專(zhuān)利名稱(chēng)：變剛度并聯(lián)關(guān)節(jié)蛇形機(jī)器人機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機(jī)器人研究和工程領(lǐng)域，具體是指一種變剛度并聯(lián)關(guān)節(jié)蛇形機(jī)器人機(jī) 構(gòu)，該機(jī)構(gòu)有助于蛇形機(jī)器人執(zhí)行偵察搜救任務(wù)。技術(shù)背景
蛇形機(jī)器人是一種典型的仿生機(jī)器人，能夠模仿自然界蛇類(lèi)生物的無(wú)肢運(yùn)動(dòng)，克 服傳統(tǒng)輪式、履帶式、腿式等行走方式地形適應(yīng)性單一的缺點(diǎn)，在災(zāi)害搜救、軍事偵察領(lǐng)域 展示出巨大的應(yīng)用前景。然而蛇形機(jī)器人的關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)及輔助運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)性能的局 限性給蛇形機(jī)器人用于實(shí)際災(zāi)害搜救和軍事偵察帶來(lái)困難。
目前蛇形機(jī)器人多采用剛性關(guān)節(jié)，例如日本東京工業(yè)大學(xué)研制的ACM-R5蛇形機(jī) 器人采用兩臺(tái)伺服電機(jī)通過(guò)齒輪減速機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)萬(wàn)向節(jié)關(guān)節(jié)偏轉(zhuǎn)。剛性關(guān)節(jié)可以準(zhǔn)確輸出 位姿，但缺乏地形自適應(yīng)性，而且受到外來(lái)力矩沖擊時(shí)容易損壞。一些學(xué)者研制出由橡膠 棒、彈簧或氣囊構(gòu)成的柔性關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，比如德國(guó)GMD-Snake蛇形機(jī)器人運(yùn)動(dòng)單元采用橡膠 棒做關(guān)節(jié)，通過(guò)繩驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)偏轉(zhuǎn)。柔性關(guān)節(jié)能提高蛇形機(jī)器人地面附著力，受到外力沖 擊不易損壞，但由于機(jī)體缺乏剛度，抬起一些運(yùn)動(dòng)單元后易發(fā)生側(cè)偏、傾覆，給偵察探測(cè)帶 來(lái)不便。在驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)方面，多數(shù)蛇形機(jī)器人機(jī)構(gòu)每個(gè)自由度由一臺(tái)電機(jī)經(jīng)齒輪減速驅(qū)動(dòng)， 為獲得足夠的輸出力矩需要采用多級(jí)齒輪減速，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)復(fù)雜，當(dāng)相鄰兩個(gè)軸只有一個(gè)軸 運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)造成一臺(tái)驅(qū)動(dòng)器閑置，使得機(jī)構(gòu)整體驅(qū)動(dòng)效率不高。目前蛇形機(jī)器人采用的輔助 運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)主要有被動(dòng)輪、履帶、正交主動(dòng)輪、魚(yú)鰭等。例如中國(guó)國(guó)防科大于2001年研制的 蛇形機(jī)器人采用被動(dòng)輪減小蜿蜒運(yùn)動(dòng)摩擦阻力；專(zhuān)利CN100410128C為哈工大研制的多節(jié) 履帶式搜索機(jī)器人，其運(yùn)動(dòng)單元外部覆蓋有履帶，使之在縫隙中具備較強(qiáng)的運(yùn)動(dòng)能力；德國(guó) GMD-Snake2運(yùn)動(dòng)單元外帶有一圈小直徑主動(dòng)輪,其轉(zhuǎn)軸與運(yùn)動(dòng)單元中心軸正交，使機(jī)器人 具備一定的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)能力。然而這些輔助運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)在充滿(mǎn)泥沙、雜草的實(shí)際環(huán)境中容易被 雜物阻塞而失效。專(zhuān)利CN101746237A為沈陽(yáng)自動(dòng)化所研制的兩棲蛇形機(jī)器人，外表帶有魚(yú) 鰭有助于增大水下推進(jìn)力和保持姿態(tài)穩(wěn)定，但降低其在復(fù)雜障礙物間穿行的能力。
為使蛇形機(jī)器人早日在各種領(lǐng)域發(fā)揮作用，需要從機(jī)構(gòu)創(chuàng)新入手探索新型關(guān)節(jié)機(jī) 構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和輔助運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，研制地形適應(yīng)性強(qiáng)、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、任務(wù)適用面廣的新型蛇形機(jī) 器人。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有蛇形機(jī)器人機(jī)構(gòu)地形適應(yīng)性及任務(wù)適用性的諸多固有 缺陷，提供一種具有變剛度并聯(lián)關(guān)節(jié)和隔振主動(dòng)輪的蛇形機(jī)器人，提高蛇形機(jī)器人在多種 地形環(huán)境下運(yùn)動(dòng)時(shí)的快速性和穩(wěn)定性。
本發(fā)明是采用以下技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)的
