专利名称：一种仿生象鼻机器人的制作方法
技术领域：
本发明涉及机器人领域，尤其涉及一种超冗余可重构仿生象鼻机器人。
背景技术：
仿生象鼻机器人是指能够模仿自然界中象鼻的外部形状、运动原理和行为方式， 能够跟象鼻一样灵活工作的机器人，具有较高的运动灵活性，能够特殊未知环境下具有良 好的适应性。
目前，仿生象鼻机器人多为采用气囊、绳索、人造肌肉或形状记忆合金等驱动形式 实现的超冗余或连续型机器人。其中，多余的自由度可用来改善机器人的运动及动力学特 性，如增加灵活性、躲避障碍、回避奇异、优化关节速度等，从而提高机器人的灵活性和柔韧 性。但是现有的象鼻机器人的结构还是存在一些缺陷，没有很好的将各种特性结合在一起， 导致整体上机械结构的刚度和稳定性偏弱、负载能力较低。发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的是提供一种仿生象鼻机器人，以克服现有技术下象鼻机器人刚度 小，稳定性差，负载能力较低等问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种仿生象鼻机器人，所述机器人包括机 架、象鼻外罩、象鼻机构和操作手爪；所述象鼻机构包括多个关节单元，且各关节单元串接 在一起；所述象鼻机构的一端与机架悬挂连接，其另一端与操作手爪连接，所述象鼻外罩包 在象鼻机构的外部。
优选地，所述关节单元包括上平台、下平台、中间运动支链和外运动支链；各关节 单元的上平台均与另一个关节单元的下平台连接；最外端的下平台与机架连接，最外端的 上平台与操作手爪连接；所述中间运动支链的一端固定在下平台的中心处，其另一端与上 平台铰接；所述外运动支链为三个，外运动支链的两端分别与上平台和下平台铰接，且三个 外运动支链与上平台和下平台的铰接位置沿圆周方向均匀分布。
优选地，所述中间运动支链与上平台的铰接方式为球铰，或者为转动副配合虎克 铰；所述外运动支链与上平台的铰接方式为球铰，其与下平台的铰接方式为虎克铰或球铰。
优选地，所述中间运动支链和外运动支链均为伸缩驱动机构，所述伸缩驱动机构 的伸缩端与上平台铰接。
优选地，所述伸缩驱动机构为电机和电动缸的组合。
或者，所述伸缩驱动机构为液缸。
或者，所述伸缩驱动机构为气缸。
或者，所述伸缩驱动机构为电机、丝杠、滑鞍和定长杆的组合，所述滑鞍位于丝杠 的端部，所述定长杆与滑鞍连接。
优选地，各个下平台和上平台的尺寸从机架到操作依次减小。优选地，所述上平台和下平台均设有三块形状相同且沿圆周方向均匀分布的扇形镂空区域。(三)有益效果本发明通过将多个四自由度的关节单元依次串接在一起形成象鼻机构，通过关节单元中的伸缩驱动机构使仿生象鼻机器人实现伸缩、蜿蜒、蠕动和侧摆等动作，其具有刚度高，灵活性好，操作空间大，承受负载大，可重构性强，模块化程度高等特点，可应用于危险品抓放搬运、狭小空间穿越探测等作业任务。
图1为本发明实施例的仿生象鼻机器人的结构图。
图2为本发明实施例的仿生象鼻机器人去除象鼻外罩后的结构图。图3为本发明实施例的仿生象鼻机器人的关节单元的结构图。图4是本发明实施例的仿生象鼻机器人的关节单元与操作手爪连接的示意图。图中；1 :机架；2 : 呆作手爪；3 :象鼻外罩；4 :上平台；5 :虎克绞；6 :转动副；7 :球铰；8 :电动缸；9 :电机；10 :下平台。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底” “内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于
附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。本发明中，仿生象鼻机器人关节单元的数目可根据操作环境与任务的要求进行适当的增加或减少。实施例1如图1-4所示，本实施例的仿生象鼻机器人包括机架1、象鼻外罩3、象鼻机构和操作手爪2 ;其中，象鼻机构包括六个关节单元，各关节单元串接在一起形成象鼻状链结构；象鼻机构的一端与机架I中部悬挂连接，其另一端与操作手爪2连接；象鼻外罩3包在象鼻机构的外部。
