軟體環(huán)形翻滾機器人的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種軟體環(huán)形翻滾機器人，包括主運動環(huán)、摩擦帶、四個彈性元件、隔離器、傳感器、繼電器、控制系統(tǒng)和電源，其中：摩擦帶套在主運動環(huán)外側(cè)，作為機器人運動部分；四個彈性元件通過絕緣螺栓與主運動環(huán)連接；隔離器位于主運動環(huán)腔內(nèi)各彈性元件交匯處，用于阻隔各個彈性元件以避免相互纏繞；傳感器貼在主運動環(huán)內(nèi)壁，并處于第一彈性元件與主運動環(huán)連接點正下方；傳感器通過導線與控制系統(tǒng)相連；繼電器一端通過導線與四個彈性元件及電源構(gòu)成回路，另一端與控制系統(tǒng)相連；控制系統(tǒng)與電源相連。本發(fā)明通過彈性元件的交替伸縮，實現(xiàn)軟體環(huán)形機器人的翻滾前進。
【專利說明】
軟體環(huán)形翻滾機器人
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及的是一種應(yīng)用于救援、探測的翻滾機器人，具體地說是一種軟體環(huán)形翻滾機器人。
【背景技術(shù)】
[0002]機器人是一種可以自動執(zhí)行工作的機器裝置。即可即時接收人類指揮；也可通過預先編寫的程序，按照人類規(guī)定的技術(shù)指標和行動原則自主運行。當前機器人的研究層出不窮，但是目前常見的機器人幾乎都是剛性的，自身尺寸不可變化，剛性機器人有運動速度快，運行精度高等特點，且驅(qū)動相對簡單。
[0003]隨著經(jīng)濟的發(fā)展，各種地質(zhì)災(zāi)害給人類帶來的損失越來越大，各類機器人在救援救災(zāi)過程中發(fā)揮了不可替代的作用。但是由于各種地形的不可預見性。而傳統(tǒng)的剛性機器人受自身條件的影響，運動范圍有限，環(huán)境適應(yīng)能力較差。軟體機器人由于本身由柔性材料制成，可承受較大的應(yīng)變?？梢愿鶕?jù)復雜的環(huán)境改變自身體型尺寸，到達剛性機器人不能到達的環(huán)境，完成傳統(tǒng)剛性機器人不能完成的工作。目前公開的軟體機器人只能實現(xiàn)特定的簡單的運動。驅(qū)動效率較低。
[0004]中國專利申請CN201110354601.9公開了“一種全皮膚翻轉(zhuǎn)運動軟體機器人”，該機構(gòu)包含圓環(huán)形柱狀軟體基體，控制環(huán)，控制單元組成。該軟體機器人柔性運動由尾部控制環(huán)產(chǎn)生收縮運動，由于基體本身體積不變，使得基體頭部向前伸長，末端外表皮膚轉(zhuǎn)換為內(nèi)部皮膚。頭部內(nèi)部皮膚轉(zhuǎn)換為外表皮膚。通過皮膚的翻轉(zhuǎn)實現(xiàn)機器人的前進運動。該機器人由于基體由柔性薄膜皮膚和體液組成，結(jié)構(gòu)較為復雜。通過擠壓產(chǎn)生驅(qū)動力運動效率較為低下，應(yīng)用前景不廣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有機器人的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種能在狹窄環(huán)境中實現(xiàn)前進運動的軟體環(huán)形翻滾機器人，所述機器人通過圓環(huán)變形產(chǎn)生的重心變化，將其勢能轉(zhuǎn)化為動能，從而實現(xiàn)前進目的。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為:
[0007]本發(fā)明提供一種軟體環(huán)形翻滾機器人，包括:主運動環(huán)、摩擦帶、多個彈性元件、隔離器、傳感器、多個繼電器、控制系統(tǒng)和電源，其中:摩擦帶套在主運動環(huán)的外側(cè)，作為機器人的運動部分；多個彈性元件通過絕緣螺栓與主運動環(huán)連接；隔離器位于主運動環(huán)腔內(nèi)多個彈性元件的交匯處，用于阻隔多個彈性元件以避免相互纏繞;傳感器布置于一彈性元件與主運動環(huán)連接處并與控制系統(tǒng)輸入端相連，用于檢測主運動環(huán)運動狀態(tài)并將檢測到的信息傳輸給控制系統(tǒng)；多個繼電器的一端分別與多個彈性元件相連，并同時與控制系統(tǒng)輸出端相連，多個繼電器的另一端與電源負極相連，控制系統(tǒng)用于收集傳感器傳遞的信號，對信號進行分析并輸出控制信號，通過控制多個繼電器控制多個彈性元件的電路通斷，從而控制多個彈性元件的伸縮狀態(tài)，進而實現(xiàn)軟體環(huán)形機器人的翻滾前進。