一種變剛度并聯(lián)關(guān)節(jié)蛇形機(jī)器人機(jī)構(gòu)，由多個(gè)運(yùn)動(dòng)單元14串聯(lián)構(gòu)成；其特征在 于所述運(yùn)動(dòng)單元14帶有固定U支鏈1、正向變剛度直線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器6、負(fù)向變剛度直線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器7和平行主動(dòng)輪13四個(gè)功能模塊；正向變剛度直線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器6、負(fù)向變剛度直線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器7分別通過(guò)鉸鏈機(jī)構(gòu)與固定U支鏈I相連接，正向連接點(diǎn)2和負(fù)向連接點(diǎn)3固定在固定U支鏈I 上，正向連接點(diǎn)2、負(fù)向連接點(diǎn)3與固定U支鏈I靠近正向連接點(diǎn)2和負(fù)向連接點(diǎn)3的端點(diǎn)連線(xiàn)構(gòu)成等腰直角三角形；正向變剛度直線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器6、負(fù)向變剛度直線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器7以及固定U 支鏈I遠(yuǎn)離正向連接點(diǎn)2和負(fù)向連接點(diǎn)3的端點(diǎn)分別固定有正向萬(wàn)向鉸8、負(fù)向萬(wàn)向鉸9和中心萬(wàn)向鉸10 ;相鄰運(yùn)動(dòng)單元連接時(shí)，一個(gè)運(yùn)動(dòng)單元的正向萬(wàn)向鉸8、負(fù)向萬(wàn)向鉸9和中心萬(wàn)向鉸10分別與另一個(gè)運(yùn)動(dòng)單元的正向連接點(diǎn)2、負(fù)向連接點(diǎn)3和固定U支鏈I相連接；
所述平行主動(dòng)輪13包括容器式輪輞18、螺旋形輪胎19、內(nèi)齒輪28、輪輞加固圈20;通過(guò)底座端蓋軸承31和關(guān)節(jié)端蓋軸承32分別與底座端蓋33和關(guān)節(jié)端蓋34相連接，主動(dòng)輪電機(jī)27通過(guò)電機(jī)支架30與關(guān)節(jié)端蓋34相固連，通過(guò)外齒輪29帶動(dòng)平行主動(dòng)輪13繞固定U支鏈I軸向連續(xù)旋轉(zhuǎn)；
所述螺旋形輪胎19的形狀為完整的圓形；由多個(gè)長(zhǎng)條形柔性材料螺旋狀固定于容器式輪輞18表面制成；
所述固定U支鏈I由關(guān)節(jié)連接板36、電路板固定架39、底座端蓋定位螺栓40、電池組定位板41、電池組固定套42、中心萬(wàn)向節(jié)聯(lián)軸器45、關(guān)節(jié)端蓋定位板46固連到中心脊柱 35構(gòu)成；
所述底座端蓋33和關(guān)節(jié)端蓋34分別通過(guò)底座端蓋隔振圈23和關(guān)節(jié)端蓋隔振圈 25與中心脊柱35相連,并通過(guò)底座端蓋定位圈24和關(guān)節(jié)端蓋定位圈26與底座端蓋定位螺栓40和關(guān)節(jié)端蓋定位板46相連。
前述的正向變剛度直線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器6和負(fù)向變剛度直線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器7結(jié)構(gòu)相同，采用直線(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)將電機(jī)54的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€(xiàn)運(yùn)動(dòng)。
前述的正向變剛度直線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器6和負(fù)向變剛度直線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器7由結(jié)構(gòu)框架、直線(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和變剛度驅(qū)動(dòng)器三部分組成。
前述的結(jié)構(gòu)框架由驅(qū)動(dòng)器底座63和光軸69固連構(gòu)成。
前述的直線(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)包含電機(jī)54、聯(lián)軸器62、螺桿67和螺母68 ；電機(jī)54與驅(qū)動(dòng)器底座63固連，螺桿67通過(guò)聯(lián)軸器62與電機(jī)54輸出軸固連，螺母68與螺桿67連接。
前述的變剛度驅(qū)動(dòng)器的滑動(dòng)底座61上固定有兩個(gè)滑動(dòng)軸承70，沿著光軸69滑動(dòng)； 鐵芯59與滑動(dòng)底座61固連，螺母定位管76與鐵芯59固連，螺母68與鐵芯59固連，線(xiàn)圈 65與鐵芯59固連，線(xiàn)圈密封管72與線(xiàn)圈65和鐵芯59固連；下端蓋60上固定有一組密封>j-U ρ α裝直。
前述的密封裝置由導(dǎo)磁環(huán)75、永磁環(huán)74、永磁密封環(huán)73和橡膠密封圈55組成，與鐵芯59為密封、滑動(dòng)接觸；磁軛66兩端分別固連有下端蓋60和傳動(dòng)桿57，磁軛66與鐵芯 59、線(xiàn)圈密封管72之間存在間隙；傳動(dòng)桿57內(nèi)側(cè)固定有另一組密封裝置。
前述的另一組密封裝置與傳動(dòng)桿57、鐵芯59和磁軛66圍成的空間為上磁流變腔 56 ；由下端蓋60、鐵芯59、磁軛66以及密封裝置圍成的空間為下磁流變腔77，上磁流變腔 56和下磁流變腔77內(nèi)充滿(mǎn)磁流變液；磁軛66、下端蓋60、傳動(dòng)桿57以及兩組密封裝置構(gòu)成動(dòng)子，動(dòng)子可沿著鐵芯59中心軸做直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)；在上磁流變腔56和下磁流變腔77中分別有一個(gè)復(fù)位彈簧58,復(fù)位彈簧58兩端分別與導(dǎo)磁環(huán)75和鐵芯59相接觸。
前述的鐵芯59內(nèi)側(cè)結(jié)構(gòu)為管狀， 直線(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)位于鐵芯59內(nèi)側(cè)。
前述的傳動(dòng)桿57實(shí)心圓柱部分與圓管部分的交界處附近有貫通的導(dǎo)氣孔，使直 線(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、鐵芯59和傳動(dòng)桿57所圍成的腔室與外界大氣相通。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下明顯的優(yōu)勢(shì)和有益效果
(I)適用范圍廣。采用變剛度空間并聯(lián)關(guān)節(jié)構(gòu)成的蛇形機(jī)器人運(yùn)行于崎嶇地面時(shí) 具備較高的機(jī)體柔性，使之自動(dòng)適應(yīng)地形起伏，有助于提高摩擦驅(qū)動(dòng)效率；執(zhí)行偵察任務(wù)時(shí) 要求蛇形機(jī)器人抬起一部分運(yùn)動(dòng)單元以擴(kuò)大探測(cè)范圍，此時(shí)通過(guò)增加機(jī)體剛度能克服環(huán)境 擾動(dòng)帶來(lái)的姿態(tài)不穩(wěn)定性。