所述关节单元包括上平台4、下平台10、中间运动支链和外运动支链；上平台4和 下平台10均为圆形，各关节单元的上平台4均与另一个关节单元的下平台10连接，最外端 的下平台10与机架I中部悬挂连接，最外端的上平台4与操作手爪2连接，且各个下平台 10和上平台4的尺寸从机架I到操作手爪2依次减小；中间运动支链和外运动支链均为电 机9和电动缸8的组合，电机9安装在电动缸8的底部；中间运动支链为一个，位于关节单 元的中心轴线上，中间运动支链的电机9固定在下平台10的中心处，中间运动支链的电动 缸8的伸缩端通过转动副6和虎克铰5与上平台4铰接在一起；外运动支链为三个，外运动 支链的电机9通过虎克铰与下平台10铰接，外运动支链的电动缸8的伸缩端通过球铰7与 上平台4铰接，三个外运动支链与上平台4和下平台10的铰接位置沿圆周方向均匀分布， 使三个外运动支链在上平台4和下平台10之间相对于中间运动支链均匀分布；上平台4和 下平台10均设有三块形状相同且沿圆周方向均匀分布的扇形镂空区域，每个扇形镂空区 域均位于两个外运动支链的铰接处之间，且上平台4与下平台10的扇形镂空区域位置相对 应。
本实施例的关节单元的上平台4相对于下平台10具有四个自由度，分别为绕三个 坐标轴X轴、y轴和z轴的转动和沿z轴方向的移动，由多个关节单元串接成超冗余链式结 构的仿生象鼻机器人可在空间中实现伸缩、蜿蜒、蠕动和侧摆等作业动作，并通过安装在末 端平台上的操作手爪2来拾取目标物体。
实施例2
如图1-4所示，本实施例的仿生象鼻机器人包括机架1、象鼻外罩3、象鼻机构和操 作手爪2 ;其中，象鼻机构包括六个关节单元，各关节单元串接在一起形成象鼻状链结构； 象鼻机构的一端与机架I中部悬挂连接，其另一端与操作手爪2连接；象鼻外罩3包在象鼻 机构的外部。
所述关节单元包括两个连接平台以及两个连接平台之间的中间运动支链和外运 动支链，所述连接平台即相当于实施例1中的上平台4和下平台10结合成一个平台；连接 平台为圆形，各关节单元之间通过一个连接平台相连接，象鼻机构一端的连接平台与机架I 中部悬挂连接，另一端的连接平台与操作手爪2连接，且各个连接平台的尺寸从机架I到操 作手爪2依次减小；中间运动支链和外运动支链均为液缸或气缸；中间运动支链为一个，位 于关节单元的中心轴线上，其底部固定在关节单元一端的连接平台的中心处，其伸缩端通 过球铰与关节单元另一端的连接平台铰接在一起；外运动支链为三个，其底部通过球铰与 关节单元一端的连接平台铰接，其伸缩端通过球铰7与关节单元另一端的连接平台铰接， 三个外运动支链与其两端的连接平台的铰接位置沿圆周方向均匀分布，使三个外运动支链 在它们两端的连接平台之间相对于中间运动支链均匀分布；连接平台设有三块形状相同且 沿圆周方向均匀分布的扇形镂空区域，每个扇形镂空区域均位于两个外运动支链的铰接处 之间。
本实施例的关节单元的一个连接平台相对于其前一个连接平台具有四个自由度， 分别为绕三个坐标轴X轴、y轴和z轴的转动和沿z轴方向的移动，由多个关节单元串接成 超冗余链式结构的仿生象鼻机器人可在空间中实现伸缩、蜿蜒、蠕动和侧摆等作业动作，并 通过安装在末端平台上的操作手爪2来拾取目标物体。
实施例3
如图1-4所示，本实施例的仿生象鼻机器人包括机架1、象鼻外罩3、象鼻机构和操作手爪2 ;其中，象鼻机构包括六个关节单元，各关节单元串接在一起形成象鼻状链结构；象鼻机构的一端与机架I中部悬挂连接，其另一端与操作手爪2连接；象鼻外罩3包在象鼻机构的外部。