[0008]優(yōu)選地，所述摩擦帶包含至少一層彈性防滑材料和一層彈性包裹材料。
[0009]優(yōu)選地，所述隔離器有多個相互隔離的圓柱空腔，圓柱空腔的數(shù)目與彈性元件相等，多個彈性元件分別從多個圓柱空腔中穿過，并在各自的圓柱空腔中自由移動;多個圓柱空腔相互之間存在確定夾角，該夾角由多個彈性元件相互交叉角度確定。
[0010]更優(yōu)選地，所述隔離器與多個彈性元件及主運動環(huán)之間無固定約束，表現(xiàn)為幾何約束。
[0011 ]優(yōu)選地，所述多個彈性元件固定在主運動環(huán)內(nèi)壁的絕緣螺栓上。
[0012]更優(yōu)選地，所述絕緣螺栓與主運動環(huán)的固定通過在主運動環(huán)上打孔實現(xiàn)。
[0013]優(yōu)選地，所述傳感器通過雙面膠固定在一彈性元件與主運動環(huán)間的絕緣螺栓正下方。
[0014]優(yōu)選地，所所述繼電器的數(shù)量與彈性元件的數(shù)量相等，每一繼電器與每一彈性元件通過導線相連，并分別與電源連接從而構(gòu)成工作回路。
[0015]優(yōu)選地，所述主運動環(huán)為彈性鋼環(huán)結(jié)構(gòu)。
[0016]優(yōu)選地，所述彈性元件為形狀記憶合金彈性元件。
[0017]優(yōu)選地，所述傳感器采用陀螺儀。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明具有如下有益效果:
[0019]本發(fā)明是一種軟體環(huán)形翻滾機器人，能在狹窄環(huán)境中實現(xiàn)前進運動，并能通過主運動環(huán)變形產(chǎn)生的重心變化，并通過彈性元件將其勢能轉(zhuǎn)化為動能，從而實現(xiàn)前進目的。
[0020]進一步，本發(fā)明以彈性薄鋼環(huán)形結(jié)構(gòu)作為運動主體部分(主運動環(huán))，質(zhì)量輕、寬度窄、可變形的特點，可以適應(yīng)比較狹窄的工作環(huán)境；
[0021 ]進一步，本發(fā)明突破性地運用熱敏彈性元件(形狀記憶合金)作為驅(qū)動原件，將電能轉(zhuǎn)換為彈性元件的彈性勢能，最終通過重力勢能轉(zhuǎn)化為動能，探索了新型驅(qū)動方式；
[0022]進一步，本發(fā)明運用陀螺儀作為表征機器人姿態(tài)的傳感器，實現(xiàn)了軟體環(huán)形機器人自身運動狀態(tài)的反饋，可以完成初步閉環(huán)控制。
[0023]綜上，與傳統(tǒng)剛性機器人相比，此款機器人通過創(chuàng)新驅(qū)動方式，使用新型環(huán)形結(jié)構(gòu)，大大減輕了機械裝置復雜度及質(zhì)量，并擴展了機器人的應(yīng)用空間。
【附圖說明】
[0024]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯:
[0025]圖1為本發(fā)明一較優(yōu)實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖中:彈簧I，隔離器2，主運動環(huán)3，摩擦帶4，繼電器5、6、7、8，控制系統(tǒng)18，電源22，傳感器23，加熱電路導線9、10、11、12、13、21，傳感器電路導線24、25，控制電路導線14、15、16、17、19、20。
具體實施方案
[0027]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，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。這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0028]如圖1所示，一種軟體環(huán)形翻滾機器人，包括:四條彈簧I，隔離器2，主運動環(huán)3，摩擦帶4，四個繼電器5、6、7、8，控制系統(tǒng)18，電源22，傳感器23，加熱電路導線9、10、11、12、13、21，傳感器電路導線24、25，控制電路導線14、15、16、17、19、20;其中:
