根据权利要求7所述的基于柔性仿生结构的异构探测和作业一体化机器人，其特征在于，所述第二控制盒中的所述单片机驱动所述控制装置五的所述舵机带动所述舵盘旋转，牵拉所述脊柱钓鱼线，实现对所述柔性脊柱的弯曲控制。
9.根据权利要求8所述的基于柔性仿生结构的异构探测和作业一体化机器人，其特征在于，所述第一控制盒中的所述单片机驱动所述气泵，实现对右前方和左前方所述腿式行走机构末端所述吸盘的吸附控制；所述第二控制盒中的所述单片机驱动所述气泵，实现对右后方和左后方所述腿式行走机构末端所述吸盘的吸附控制。
10.根据权利要求9所述的基于柔性仿生结构的异构探测和作业一体化机器人，其特征在于，所述腿式行走机构末端均匀分布有四个结构一致的所述脚趾，所述脚趾由硅胶灌注而成，外层硅胶包裹住所述脚趾中间的钢片，所述钢片为所述脚趾提供了支撑与弯曲能力，所述硅胶外壳内设置有所述微型舵机，所述微型舵机牵拉所述脚趾钓鱼线，所述脚趾钓鱼线作为U形肌腱驱动所述脚趾实现不同程度的弯曲变形。
...【技术特征摘要】
1.一种基于柔性仿生结构的异构探测和作业一体化机器人，其特征在于，包括行走装置、躯干装置、头部环境感知装置、作业装置、控制装置，其中，所述行走装置包括轮式行走机构、腿式行走机构；所述躯干装置包括柔性脊柱；所述头部环境感知装置包括双目深度相机、云台；所述作业装置包括机械臂、末端夹具；所述控制装置包括第一控制台、第二控制台；所述柔性脊柱位于所述第一控制台与所述第二控制台的连接处，其中所述柔性脊柱由硅胶灌注而成，所述柔性脊柱中均匀贯穿四根脊柱钓鱼线；所述云台与所述第二控制台固定连接，所述双目深度相机固定在所述云台上，所述云台能够在水平和垂直方向上进行旋转；所述第一控制台与所述机械臂之间通过螺栓固定连接；所述第一控制台中固定有控制装置三、控制装置四、控制装置五和第二控制盒；所述第二控制台中固定有控制装置一、控制装置二和第一控制盒；所述第一控制盒和所述第二控制盒中均设置有单片机和气泵；所述腿式行走机构可收起以使得所述机器人依靠所述轮式行走机构进行移动。
2.根据权利要求1所述的基于柔性仿生结构的异构探测和作业一体化机器人，其特征在于，所述机械臂包括机械臂底座、底座旋转电机、第一机械臂、第一旋转电机、第二机械臂、第二旋转电机、第三机械臂和末端旋转电机。
3.根据权利要求2所述的基于柔性仿生结构的异构探测和作业一体化机器人，其特征在于，所述第一机械臂的下端通过所述底座旋转电机与所述机械臂底座旋转连接，所述第一机械臂的上端通过所述第一旋转电机与所述第二机械臂旋转连接；所述第二机械臂通过所述第二旋转电机与所述第三机械臂旋转连接；所述第三机械臂通过所述末端旋转电机与所述末端夹具旋转连接。
4.根据权利要求1所述的基于柔性仿生结构的异构探测和作业一体化机器人，其特征在于，四个所述腿式行走机构结构一致，所述腿式行走机构包括脚趾、硅胶外壳、腿部钓鱼线、气管、褶状纹理、吸盘、微型舵机；所述硅胶外壳由硅胶灌注而成，所述硅胶外壳内嵌有弹簧骨架；所述气管从所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：彭金柱，马瑞乐，周博文，杨耀雨，刘亚强，庞敏丽，李康军，张寒乐，周良，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：新型
国别省市：
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