所述关节单元包括上平台4、下平台10、中间运动支链和外运动支链；上平台4和下平台10均为圆形或其他形状，各关节单元的上平台4均与另一个关节单元的下平台10连接，最外端的下平台10与机架I中部悬挂连接，最外端的上平台4与操作手爪2连接，且各个下平台10和上平台4的尺寸从机架I到操作手爪2依次减小；中间运动支链和外运动支链均为电机、丝杠、滑鞍和定长杆的组合，电机安装在丝杠底部且与下平台10铰接，滑鞍位于丝杠的端部，定长杆与滑鞍连接且与上平台4铰接；中间运动支链为一个，位于关节单元的中心轴线上，中间运动支链的电机固定在下平台10的中心处，中间运动支链的伸缩端通过球铰与上平台4铰接在一起；外运动支链为三个，外运动支链的电机通过虎克铰与下平台10铰接，外运动支链的伸缩端通过球铰7与上平台4铰接，三个外运动支链与上平台4和下平台10的铰接位置沿圆周方向均匀分布，使三个外运动支链在上平台4和下平台10之间相对于中间运动支链均匀分布。本实施例的关节单元的上平台4相对于下平台10具有四个自由度，分别为绕三个坐标轴X轴、y轴和z轴的转动和沿z轴方向的移动，由多个关节单元串接成超冗余链式结构的仿生象鼻机器人可在空间中实现伸缩、蜿蜒、蠕动和侧摆等作业动作，并通过安装在末端平台上的操作手爪2来拾取目标物体。本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。
权利要求
1.一种仿生象鼻机器人，其特征在于，所述机器人包括机架、象鼻外罩、象鼻机构和操作手爪；所述象鼻机构包括多个关节单元，且各关节单元串接在一起；所述象鼻机构的一端与机架悬挂连接，其另一端与操作手爪连接，所述象鼻外罩包在象鼻机构的外部。
2.根据权利要求1所述的仿生象鼻机器人，其特征在于，所述关节单元包括上平台、下平台、中间运动支链和外运动支链；各关节单元的上平台均与另一个关节单元的下平台连接；最外端的下平台与机架连接，最外端的上平台与操作手爪连接；所述中间运动支链的一端固定在下平台的中心处，其另一端与上平台铰接；所述外运动支链为三个，外运动支链的两端分别与上平台和下平台铰接，且三个外运动支链与上平台和下平台的铰接位置沿圆周方向均匀分布。
3.根据权利要求2所述的仿生象鼻机器人，其特征在于，所述中间运动支链与上平台的铰接方式为球铰，或者为转动副配合虎克铰；所述外运动支链与上平台的铰接方式为球铰，其与下平台的铰接方式为虎克铰或球铰。
4.根据权利要求2所述的仿生象鼻机器人，其特征在于，所述中间运动支链和外运动支链均为伸缩驱动机构，所述伸缩驱动机构的伸缩端与上平台铰接。
5.根据权利要求4所述的仿生象鼻机器人，其特征在于，所述伸缩驱动机构为电机和电动缸的组合。
6.根据权利要求4所述的仿生象鼻机器人，其特征在于，所述伸缩驱动机构为液缸。
7.根据权利要求4所述的仿生象鼻机器人，其特征在于，所述伸缩驱动机构为气缸。
8.根据权利要求4所述的仿生象鼻机器人，其特征在于，所述伸缩驱动机构为电机、丝杠、滑鞍和定长杆的组合，所述滑鞍位于丝杠的端部，所述定长杆与滑鞍连接。
9.根据权利要求2-8中任何一项所述的仿生象鼻机器人，其特征在于，各个下平台和上平台的尺寸从机架到操作手爪依次减小。
10.根据权利要求2-8中任何一项所述的仿生象鼻机器人，其特征在于，所述上平台和下平台均设有三块形状相同且沿圆周方向均匀分布的扇形镂空区域。
全文摘要
本发明涉及机器人领域，具体公开了一种仿生象鼻机器人，所述机器人包括机架、象鼻外罩、象鼻机构和操作手爪，所述象鼻机构包括多个关节单元，且各关节单元串接在一起，所述象鼻机构的一端与机架悬挂连接，其另一端与操作手爪连接，所述象鼻外罩包在象鼻机构的外部。本发明通过将多个具有四自由度的关节单元依次串接在一起形成象鼻机构，通过关节单元中的伸缩驱动机构使仿生象鼻机器人实现伸缩、蜿蜒、蠕动和侧摆等动作，具有刚度高，灵活性好，操作空间大，承受负载大，可重构性强，模块化程度高等特点，可应用于危险品抓放搬运、狭小空间穿越探测等作业任务。
文档编号B25J9/00GK102990645SQ201210514688
公开日2013年3月27日 申请日期2012年12月4日 优先权日2012年12月4日
发明者赵永杰, 路松, 张兴伟, 张晓妮, 李昇平 申请人:汕头大学