(2)機(jī)動(dòng)能力強(qiáng)。空間并聯(lián)關(guān)節(jié)輸出動(dòng)作時(shí)兩臺(tái)變剛度直線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器同時(shí)發(fā)揮驅(qū)動(dòng) 作用，又由于螺旋傳動(dòng)能將較小轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)化成較大推力，使得蛇形機(jī)器人關(guān)節(jié)具有強(qiáng)大的偏 轉(zhuǎn)力矩以及較高的承載能力，能夠抬起多個(gè)運(yùn)動(dòng)單元、跨越較高障礙；蛇形機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過(guò)程 中可以迅速在不同運(yùn)動(dòng)模式之間切換；蛇形機(jī)器人通過(guò)平行主動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)前進(jìn)時(shí)，變剛度直 線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器和隔振圈發(fā)揮阻尼減振作用，有效降低振動(dòng)給機(jī)器人本體以及運(yùn)動(dòng)控制帶來(lái)的不 利影響，提高越野機(jī)動(dòng)速度。
(3)結(jié)構(gòu)魯棒性強(qiáng)。變剛度直線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器采用螺旋副將電機(jī)輸出的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)直接轉(zhuǎn) 化為直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輸出力矩大、承載力大的特點(diǎn)以及自鎖功能，使得運(yùn)動(dòng)單元 內(nèi)有較大預(yù)留空間可布置控制電路、電池組、平行主動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；當(dāng)蛇形機(jī)器人需要維持 姿態(tài)不變時(shí)無(wú)需對(duì)直線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器電機(jī)通電；蛇形機(jī)器人受外力沖擊時(shí)分?jǐn)偟矫總€(gè)關(guān)節(jié)的沖擊 力被兩臺(tái)變剛度直線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器分散吸收，不易造成機(jī)械結(jié)構(gòu)破壞，提高了機(jī)器人結(jié)構(gòu)的魯棒性。


圖1是本發(fā)明的機(jī)構(gòu)總體示意圖2是本發(fā)明的運(yùn)動(dòng)單元機(jī)構(gòu)示意圖3是本發(fā)明的運(yùn)動(dòng)單元俯視圖4是本發(fā)明的運(yùn)動(dòng)單元內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖5是本發(fā)明的運(yùn)動(dòng)單元輪輞驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖6是圖3的A-A剖視圖7是本發(fā)明變剛度直線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器與中心脊柱位置關(guān)系俯視圖8是圖7的B-B剖視圖9是本發(fā)明的實(shí)例不意圖。
其中，I為固定U支鏈，2為正向連接點(diǎn)，3為負(fù)向連接點(diǎn)，4為正向球鉸，5為負(fù)向球鉸，6為正向變剛度直線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器，7為負(fù)向變剛度直線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器，8為正向萬(wàn)向鉸，9為負(fù)向萬(wàn) 向鉸，10為中心萬(wàn)向鉸,11為底座端蓋,12為關(guān)節(jié)端蓋,13為平行主動(dòng)輪,14為運(yùn)動(dòng)單元, 18為容器式輪輞，19為螺旋形輪胎，20為輪輞加固圈，21為底座端蓋定位環(huán)，22為關(guān)節(jié)端蓋 定位環(huán)，23為底座端蓋隔振圈，24為底座端蓋定位圈，25為關(guān)節(jié)端蓋隔振圈，26為關(guān)節(jié)端蓋 定位圈，27為主動(dòng)輪電機(jī)，28為內(nèi)齒輪，29為外齒輪，30為電機(jī)支架，31為底座端蓋軸承， 32為關(guān)節(jié)端蓋軸承，33為實(shí)例底座端蓋，34為實(shí)例關(guān)節(jié)端蓋，35為中心脊柱，36為關(guān)節(jié)連接 板，37為控制電路板,38為電池模塊,39為電路板固定架,40為底座端蓋定位螺栓,41為電 池組定位板，42為電池組固定套，43為正向連接螺栓，44為負(fù)向連接螺栓，45為中心萬(wàn)向節(jié)聯(lián)軸器，46為關(guān)節(jié)端蓋定位板，48為實(shí)例正向變剛度直線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器，49為實(shí)例負(fù)向變剛度直線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器，50為正向關(guān)節(jié)軸承，51為負(fù)向關(guān)節(jié)軸承，52為正萬(wàn)向節(jié)聯(lián)軸器，53為負(fù)萬(wàn)向節(jié)聯(lián)軸器，54為電機(jī)，55為橡膠密封圈，56為上磁流變腔，57為傳動(dòng)桿，58為復(fù)位彈簧，59為鐵芯，60為下端蓋，61為滑動(dòng)底座，62為聯(lián)軸器，63為驅(qū)動(dòng)器底座，64為定位螺栓，65為線(xiàn)圈， 66為磁軛，67為螺桿，68為螺母，69為光軸，70為滑動(dòng)軸承，72為線(xiàn)圈密封管，73為永磁密封環(huán)，74為永磁環(huán)，75為導(dǎo)磁環(huán)，76為螺母定位管，77為下磁流變腔，78為關(guān)節(jié)護(hù)套，79為頭部保護(hù)罩，80為尾部保護(hù)罩。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