[0029]四條彈簧1(圖中僅標注一條)通過絕緣螺栓與主運動環(huán)3連接；四條彈簧I的一端通過加熱電路導線9、10、11、12分別與四個繼電器5、6、7、8的一端相連，四條彈簧I的另一端通過加熱電路導線13與電源22正極相連；
[0030]隔離器2位于主運動環(huán)I腔內(nèi)四條彈簧I的交匯處，用于阻隔四條彈簧I間的干擾；[0031 ]摩擦帶4套在主運動環(huán)3外面，作為機器人的運動主體部分；
[0032]四個繼電器5、6、7、8的一端分別通過控制電路導線14、15、16、17與控制系統(tǒng)18輸出端相連;四個繼電器5、6、7、8的另一端通過加熱電路導線21與電源22負極相連；
[0033]傳感器23布置于彈簧I與主運動環(huán)3連接點正下方，并通過傳感器電路導線24、25與控制系統(tǒng)18輸入端相連，用于檢測主運動環(huán)3運動狀態(tài)，并將檢測到的信息通過傳感器電路導線24、25輸出給控制系統(tǒng)18;
[0034]控制系統(tǒng)18通過控制電路導線19、20分別與電源22正、負極相連;控制系統(tǒng)18輸入端通過傳感器電路導線24、25與傳感器23相連，用于獲得傳感器23輸入信號并對信號進行分析;控制系統(tǒng)18輸入端通過控制電路導線14、15、16、17分別與繼電器5、6、7、8相連，用于輸出控制信號分別控制繼電器5、6、7、8狀態(tài)，從而控制四個彈簧I的伸縮狀態(tài)，進而實現(xiàn)軟體環(huán)形機器人的翻滾前進。
[0035]作為一優(yōu)選的實施方式，所述主運動環(huán)3上有八個通孔，用以分別安裝固定四個彈簧I所用的絕緣螺栓。
[0036]作為一優(yōu)選的實施方式，所述摩擦帶4包含三層，其中:第一層有與主運動環(huán)上通孔相配合的通孔，用以容納突出的絕緣螺栓;第二層、第三層平滑無缺陷，可形成平整具較大摩擦力的外表。
[0037]四條獨立彈簧分別通過導線9、10、11、12與四個繼電器5、6、7、8相連，并進而與電源22相連形成閉合回路。此為所述機器人的驅(qū)動系統(tǒng)。
[0038]作為一優(yōu)選的實施方式，所述彈簧I材質(zhì)為形狀記憶合金。
[0039]作為一優(yōu)選的實施方式，所述隔離器2包含四個中空管，四條彈簧I分別穿過其中，達到互相分離而避免纏繞的效果。
[0040]作為一優(yōu)選的實施方式，所述傳感器23為陀螺儀，其通過導線24、25與控制系統(tǒng)18輸入端相連，可實時檢測機器人位姿，計算驅(qū)動函數(shù)。
[0041 ] 作為一優(yōu)選的實施方式，所述繼電器5、6、7、8通過導線9、10、11、12分別與四條彈簧I相連;同時通過導線14、15、16、17分別與控制系統(tǒng)18的四個輸出引腳相連。
[0042]作為一優(yōu)選的實施方式，所述電源22通過導線19、20、21、13分別與控制系統(tǒng)18和驅(qū)動系統(tǒng)相連，用于同時為控制系統(tǒng)18和驅(qū)動系統(tǒng)供電。
[0043]在其他實施例中，所述彈簧的條數(shù)可以是4條以上，相對應(yīng)的，隔離器空腔數(shù)應(yīng)與彈簧條數(shù)相同，繼電器個數(shù)也應(yīng)等于彈簧條數(shù)。
[0044]在其他實施例中，所述傳感器種類和個數(shù)均可有所變化，本領(lǐng)域技術(shù)人員完全能夠理解，不再累述。
[0045]本發(fā)明是一種軟體環(huán)形翻滾機器人，能在狹窄環(huán)境中實現(xiàn)前進運動，并能通過主運動環(huán)變形產(chǎn)生的重心變化，并通過彈性元件將其勢能轉(zhuǎn)化為動能，從而實現(xiàn)前進目的。本發(fā)明中主運動環(huán)以彈性薄鋼環(huán)形結(jié)構(gòu)作為運動主體部分，質(zhì)量輕、寬度窄、可變形的特點，可以適應(yīng)比較狹窄的工作環(huán)境；突破性地運用熱敏彈簧(形狀記憶合金)作為驅(qū)動原件，將電能轉(zhuǎn)換為彈簧的彈性勢能，最終通過重力勢能轉(zhuǎn)化為動能，探索了新型驅(qū)動方式;運用陀螺儀作為表征機器人姿態(tài)的傳感器，實現(xiàn)了軟體環(huán)形機器人自身運動狀態(tài)的反饋，可以完成初步閉環(huán)控制。與傳統(tǒng)剛性機器人相比，本發(fā)明所述機器人通過創(chuàng)新驅(qū)動方式，使用新型環(huán)形結(jié)構(gòu)，大大減輕了機械裝置復雜度及質(zhì)量，并擴展了機器人的應(yīng)用空間。
