[發(fā)明專利]一種適用于狹小空間操作的模塊化機器人

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011507465.8
• 申請日: 2020-12-18
• 公開（公告）號: CN112550505B
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周于;李金翠;王瑞利;李立洲
• 申請（專利權(quán)）人: 航天恒星科技有限公司
• 主分類號: B62D57/02
• 分類號: B62D57/02
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 張輝

一種適用于狹小空間操作的模塊化機器人，包括末端模塊單元、立方體關(guān)節(jié)模塊單元以及基座；三個立方體關(guān)節(jié)模塊單元形成一組關(guān)節(jié)單元，一組關(guān)節(jié)單元中三個立方體關(guān)節(jié)模塊單元的轉(zhuǎn)軸依次與x軸(橫滾)、y軸(航向)及z軸(俯仰)平行；模塊化機器人由若干組關(guān)節(jié)單元依相同的排布連接而成。位于根部的立方體關(guān)節(jié)模塊單元安裝在基座上，位于最遠端的立方體關(guān)節(jié)模塊單元前端安裝末端模塊單元；基座與機械臂或其他運動機構(gòu)末端法蘭相連接，控制模塊化機器人進入或退出狹小空間；末端模塊單元輔助模塊化機器人實現(xiàn)狹縫內(nèi)避障運動，同時用于在狹小空間中執(zhí)行觀察探測和/或其他任務(wù)操作。本發(fā)明可以實現(xiàn)狹小空間內(nèi)非接觸式運動、多次靈活轉(zhuǎn)彎等功能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于智能機器人領(lǐng)域，涉及一種適用于狹小空間操作的模塊化機器人。

背景技術(shù)

在搶險救災(zāi)、廠房設(shè)施巡檢等應(yīng)用場景中，都涉及到對建筑物或設(shè)備等之間的狹縫內(nèi)部進行探測、檢查、操作的工作任務(wù)。目前工業(yè)用的機械臂臂桿尺寸相對較大，難以深入細小狹縫中進行操作，也難以在形態(tài)復(fù)雜的狹縫空間中靈活運動。

目前可用于狹小空間探測與操作的機器人主要有兩類，一類是無基座的蛇形機器人，一類是帶有基座的柔性脊柱式蛇形操作臂。無基座蛇形機器人由多個關(guān)節(jié)連接而成，依靠接觸面摩擦，通過蜿蜒等步態(tài)移動；帶有基座的柔性脊柱式蛇形操作臂側(cè)面具有若干條可牽拉的繩索，通過在基座牽拉繩索可以使蛇形操作臂向不同方向彎曲，實現(xiàn)操作臂在狹縫中彎曲運動功能。

現(xiàn)有用于狹小空間操作的機器人中，蛇形機器人需要利用接觸摩擦移動，需要接觸表面具有一定粗糙度，且存在劃傷狹縫表面的可能，因此不適用于狹縫表面光滑的應(yīng)用場合，也不適用于為避免表面劃傷而進行非接觸式探測的場合。柔性脊柱式蛇形操作臂雖然可以依托基座實現(xiàn)狹縫非接觸式探測與操作，但通過繩索牽拉的方式難以實現(xiàn)蛇形操作臂在狹縫內(nèi)部的多次反復(fù)彎折，其操作靈活性受限，無法適用于內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜的狹縫環(huán)境。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的技術(shù)解決問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種適用于狹小空間操作的模塊化機器人，可以實現(xiàn)狹小空間內(nèi)非接觸式運動、多次靈活轉(zhuǎn)彎等運動功能，能夠完成狹小空間內(nèi)部觀察探測或執(zhí)行相關(guān)操作等任務(wù)。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：

一種適用于狹小空間操作的模塊化機器人，包括末端模塊單元、立方體關(guān)節(jié)模塊單元以及基座；

若干個立方體關(guān)節(jié)模塊單元連接起來，形成一個序列，能夠?qū)崿F(xiàn)任意方向的轉(zhuǎn)向，位于根部的立方體關(guān)節(jié)模塊單元安裝在基座上，位于最遠端的立方體關(guān)節(jié)模塊單元前端安裝末端模塊單元；

基座與機械臂或其他運動機構(gòu)末端法蘭相連接，通過機械臂或其他運動機構(gòu)的運動，控制模塊化機器人進入或退出狹小空間；

末端模塊單元表面安裝接近傳感器，用于感知末端模塊單元附近的障礙物，輔助模塊化機器人實現(xiàn)狹縫內(nèi)避障運動；內(nèi)部安裝探測和/或操作執(zhí)行裝置，用于在狹小空間中運動到位后執(zhí)行觀察探測和/或其他任務(wù)操作。

三個立方體關(guān)節(jié)模塊單元連接，形成一組關(guān)節(jié)單元，一組關(guān)節(jié)單元中三個立方體關(guān)節(jié)模塊單元的轉(zhuǎn)軸依次與x軸、y軸及z軸平行；

模塊化機器人由若干組關(guān)節(jié)單元依相同的排布連接而成。

每個立方體關(guān)節(jié)模塊單元的轉(zhuǎn)軸連接其兩個相對表面中心，具有1個轉(zhuǎn)動自由度。

每個立方體關(guān)節(jié)模塊單元內(nèi)部均包括定子和轉(zhuǎn)子、定子內(nèi)部設(shè)置驅(qū)動電機、角度傳感器和控制器；

驅(qū)動電機輸出軸與轉(zhuǎn)子相連，根據(jù)控制器的控制指令轉(zhuǎn)動，進而驅(qū)動轉(zhuǎn)子繞轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)；

角度傳感器實時采集立方體關(guān)節(jié)模塊單元的轉(zhuǎn)角，并反饋給控制器；

接近傳感器用于感知立方體關(guān)節(jié)模塊單元周圍的障礙物，并反饋給控制器；