請(qǐng)參閱圖1所示，本發(fā)明提供的變剛度并聯(lián)關(guān)節(jié)蛇形機(jī)器人機(jī)構(gòu)由多個(gè)相同的運(yùn)動(dòng)單元14串聯(lián)構(gòu)成；相鄰運(yùn)動(dòng)單元14之間通過(guò)兩自由度空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)連接；從蛇形機(jī)器人首部到尾部對(duì)每個(gè)運(yùn)動(dòng)單元進(jìn)行編號(hào)，分別編號(hào)為XI1、X1、X、IX、VII1、VI1、V1、V、IV、 II1、I1、I ;圖示運(yùn)動(dòng)狀態(tài)為U型輪式運(yùn)動(dòng)，XI1、X1、X、IX和1、I1、II1、IV運(yùn)動(dòng)單元與地面相接處，這些運(yùn)動(dòng)單元的變剛度直線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器輸出較小剛度，體現(xiàn)出阻尼減振功能；v、V1、 VI1、VIII運(yùn)動(dòng)單元抬離地面。
參見(jiàn)圖2，運(yùn)動(dòng)單元機(jī)構(gòu)示意圖。其中運(yùn)動(dòng)單元由固定U支鏈1、正向變剛度直線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器6、負(fù)向變剛度直線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器7和平行主動(dòng)輪13四大部分組成；固定U支鏈I位于運(yùn)動(dòng)單元中軸線(xiàn)上；正向連接點(diǎn)2和負(fù)向連接點(diǎn)3固定在固定U支鏈I上；正向變剛度直線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器6和負(fù)向變剛度直線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器7分別通過(guò)正向球鉸4和負(fù)向球鉸5與固定U支鏈I相連接；正向萬(wàn)向鉸8、負(fù)向萬(wàn)向鉸9和中心萬(wàn)向鉸10分別與正向變剛度直線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器6、負(fù)向變剛度直線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器7和固定U支鏈一端相連；以正向球鉸4和負(fù)向球鉸5連線(xiàn)與固定U支鏈 I交點(diǎn)O作為原點(diǎn)建立固定坐標(biāo)系0-ΧΥΖ，Y軸沿固定U支鏈I軸線(xiàn)方向，以中心萬(wàn)向鉸10 中心點(diǎn)為原點(diǎn)建立動(dòng)坐標(biāo)系P-X1Y1Z1,，Y1軸沿固定U支鏈I軸線(xiàn)方向；正向連接點(diǎn)2、負(fù)向連接點(diǎn)3和固定U支鏈I位于固定坐標(biāo)系O-XYZ —側(cè)的端點(diǎn)構(gòu)成等腰三角形；正向萬(wàn)向鉸8、負(fù)向萬(wàn)向鉸9和中心萬(wàn)向鉸10所在位置連線(xiàn)構(gòu)成等腰三角形；底座端蓋11和關(guān)節(jié)端蓋 12通過(guò)隔振裝置與固定U支鏈I相連；平行主動(dòng)輪13通過(guò)·軸承與底座端蓋11和關(guān)節(jié)端蓋 12相連；平行主動(dòng)輪13在運(yùn)動(dòng)單元內(nèi)部驅(qū)動(dòng)裝置帶動(dòng)下可繞固定U支鏈I軸線(xiàn)方向連續(xù)回轉(zhuǎn)。
前述正向變剛度直線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器6和負(fù)向變剛度直線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器7結(jié)構(gòu)相同，采用螺旋傳動(dòng)方式將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€(xiàn)運(yùn)動(dòng)，利用磁流變液或電流變液在受控磁場(chǎng)或電場(chǎng)作用下粘度改變的特點(diǎn)提供變剛度輸出特性，流變腔內(nèi)有兩個(gè)彈簧用于提供恢復(fù)力，整個(gè)變剛度直線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器在低剛度輸出的情況下具有阻尼減振功能。
按本發(fā)明的一個(gè)實(shí)例，前述固定U支鏈I由中心脊柱35以及與之固連的關(guān)節(jié)連接板36、正向連接螺栓43、負(fù)向連接螺栓44和中心萬(wàn)向節(jié)聯(lián)軸器45構(gòu)成；控制電路板37通過(guò)電路板固定架39固定在中心脊柱35上；電池模塊38通過(guò)電池組定位板41和電池組固定套42固定在中心脊柱35上。
按本發(fā)明的一個(gè)實(shí)例，前述平行主動(dòng)輪13由容器式輪輞18、螺旋形輪胎19、輪輞加固圈20、內(nèi)齒輪28組成，螺旋形輪胎19由若干長(zhǎng)條形柔性材料制造，斜向粘結(jié)于容器式輪輞18表面，從運(yùn)動(dòng)單元端面看這些螺旋形輪胎19的外側(cè)邊緣構(gòu)成完整的圓形輪廓；容器 式輪輞18與內(nèi)齒輪28和輪輞加固圈20固連，輪輞加固圈20與關(guān)節(jié)端蓋軸承32外圈固連， 容器式輪輞18與底座端蓋軸承31外圈固連；前述底座端蓋11由實(shí)例底座端蓋33、底座端 蓋軸承31、底座端蓋隔振圈23、底座端蓋定位圈24和底座端蓋定位環(huán)21組成，其中底座端 蓋軸承31內(nèi)圈固定在實(shí)例底座端蓋33上，底座端蓋定位環(huán)21固定在實(shí)例底座端蓋33上， 底座端蓋隔振圈23和底座端蓋定位圈24分別固定在實(shí)例底座端蓋33和底座端蓋定位環(huán)21上；前述關(guān)節(jié)端蓋12由實(shí)例關(guān)節(jié)端蓋34、關(guān)節(jié)端蓋軸承32、關(guān)節(jié)端蓋定位圈26、關(guān)節(jié)端 蓋隔振圈25、關(guān)節(jié)端蓋定位環(huán)22、主動(dòng)輪電機(jī)27、電機(jī)支架30和外齒輪29構(gòu)成，其中外齒 輪29與主動(dòng)輪電機(jī)27輸出軸固連，主動(dòng)輪電機(jī)27通過(guò)電機(jī)支架30與實(shí)例關(guān)節(jié)端蓋34固 連，關(guān)節(jié)端蓋軸承32內(nèi)圈與實(shí)例關(guān)節(jié)端蓋34固連，關(guān)節(jié)端蓋定位環(huán)22與實(shí)例關(guān)節(jié)端蓋34 固連，關(guān)節(jié)端蓋定位圈26與關(guān)節(jié)端蓋定位環(huán)22固連，關(guān)節(jié)端蓋隔振圈25與實(shí)例關(guān)節(jié)端蓋 34固連；平行主動(dòng)輪13在主動(dòng)輪電機(jī)27帶動(dòng)的外齒輪29和內(nèi)齒輪28驅(qū)動(dòng)下可繞中心脊 柱35連續(xù)回轉(zhuǎn)。
按本發(fā)明的一個(gè)實(shí)例，前述底座端蓋隔振圈23、底座端蓋定位圈24分別與中心脊 柱35和底座端蓋定位螺栓40固連；關(guān)節(jié)端蓋隔振圈25、關(guān)節(jié)端蓋定位圈26分別與中心脊 柱35和關(guān)節(jié)端蓋定位板46固連；其中關(guān)節(jié)端蓋定位板46與中心脊柱35固連，底座端蓋定 位螺栓40與關(guān)節(jié)連接板36固連。