[0046]以上對本發(fā)明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容。
【主權(quán)項】
1.一種軟體環(huán)形翻滾機器人，其特征在于，包括:主運動環(huán)、摩擦帶、多個彈性元件、隔離器、傳感器、多個繼電器、控制系統(tǒng)和電源，其中:摩擦帶套在主運動環(huán)的外側(cè)，作為機器人的運動部分；多個彈性元件通過絕緣螺栓與主運動環(huán)連接；隔離器位于主運動環(huán)腔內(nèi)多個彈性元件的交匯處，用于阻隔多個彈性元件以避免相互纏繞;傳感器布置于一彈性元件與主運動環(huán)連接處并與控制系統(tǒng)輸入端相連，用于檢測主運動環(huán)運動狀態(tài)并將檢測到的信息傳輸給控制系統(tǒng)；多個繼電器的一端分別與多個彈性元件相連，并同時與控制系統(tǒng)輸出端相連，多個繼電器的另一端與電源負極相連，控制系統(tǒng)用于收集傳感器傳遞的信號，對信號進行分析并輸出控制信號，通過控制多個繼電器控制多個彈性元件的電路通斷，從而控制多個彈性元件的伸縮狀態(tài)，進而實現(xiàn)軟體環(huán)形機器人的翻滾前進。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種軟體環(huán)形翻滾機器人，其特征在于，所述摩擦帶包含至少一層彈性防滑材料和一層彈性包裹材料。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種軟體環(huán)形翻滾機器人，其特征在于，所述隔離器有多個相互隔離的圓柱空腔，圓柱空腔的數(shù)目與彈性元件相等，多個彈性元件分別從多個圓柱空腔中穿過，并在各自的圓柱空腔中自由移動;多個圓柱空腔相互之間存在確定夾角，該夾角由多個彈性元件相互交叉角度確定。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種軟體環(huán)形翻滾機器人，其特征在于，所述隔離器與多個彈性元件及主運動環(huán)之間無固定約束，表現(xiàn)為幾何約束。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種軟體環(huán)形翻滾機器人，其特征在于，所述多個彈性元件固定在主運動環(huán)內(nèi)壁的絕緣螺栓上。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種軟體環(huán)形翻滾機器人，其特征在于，所述絕緣螺栓與主運動環(huán)的固定通過在主運動環(huán)上打孔實現(xiàn)。7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項所述的一種軟體環(huán)形翻滾機器人，其特征在于，所述傳感器通過雙面膠固定在一彈性元件與主運動環(huán)間的絕緣螺栓正下方。8.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項所述的一種軟體環(huán)形翻滾機器人，其特征在于，所述繼電器的數(shù)量與彈性元件的數(shù)量相等，每一繼電器與每一彈性元件通過導線相連，并分別與電源連接從而構(gòu)成工作回路。9.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項所述的一種軟體環(huán)形翻滾機器人，其特征在于，所述主運動環(huán)為彈性鋼環(huán)結(jié)構(gòu)。10.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項所述的一種軟體環(huán)形翻滾機器人，其特征在于，所述彈性元件為形狀記憶合金彈性元件。
【文檔編號】B25J11/00GK105965518SQ201610406803
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年6月8日
【發(fā)明人】費燕瓊, 曹添福, 許紅偉, 宋立博, 鄭海潮
【申請人】上海交通大學