[發(fā)明專利]一種超冗余度蛇形機(jī)器人的動力傳動機(jī)構(gòu)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811258515.6
• 申請日: 2018-10-26
• 公開（公告）號: CN109015620A
• 公開（公告）日: 2018-12-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 朱向陽;劉超;徐凱;盛鑫軍;丁樹生;鄭揚(yáng)
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué);海安交睿機(jī)器人科技有限公司
• 主分類號: B25J9/10
• 分類號: B25J9/10;B25J9/12;B25J9/06
• 代理公司: 上海旭誠知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31220
• 代理人: 鄭立

本發(fā)明公開了一種超冗余度蛇形機(jī)器人的動力傳動機(jī)構(gòu)，包括電機(jī)安裝座，電機(jī)安裝座的一側(cè)安裝有平行設(shè)置的絲桿和導(dǎo)向桿，且絲桿和導(dǎo)向桿之間存在空隙；絲桿的一端通過軸承安裝在電機(jī)安裝座上，電機(jī)安裝座上還安裝有與絲桿通過聯(lián)軸器傳動連接的驅(qū)動電機(jī)；導(dǎo)向桿與絲桿之間穿置有螺母座，螺母座內(nèi)設(shè)置有螺紋連接在絲桿上的絲桿螺母以及滑動穿置在導(dǎo)向桿上的導(dǎo)向滑塊，螺母座上連接有導(dǎo)繩片，導(dǎo)繩片用于連接鋼絲繩。本發(fā)明將驅(qū)動電機(jī)和傳動機(jī)構(gòu)集成為模塊化結(jié)構(gòu)，便于整個模塊化結(jié)構(gòu)的安裝、調(diào)試，將驅(qū)動電機(jī)和傳動機(jī)構(gòu)安裝成模塊后，再安裝到驅(qū)動裝置的框架中。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于自動控制領(lǐng)域，具體涉及一種超冗余度蛇形機(jī)器人的動力傳動機(jī)構(gòu)。

背景技術(shù)

國外在超冗余度蛇形機(jī)器人方向的研究較早，在蛇形機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計、運(yùn)動控制方面有較深入的研究。

英國OC Robotics公司是目前國內(nèi)外對超冗余度蛇形機(jī)器人研究最為深入，工程化較為成功的機(jī)構(gòu)，面向安檢、航空制造、核設(shè)施檢測等領(lǐng)域研發(fā)了一系列的蛇形機(jī)器人。其蛇形機(jī)器人多采用剛性鉸鏈，鋼絲繩驅(qū)動，通過內(nèi)置光纖傳感器FBG測量關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角，以實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，使機(jī)器人可到達(dá)較高的運(yùn)動精度。目前該公司的蛇行機(jī)器人在國防和民用航空業(yè)有廣闊的應(yīng)用前景，它已經(jīng)在核電站的放射區(qū)擔(dān)負(fù)起安全檢查的職責(zé)。該公司還為空客英國公司開發(fā)了一種超冗余度機(jī)器人，能夠鉆入機(jī)翼內(nèi)部進(jìn)行檢測、緊固和密封。

國內(nèi)目前主要側(cè)重于連續(xù)體機(jī)器人在微創(chuàng)手術(shù)中的研究，取得了不少的研究成果，而在工業(yè)領(lǐng)域中相關(guān)機(jī)器人的研發(fā)相對薄弱。

上海交通大學(xué)徐凱、趙江然等設(shè)計了一種單孔腹腔鏡微創(chuàng)手術(shù)連續(xù)體機(jī)器人，該款機(jī)器人的功能機(jī)械臂與攝像照明機(jī)械臂能收縮進(jìn)同一個套管中以通過單切口進(jìn)入腹腔，當(dāng)達(dá)到手術(shù)工作位置后兩者又能伸出套管獨(dú)立工作。且在驅(qū)動端，通過設(shè)計的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)4根驅(qū)動繩控制連續(xù)體臂的多根鎳鈦合金拉絲，設(shè)計極為巧妙。機(jī)械臂的功能端最大直徑僅為12mm，因而具有體積小、操作靈活、安全等優(yōu)點(diǎn)。中國民航大學(xué)高慶吉于2013年研制了一款適用于飛機(jī)油箱檢查的超冗余度機(jī)器人。該款機(jī)器人長0.75m，直徑為15mm，通過將驅(qū)動后置，牽引繩驅(qū)動的方式，使其適用于飛機(jī)油箱復(fù)雜且危險環(huán)境中的作業(yè)任務(wù)。北京航天航空大學(xué)于2015年研發(fā)了一款基于橡膠墊片支撐的超冗余度機(jī)器人，該款機(jī)器人將17個球面圓盤和16個橡膠墊片間隔排布組成單個彎曲單元，通過3根繩驅(qū)動，實(shí)現(xiàn)了每段彎曲單元兩個方向的彎曲運(yùn)動，最大彎曲角度可達(dá)100°。2011年香港中文大學(xué)李崢等研發(fā)了一款球鉸連接的牽引繩驅(qū)動連續(xù)體機(jī)器人。其利用電磁跟蹤方法，實(shí)現(xiàn)了對操作臂形位的測量，結(jié)果顯示單關(guān)節(jié)末端精度可達(dá)2％，三關(guān)節(jié)串聯(lián)時末端精度小于4％。

隨著作業(yè)環(huán)境的復(fù)雜化和狹窄化，超冗余度蛇形機(jī)器人作為特種機(jī)器人因其具有較強(qiáng)的避障能力和深腔作業(yè)能力，逐漸受到研究人員和企業(yè)的關(guān)注。一方面相比于傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)械臂，超冗余度蛇形機(jī)器人將驅(qū)動設(shè)備(電機(jī))和傳動機(jī)構(gòu)(減速箱、絲杠等)后置于驅(qū)動底座，這樣可以有效減輕操作臂質(zhì)量，減小操作臂直徑。另一方面通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計，使超冗余度蛇形機(jī)器人擁有盡可能多的自由度和更大的彎曲角度，這使得操作臂具有極強(qiáng)的運(yùn)動靈活性。

現(xiàn)有超冗余度蛇形機(jī)器人的動力傳動機(jī)構(gòu)存在的缺陷和不足：傳動機(jī)構(gòu)常采用金屬材質(zhì)絲桿螺母和金屬材質(zhì)導(dǎo)向滑塊傳遞動力，存在的不足是需要后期加裝潤滑油來保證運(yùn)動的順暢，需要拆卸傳動機(jī)構(gòu)，增加了維護(hù)的難度；金屬螺母和金屬滑塊由于其固有的外形限制，使得動力傳動機(jī)構(gòu)只能進(jìn)行單層排布，難以縮小外形尺寸；驅(qū)動電機(jī)和傳動機(jī)構(gòu)未集成到一起，不利于模塊化拆卸和裝配。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種超冗余度蛇形機(jī)器人的動力傳動機(jī)構(gòu)，可以有效解決背景技術(shù)中的問題。