按本發(fā)明的一個(gè)實(shí)例，前述正向變剛度直線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器6和負(fù)向變剛度直線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器7 分別對(duì)應(yīng)實(shí)例正向變剛度直線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器48和實(shí)例負(fù)向變剛度直線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器49 ;實(shí)例正向變剛 度直線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器48和實(shí)例負(fù)向變剛度直線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器49結(jié)構(gòu)相同，由結(jié)構(gòu)框架、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和變剛 度驅(qū)動(dòng)器三部分組成；其中結(jié)構(gòu)框架由驅(qū)動(dòng)器底座63和光軸69固連構(gòu)成；電機(jī)54與驅(qū)動(dòng) 器底座63固連，螺桿67通過(guò)聯(lián)軸器62與電機(jī)54輸出軸固連，螺母68通過(guò)螺旋副與螺桿67連接；滑動(dòng)底座61上固定有兩個(gè)滑動(dòng)軸承70，可沿著光軸69滑動(dòng)；鐵芯59與滑動(dòng)底座 61固連，螺母定位管76與鐵芯59固連，螺母68與鐵芯59固連，線(xiàn)圈65與鐵芯59固連，線(xiàn) 圈密封管72與線(xiàn)圈65和鐵芯59固連；下端蓋60上固定有一組密封裝置，該裝置由導(dǎo)磁環(huán) 75、永磁環(huán)74、永磁密封環(huán)73和橡膠密封圈55組成；磁軛66兩端分別固連有下端蓋60和 傳動(dòng)桿57,傳動(dòng)桿57內(nèi)側(cè)固定有另一組密封裝置；由傳動(dòng)桿57、鐵芯59和磁軛66圍成的 空間為上磁流變腔56 ;由下端蓋60、鐵芯59和磁軛66圍成的空間為下磁流變腔77 ;磁軛 66、下端蓋60、傳動(dòng)桿57以及兩組密封裝置構(gòu)成動(dòng)子，動(dòng)子可沿著鐵芯59中心軸做直線(xiàn)運(yùn) 動(dòng)；在上磁流變腔56和下磁流變腔77中分別有一個(gè)復(fù)位彈簧58，復(fù)位彈簧58兩端分別與 導(dǎo)磁環(huán)75和鐵芯59相接觸。
按本發(fā)明的一個(gè)實(shí)例，若干個(gè)運(yùn)動(dòng)單元14通過(guò)空間并聯(lián)關(guān)節(jié)串聯(lián)組成蛇形機(jī)器 人，相鄰運(yùn)動(dòng)單元14連接處的外部覆蓋有柔性膜材料制作的關(guān)節(jié)護(hù)套78，關(guān)節(jié)護(hù)套78分別 固定在相鄰運(yùn)動(dòng)單元14的實(shí)例底座端蓋33和實(shí)例關(guān)節(jié)端蓋34上，蛇形機(jī)器人首部運(yùn)動(dòng)單 元14的實(shí)例關(guān)節(jié)端蓋34上固定有頭部保護(hù)罩79，蛇形機(jī)器人尾部運(yùn)動(dòng)單元14的實(shí)例底座 端蓋33上固定有尾部保護(hù)罩80。
參見(jiàn)圖3，本發(fā)明運(yùn)動(dòng)單元俯視圖。柔性材質(zhì)的螺旋形輪胎19固定在剛性材質(zhì)的 容器式輪輞18表面，容器式輪輞18與輪輞加固圈20固連構(gòu)成可繞運(yùn)動(dòng)單元軸向連續(xù)旋轉(zhuǎn) 的主動(dòng)輪，起到輔助運(yùn)動(dòng)作用，同時(shí)該主動(dòng)輪覆蓋運(yùn)動(dòng)單元大部分表面，起到保護(hù)內(nèi)部機(jī)構(gòu)的作用；金屬材質(zhì)的正向連接螺栓43、負(fù)向連接螺栓44分別對(duì)應(yīng)機(jī)構(gòu)示意圖中正向連接點(diǎn) 2和負(fù)向連接點(diǎn)3 ;負(fù)向連接螺栓44、正向連接螺栓43固定在關(guān)節(jié)連接板36上，關(guān)節(jié)連接 板36固定在金屬材質(zhì)的中心脊柱35上，關(guān)節(jié)連接板36上用于固定負(fù)向連接螺栓44、正向 連接螺栓43和中心脊柱35的三個(gè)圓孔中心點(diǎn)連線(xiàn)構(gòu)成等腰直角三角形；中心萬(wàn)向節(jié)聯(lián)軸 器45固定在中心脊柱35 —端,對(duì)應(yīng)機(jī)構(gòu)示意圖中固定U支鏈I。
參見(jiàn)圖4，運(yùn)動(dòng)單元內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。實(shí)例關(guān)節(jié)端蓋34通過(guò)柔性材質(zhì)的關(guān)節(jié)端蓋 隔振圈25與中心脊柱35連接；關(guān)節(jié)端蓋軸承32內(nèi)圈與實(shí)例關(guān)節(jié)端蓋34固連，關(guān)節(jié)端蓋軸 承32外圈與輪輞加固圈20和內(nèi)齒輪28固連；底座端蓋軸承31內(nèi)圈與實(shí)例底座端蓋33固 連。
關(guān)節(jié)端蓋軸承32和底座端蓋軸承31是超薄密封深溝球軸承，型號(hào)為61820ZZ。
參見(jiàn)圖5，運(yùn)動(dòng)單元輪輞驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖。主動(dòng)輪電機(jī)27通過(guò)電機(jī)支架30固定在 實(shí)例關(guān)節(jié)端蓋34上，外齒輪29固定在主動(dòng)輪電機(jī)27輸出軸上，外齒輪29與內(nèi)齒輪28嚙 合；外齒輪29旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)內(nèi)齒輪28旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動(dòng)與內(nèi)齒輪28相固連的容器式輪輞18、輪 輞加固圈20以及關(guān)節(jié)端蓋軸承32的外圈旋轉(zhuǎn)；電路板固定架39與關(guān)節(jié)端蓋定位板46分 別固定在中心脊柱35上；相鄰運(yùn)動(dòng)單元連接時(shí)，后一個(gè)運(yùn)動(dòng)單元的正萬(wàn)向節(jié)聯(lián)軸器52、負(fù) 萬(wàn)向節(jié)聯(lián)軸器53和中心萬(wàn)向節(jié)聯(lián)軸器45分別與前一個(gè)運(yùn)動(dòng)單元的正向連接螺栓43、負(fù)向 連接螺栓44和中心脊柱35相固連。
