[發明專利]一種用于月球基地建造的可移動操作球形機器人

在審

• 申請號: 202210547443.7
• 申請日: 2022-05-18
• 公開（公告）號: CN114939877A
• 公開（公告）日: 2022-08-26
• 發明（設計）人: 孫漢旭;李明剛;王展彤;馬龍;孫萍
• 申請（專利權）人: 北京郵電大學;北京師范大學;煤炭科學技術研究院有限公司
• 主分類號: B25J11/00
• 分類號: B25J11/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開一種用于月球基地建造的可移動操作球形機器人。發明所述可移動操作球形機器人包括：柔索驅動可展開球殼(1)、“剛?柔”耦合超冗余操作臂基座(2)、軟性末端緩沖關節(3)、“剛?柔”耦合伸縮關節(4)、球內天線(5)、球內太陽帆(6)、自動釋放和鎖定機構(7)、靈巧臂(8)、靈巧臂末端(9)。通過“剛?柔”耦合超冗余操作臂的構型變化作為球形移動狀態的質心變化機構，實現球形機器人的靈活平穩滾動，到達指定位置后，雙靈巧臂能夠輔助球殼完全打開，兩個大型超冗余操作臂與靈巧臂協同操作并完成對外操作，機器人具備可對外操作的球內多臂特性，移動狀態下能夠實現多機器人的組合協作越障，實現環境適應與多機協作。

技術領域

本發明涉及一種用于月球基地建造的可移動操作球形機器人，具體地說一種帶有超冗余操作臂的球形機器人，可以通過球體內部機械臂的作用實現球形機器人的全向移動、球殼開合、對外操作等，同時可通過與其他機器人的相互通信，實現環境適應與多機協作，屬于機器人領域。

背景技術

月面運輸與操作設施作為國際月球科研站的核心組成部分，為月面長期工作支持系統和月面科研設施系統提供物品運輸與操作，我國的航天技術研發成就已為往返地外星球提供了成熟的條件，因此，開展外星球基地建造機器人的研究已成為國內外關注的重點和必然發展趨勢。月球環境極惡劣：路面崎嶇、真空、晝夜溫差大、月塵污染、長月夜、低重力等等，對機器人的設計提出了巨大的挑戰。球形機器人具有全向移動、密閉、防傾覆、驅動少的優勢，使其具備快速靈活運動能力和極端環境下自我保護能力。針對月球表面的極端環境和基地建造的復雜任務約束，筆者通過球形機器人與機械臂的創新融合，提出一種用于月球基地建造的可移動操作球形機器人，為我國月球基地建造提供技術參考。

申請號為202110540392.0公開了一種球形機器人，該機器人球殼內設置有滾動驅動裝置和跳躍驅動裝置，滾動驅動裝置包括支撐機構、承載機構、伺服電機組一和伺服電機組二，跳躍驅動裝置包括跳躍機構、鎖緊機構和配重平臺，提供一種結構緊湊空間利用率高的自助彈跳自救球形機器人。該發明具有良好的通過性，但其并不具備對外操作能力。

申請號為202110393069.5公開了一種帶臂球形探測機器人，該機器人通過舵機驅動力和重擺及機械臂的重力作用下進行滾動，通過變形組件調節球形殼體展開或閉合，在球殼打開情況下實現機械臂的對外操作。該專利在球體內加裝的機械臂僅能在球殼打開時實現對外操作。

申請號為201621174315.9公開了一種球形搬運機器人，該發明所述球形機器人以非開合的形式，將兩機械臂置于球形機器人兩側，可夾持或放置物品，但其受限于球體本身，可操作空間不大，操作性不高，舍棄了在移動過程中封閉球殼對于本身機械臂的保護作用。

綜合現有球形機器人和大型空間機械臂的研究思路以及外星球表面復雜極端的任務需求，本發明將球形機器人與超冗余大型空間機械臂的設計理念相融合，提出了一種用于月球基地建造的可移動操作球形機器人：球形機器人賦予機械臂快速靈活運動能力與極端復雜外星球環境下自我保護能力，同時機械臂賦予球形機器人強大的對外操作能力與多機器人單元之間的協作能力，使機器人能夠在月球表面極端環境下的基地建設任務中，實現高效可靠的移動和對外操作，具有極大的潛在優勢和深遠的研究價值。

發明內容

本發明提出了一種用于月球基地建造的可移動操作球形機器人。發明所述機器人通過“剛-柔”耦合超冗余操作臂的構型變化作為球形移動狀態的質心變化機構，實現球形機器人的靈活平穩滾動；到達指定位置后，雙靈巧臂能夠輔助球殼完全打開；兩個大型超冗余操作臂與靈巧臂(8)協同操作，完成建造作業。機器人具備可對外操作的球內多臂特性，移動狀態下能夠實現多機器人的組合協作越障，同時靈巧臂可伸出球殼外進行運動中操作。對外操作狀態下能夠實現多個超冗余操作臂和靈巧臂的相互協作，完成復雜操作任務。

為實現上述目的，本發明提供的解決方案是：