本發(fā)明的實(shí)例中運(yùn)動(dòng)單元空間并聯(lián)關(guān)節(jié)繞X1軸(俯仰軸)偏轉(zhuǎn)角度范圍為 ±55°，繞Zji (偏航軸)偏轉(zhuǎn)角度范圍為±60°。主動(dòng)輪電機(jī)27的型號(hào)為42BYGH48134A， 靜力矩52N. cm ;內(nèi)齒輪28是模數(shù)為I齒數(shù)104的內(nèi)齒輪；外齒輪29是模數(shù)為I齒數(shù)30的 外齒輪。
參見(jiàn)圖6，圖3的A-A剖視圖。在實(shí)例關(guān)節(jié)端蓋34和實(shí)例底座端蓋33上分別固連 有關(guān)節(jié)端蓋定位環(huán)22和底座端蓋定位環(huán)21,柔性材質(zhì)的關(guān)節(jié)端蓋定位圈26和底座端蓋定 位圈24分別固定在關(guān)節(jié)端蓋定位環(huán)22和底座端蓋定位環(huán)21上；關(guān)節(jié)端蓋定位圈26和底 座端蓋定位圈24的中心圓孔通過(guò)螺絲分別與關(guān)節(jié)連接板36和關(guān)節(jié)端蓋定位板46相連；電 池模塊38通過(guò)電池組固定套42和電池組定位板41固定在中心脊柱35上；底座端蓋隔振 圈23、底座端蓋定位圈24、關(guān)節(jié)端蓋隔振圈25和關(guān)節(jié)端蓋定位圈26位于平行主動(dòng)輪機(jī)構(gòu) 與固定U支鏈I之間，柔性材質(zhì)使其能吸收一部分振動(dòng)能量；容器式輪輞18繞軸向旋轉(zhuǎn)并 與地面產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)摩擦力時(shí)，會(huì)對(duì)主動(dòng)輪電機(jī)27、實(shí)例關(guān)節(jié)端蓋34等機(jī)構(gòu)產(chǎn)生反向力矩，底 座端蓋定位圈24和關(guān)節(jié)端蓋定位圈26具有阻止主動(dòng)輪電機(jī)27、實(shí)例關(guān)節(jié)端蓋34等機(jī)構(gòu)反 向旋轉(zhuǎn)的作用。
參見(jiàn)圖7，變剛度直線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器與中心脊柱位置關(guān)系俯視圖，負(fù)萬(wàn)向節(jié)聯(lián)軸器53與 實(shí)例負(fù)向變剛度直線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器49的傳動(dòng)桿固連；實(shí)例負(fù)向變剛度直線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器49通過(guò)負(fù)向關(guān) 節(jié)軸承51與中心脊柱35連接；正萬(wàn)向節(jié)聯(lián)軸器52與實(shí)例正向變剛度直線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器48的傳 動(dòng)桿固連；實(shí)例正向變剛度直線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器48通過(guò)正向關(guān)節(jié)軸承50與中心脊柱35連接。
負(fù)向關(guān)節(jié)軸承51和正向關(guān)節(jié)軸承50為內(nèi)螺紋桿端關(guān)節(jié)軸承，型號(hào)為SI6C ;正萬(wàn) 向節(jié)聯(lián)軸器52、負(fù)萬(wàn)向節(jié)聯(lián)軸器53和中心萬(wàn)向節(jié)聯(lián)軸器45的型號(hào)均為HL-D123066型。
參見(jiàn)圖8，圖7的B-B剖視圖。主要由結(jié)構(gòu)框架、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和變剛度驅(qū)動(dòng)器三部分 組成。其中結(jié)構(gòu)框架由驅(qū)動(dòng)器底座63和光軸69固連而成；傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由電機(jī)54、聯(lián)軸器62、螺桿67、螺母68組成，其中電機(jī)54與驅(qū)動(dòng)器底座63固連，螺桿67通過(guò)聯(lián)軸器62與電機(jī) 54輸出軸固連，螺母68通過(guò)螺旋副與螺桿67連接，螺桿67在電機(jī)54帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)時(shí)，螺母68會(huì)沿著旋轉(zhuǎn)軸做直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)；滑動(dòng)底座61上固定有兩個(gè)滑動(dòng)軸承70，可沿著光軸69滑動(dòng)； 鐵磁材料制成的鐵芯59與滑動(dòng)底座61固連，螺母定位管76與鐵芯59固連，螺母68與鐵 芯59固連，線(xiàn)圈65與鐵芯59固連，高分子材料制成的線(xiàn)圈密封管72與線(xiàn)圈65和鐵芯59 固連；招合金材質(zhì)的下端蓋60上固定有鐵磁材料制成的導(dǎo)磁環(huán)75、永磁環(huán)74和橡膠密封 圈55,永磁環(huán)74內(nèi)徑一側(cè)固定有高分子材料制成的永磁密封環(huán)73 ;鐵磁材料制成的磁軛 66兩端分別固連有下端蓋60和傳動(dòng)桿57,招合金材質(zhì)的傳動(dòng)桿57內(nèi)側(cè)固定有另一組導(dǎo)磁 環(huán)75、永磁環(huán)74、永磁密封環(huán)73和橡膠密封圈55，其功能是對(duì)磁流變腔進(jìn)行密封；由傳動(dòng) 桿57、鐵芯59和磁軛66圍成的空間為上磁流變腔56 ；由下端蓋60、鐵芯59和磁軛66圍 成的空間為下磁流變腔77 ;磁軛66、下端蓋60、傳動(dòng)桿57以及兩組導(dǎo)磁環(huán)75、永磁環(huán)74、 永磁密封環(huán)73和橡膠密封圈55構(gòu)成動(dòng)子，動(dòng)子可沿著鐵芯59中心軸做直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)；在上磁 流變腔56和下磁流變腔77中分別有一個(gè)復(fù)位彈簧58，復(fù)位彈簧58兩端分別與導(dǎo)磁環(huán)75 和鐵芯59相接觸。
電機(jī)54為36BYGHM19044A型兩相混合步進(jìn)電機(jī)；螺母68的螺距為O. 8mm,公稱(chēng)直 徑為5mm ;螺桿67螺距為O. 8mm,公稱(chēng)直徑為5mm ;滑動(dòng)軸承70為無(wú)油自潤(rùn)滑軸承,型號(hào)為 SF1-0305。
變剛度直線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器沒(méi)有受到外力作用時(shí)位于初始位置，此時(shí)上磁流變腔56和下 磁流變腔77容積相同，位于上磁流變腔56和下磁流變腔77內(nèi)的復(fù)位彈簧58都處于松弛 狀態(tài)；需要變剛度直線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器輸出阻尼減振特性時(shí)無(wú)需對(duì)線(xiàn)圈65通電，線(xiàn)圈密封管72與磁 軛66之間的磁流變液呈現(xiàn)牛頓流體狀態(tài)，上磁流變腔56和下磁流變腔77內(nèi)的磁流變液可 以相互流通，當(dāng)外力作用使磁流變液高速流過(guò)縫隙時(shí)會(huì)消耗一部分能量，由此減小振動(dòng)沖 擊對(duì)蛇形機(jī)器人關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)的影響；分布于兩個(gè)磁流變腔內(nèi)的復(fù)位彈簧58參數(shù)相同，動(dòng)子偏 離初始位置向兩側(cè)運(yùn)動(dòng)時(shí)獲得的恢復(fù)力大小相同；當(dāng)需要變剛度直線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器保持剛度時(shí)， 線(xiàn)圈65通電,鐵芯59和磁軛66構(gòu)成磁路,位于鐵芯59和磁軛66之間縫隙內(nèi)的磁流變液 在外界磁場(chǎng)作用下轉(zhuǎn)變?yōu)檎乘荏w，具有一定的抗剪切應(yīng)力，阻礙兩個(gè)磁流變腔內(nèi)磁流變液 相互流動(dòng)，使傳動(dòng)桿57輸出一定的剛度特性。
按照以上方案實(shí)施就能達(dá)到本發(fā)明的目的。
以上僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而 理解為對(duì)本發(fā)明專(zhuān)利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫 離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，或?qū)⒈景l(fā)明的一部分內(nèi)容用于其他 產(chǎn)品上，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種變剛度并聯(lián)關(guān)節(jié)蛇形機(jī)器人機(jī)構(gòu)，由多個(gè)運(yùn)動(dòng)單元(14)串聯(lián)構(gòu)成；其特征在于所述運(yùn)動(dòng)單元(14)帶有固定U支鏈(I)、正向變剛度直線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器(6)、負(fù)向變剛度直線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器(7)和平行主動(dòng)輪(13)四個(gè)功能模塊；正向變剛度直線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器(6)、負(fù)向變剛度直線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器(7 )分別通過(guò)鉸鏈機(jī)構(gòu)與固定U支鏈(I)相連接，正向連接點(diǎn)(2 )和負(fù)向連接點(diǎn)(3 ) 固定在固定U支鏈(I)上，正向連接點(diǎn)(2)、負(fù)向連接點(diǎn)(3)與固定U支鏈(I)靠近正向連接點(diǎn)(2)和負(fù)向連接點(diǎn)(3)的端點(diǎn)連線(xiàn)構(gòu)成等腰直角三角形；正向變剛度直線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器(6)、負(fù)向變剛度直線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器(7)以及固定U支鏈(I)遠(yuǎn)離正向連接點(diǎn)(2)和負(fù)向連接點(diǎn)(3)的端點(diǎn)分別固定有正向萬(wàn)向鉸(8)、負(fù)向萬(wàn)向鉸(9)和中心萬(wàn)向鉸(10);相鄰運(yùn)動(dòng)單元連接時(shí)， 一個(gè)運(yùn)動(dòng)單元的正向萬(wàn)向鉸(8)、負(fù)向萬(wàn)向鉸(9)和中心萬(wàn)向鉸(10)分別與另一個(gè)運(yùn)動(dòng)單元的正向連接點(diǎn)(2)、負(fù)向連接點(diǎn)(3)和固定U支鏈(I)相連接；所述平行主動(dòng)輪(13)包括容器式輪輞(18)、螺旋形輪胎(19)、內(nèi)齒輪(28)、輪輞加固圈(20);通過(guò)底座端蓋軸承(31)和關(guān)節(jié)端蓋軸承(32)分別與底座端蓋(33)和關(guān)節(jié)端蓋 (34 )相連接，主動(dòng)輪電機(jī)(27 )通過(guò)電機(jī)支架(30 )與關(guān)節(jié)端蓋(34 )相固連，通過(guò)外齒輪(29 ) 帶動(dòng)平行主動(dòng)輪(13)繞固定U支鏈(I)軸向連續(xù)旋轉(zhuǎn)；所述螺旋形輪胎(19)的形狀為完整的圓形；由多個(gè)長(zhǎng)條形柔性材料螺旋狀固定于容器式輪輞(18)表面制成；所述固定U支鏈(I)由關(guān)節(jié)連接板(36 )、電路板固定架(39 )、底座端蓋定位螺栓(40 )、 電池組定位板(41)、電池組固定套(42)、中心萬(wàn)向節(jié)聯(lián)軸器(45)、關(guān)節(jié)端蓋定位板(46)固連到中心脊柱(35)構(gòu)成；所述底座端蓋(33)和關(guān)節(jié)端蓋(34)分別通過(guò)底座端蓋隔振圈(23)和關(guān)節(jié)端蓋隔振圈(25)與中心脊柱(35)相連,并通過(guò)底座端蓋定位圈(24)和關(guān)節(jié)端蓋定位圈(26)與底座端蓋定位螺栓(40)和關(guān)節(jié)端蓋定位板(46)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變剛度并聯(lián)關(guān)節(jié)蛇形機(jī)器人機(jī)構(gòu)，其特征在于所述的正向變剛度直線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器(6)和負(fù)向變剛度直線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器(7)結(jié)構(gòu)相同，采用直線(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)將電機(jī)(54)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€(xiàn)運(yùn)動(dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變剛度并聯(lián)關(guān)節(jié)蛇形機(jī)器人機(jī)構(gòu)，其特征在于所述的正向變剛度直線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器(6)和負(fù)向變剛度直線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器(7)由結(jié)構(gòu)框架、直線(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和變剛度驅(qū)動(dòng)器三部分組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的變剛度并聯(lián)關(guān)節(jié)蛇形機(jī)器人機(jī)構(gòu)，其特征在于所述的結(jié)構(gòu)框架由驅(qū)動(dòng)器底座(63)和光軸(69)固連構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的變剛度并聯(lián)關(guān)節(jié)蛇形機(jī)器人機(jī)構(gòu)，其特征在于所述的直線(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)包含電機(jī)(54)、聯(lián)軸器(62)、螺桿(67)和螺母(68);電機(jī)(54)與驅(qū)動(dòng)器底座 (63)固連，螺桿(67)通過(guò)聯(lián)軸器(62)與電機(jī)(54)輸出軸固連，螺母(68)與螺桿(67)連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的變剛度并聯(lián)關(guān)節(jié)蛇形機(jī)器人機(jī)構(gòu)，其特征在于所述的變剛度驅(qū)動(dòng)器的滑動(dòng)底座(61)上固定有兩個(gè)滑動(dòng)軸承(70)，沿著光軸(69)滑動(dòng)；鐵芯(59)與滑動(dòng)底座(61)固連，螺母定位管(76)與鐵芯(59)固連，螺母(68)與鐵芯(59)固連，線(xiàn)圈(65)與鐵芯(59)固連，線(xiàn)圈密封管(72)與線(xiàn)圈(65)和鐵芯(59)固連；下端蓋(60)上固定有一組密封裝置。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的變剛度并聯(lián)關(guān)節(jié)蛇形機(jī)器人機(jī)構(gòu)，其特征在于所述的密封裝置由導(dǎo)磁環(huán)(75)、永磁環(huán)(74)、永磁密封環(huán)(73)和橡膠密封圈(55)組成，與鐵芯(59)為密封、滑動(dòng)接觸；磁軛(66)兩端分別固連有下端蓋(60)和傳動(dòng)桿(57),磁軛(66)與鐵芯(59)、線(xiàn)圈密封管(72)之間存在間隙；傳動(dòng)桿(57)內(nèi)側(cè)固定有另一組密封裝置。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的變剛度并聯(lián)關(guān)節(jié)蛇形機(jī)器人機(jī)構(gòu)，其特征在于所述的另一組密封裝置與傳動(dòng)桿(57 )、鐵芯(59 )和磁軛(66 )圍成的空間為上磁流變腔(56 );由下端蓋(60)、鐵芯(59)、磁軛(66)以及密封裝置圍成的空間為下磁流變腔(77)，上磁流變腔(56) 和下磁流變腔(77)內(nèi)充滿(mǎn)磁流變液；磁軛(66)、下端蓋(60)、傳動(dòng)桿(57)以及兩組密封裝置構(gòu)成動(dòng)子，動(dòng)子可沿著鐵芯(59)中心軸做直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)；在上磁流變腔(56)和下磁流變腔 (77)中分別有一個(gè)復(fù)位彈簧(58)，復(fù)位彈簧(58)兩端分別與導(dǎo)磁環(huán)(75)和鐵芯(59)相接觸。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的變剛度并聯(lián)關(guān)節(jié)蛇形機(jī)器人機(jī)構(gòu)，其特征在于所述的鐵芯 (59)內(nèi)側(cè)結(jié)構(gòu)為管狀，直線(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)位于鐵芯(59)內(nèi)側(cè)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的變剛度并聯(lián)關(guān)節(jié)蛇形機(jī)器人機(jī)構(gòu)，其特征在于所述的傳動(dòng)桿(57)實(shí)心圓柱部分與圓管部分的交界處附近有貫通的導(dǎo)氣孔，使直線(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、鐵芯(59)和傳動(dòng)桿(57)所圍成的腔室與外界大氣相通。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種變剛度并聯(lián)關(guān)節(jié)蛇形機(jī)器人機(jī)構(gòu)，屬于機(jī)器人領(lǐng)域。機(jī)器人由若干運(yùn)動(dòng)單元串聯(lián)構(gòu)成，每個(gè)運(yùn)動(dòng)單元含有兩自由度空間并聯(lián)關(guān)節(jié)，關(guān)節(jié)由一條固定U支鏈、兩條SPDU主動(dòng)支鏈構(gòu)成，主動(dòng)支鏈含有變剛度直線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器；旋轉(zhuǎn)軸與固定U支鏈平行的主動(dòng)輪構(gòu)成運(yùn)動(dòng)單元輪廓，通過(guò)能抵消反向力矩的隔振裝置與固定U支鏈連接。優(yōu)點(diǎn)在于主動(dòng)支鏈剛度、阻尼受控可變，使蛇形機(jī)器人既可以通過(guò)增加關(guān)節(jié)柔性提高地形適應(yīng)能力，又可以通過(guò)增加關(guān)節(jié)剛度提高姿態(tài)精確性與穩(wěn)定性，從而增加本發(fā)明的適用性；機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的振動(dòng)被隔振裝置以及主動(dòng)支鏈吸收，提高蛇形機(jī)器人關(guān)節(jié)對(duì)沖擊力矩的耐受性，從而提高機(jī)器人運(yùn)動(dòng)速度及效率。
文檔編號(hào)B25J9/06GK103056876SQ201310016188
公開(kāi)日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2013年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月16日
發(fā)明者曹政才, 劉天龍, 高金吉, 陳艷萍 申請(qǐng)人:北京化工大學(xué)