一种基于新型欠驱动机构的仿象鼻机器人的制作方法

本发明涉及仿生机器人领域，具体地说是一种基于新型欠驱动机构的仿象鼻机器人。

背景技术：

仿生机器人一直以来都是机器人学科中的一个热门的研究领域，从自然界的各种生物身上我们发明了许多能执行特殊任务的机器人。象鼻仿生机器人就是其中的一种杰出的代表，象鼻机器人适合用于各种避障场合，也适合安装于社区服务型机器人身上，方便人们的生活。当然，未来的工程、医疗等领域对柔性机械臂也都有需求。目前国内外所研制的象鼻机器人多为应用人工肌肉、气动、绳索或记忆合金等驱动形式，其控制过程繁琐，负载能力较低，稳定性偏弱。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于新型欠驱动机构的仿象鼻机器人，控制简单，稳定性好且可以承受较大负载。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种基于新型欠驱动机构的仿象鼻机器人，包括驱动机构、连接剪叉机构和多个象鼻节，其中在每个象鼻节上均设有联动剪叉机构，驱动机构通过所述连接剪叉机构与最靠近所述驱动机构的象鼻节上的联动剪叉机构相连，各个象鼻节上的联动剪叉机构依次相连，所述连接剪叉机构和各个联动剪叉机构通过所述驱动机构作用同步开合，且每个象鼻节设有联动剪叉机构一侧的通过该象鼻节上的联动剪叉机构作用张开或闭合。

所述驱动机构包括底座、动力源、丝杠、丝母和传动机构，所述丝杠和动力源均安装在所述底座上，所述动力源通过传动机构与所述丝杠相连，在所述丝杠上设有两段旋向相反的螺纹段，在每个螺纹段上均套设有一个丝母，所述连接剪叉机构中的两个交叉杆的一端分别和不同的丝母相连。

所述象鼻节包括承载架和摆动架，各个象鼻节的承载架依次铰接，在每个承载架的两端分别铰接一个摆动架，且相邻两个象鼻节相连接的一侧共用一个摆动架，每个象鼻节的联动剪叉机构的交叉杆两 端分别可移动地安装在两侧的摆动架上，每个象鼻节两侧的摆动架通过该象鼻节上的联动剪叉机构开合驱动摆动。

每个摆动架的自由端均设有滑动杆，在每个滑动杆上均可移动地套装有两个滑动件，所述滑动件包括两个铰接块，且每个滑动件上的两个铰接块分别与两侧不同的联动剪叉机构相连。

每个象鼻节内均设有弹簧，在象鼻节的承载架上设有第一弹簧固定杆，在象鼻节的摆动架上设有第二弹簧固定杆，每个象鼻节内的弹簧一端固定在该象鼻节内的第一弹簧固定杆上，另一端固定在该象鼻节靠近所述驱动机构一侧的摆动架上的第二弹簧固定杆(上。

所述连接剪叉机构上的交叉杆的一端分别与驱动机构相连，另一端分别与最靠近所述驱动机构的摆动架上的不同滑动件相连，在所述驱动机构上设有底座支板,所述底座支板与最靠近所述驱动机构的承载架铰接。

构成所述联动剪叉机构的两个连杆长度相同，但每个连杆中部的交叉铰接孔与该连杆靠近所述驱动机构一端端部之间的距离大于该交叉铰接孔与该连杆远离所述驱动机构(19)一端端部之间的距离。

在每个承载架两侧的支杆上以及每个摆动架两侧的支杆上均设有多个安装孔，且所述承载架两侧的支杆以及摆动架两侧的支杆长度均相同。

在距离所述驱动机构最远的摆动架上设有端杆。

每个象鼻节外侧均设有保护套。

本发明的优点与积极效果为：

1、本发明通过连接剪叉机构和联动剪叉机构驱动象鼻节卷曲，从而实现了仅用一个动力源完成象鼻机器人的伸缩和弯曲运动的目的。

2、本发明具有控制过程简单，自适应性强，可重构性强，模块化程度高等优点，可用于危险品抓取搬放等优点。

3、本发明无需确定目标的精确位置和精确的目标尺寸即可实现对机构的稳定抓取，并且可以扩展为大型机械臂，具有很高的应用价值。

4、本发明中所提出的连接剪叉机构和联动剪叉机构组成的新型欠驱动机构与传统的欠驱动机构象鼻具有响应速度快，承载能力大等突出优点。

附图说明

图1为本发明的整体示意图，

图2为图1中本发明去掉象鼻外壳后的结构示意图，

图3为图2中驱动机构的结构示意图，

图4为图2中象鼻节的结构示意图，

图5为本发明的工作状态示意图。

其中，1为底座，2为电机，3为减速机，4为第一支板，5为传动机构，6为丝母，7为丝杠，8为第二支板，9为底座支板，10为摆动架，11为弹簧，12为连接剪叉机构，13为第二弹簧固定杆，14为承载架，15为第一弹簧固定杆，16为滑动件，17为滑动杆，18为联动剪叉机构，19为驱动机构，20为象鼻节，21为端杆。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述。

如图1～5所示，本发明包括驱动机构19、连接剪叉机构12和多个象鼻节20，其中在每个象鼻节20上均设有联动剪叉机构18，驱动机构19通过所述连接剪叉机构12与最靠近所述驱动机构19的象鼻节20上的联动剪叉机构18相连，各个象鼻节20上的联动剪叉机构18依次相连，所述连接剪叉机构12和各个联动剪叉机构18通过所述驱动机构19作用同步开合，且每个象鼻节20设有联动剪叉机构18一侧的宽度通过该联动剪叉机构18开合改变。

如图2～4所示，所述驱动机构19包括底座1、动力源、丝杠7、丝母6和传动机构5，所述丝杠7和动力源均安装在所述底座1上，所述动力源通过传动机构5与所述丝杠7相连，在所述丝杠7上设有两段旋向相反的螺纹段，在每个螺纹段上均套设有一个丝母6，所述丝杠7通过所述动力源驱动旋转，进而驱动两个丝母6移动，所述连接剪叉机构12中的两个交叉连杆的一端即分别和不同的丝母6相连，所述连接剪叉机构12即通过所述两个丝母6移动驱动开合。本实施例中，所述动力源包括电机2和减速机3，所述传动机构5为齿轮传动机构，在所述底座1上设有第一支板4和第二支板8，所述丝杠7的两端分别通过轴承支承安装在所述第一支板4和第二支板8上，所述电机2与减速机3相连，所述减速机3安装在所述第一支板4上且输出轴与传动机构5中的主动齿轮相连，与所述主动齿轮啮合的从动齿轮安装在所述丝杠7上。

如图2和图4所示，所述象鼻节20包括承载架14和摆动架10，各个象鼻节20的承载架14依次铰接，且在每个承载架14的两端分别铰接一个摆动架10，这样相邻两个象鼻节20相连接的一侧便共用同一个摆动架10，每个象鼻节20的联动剪叉机构18的交叉连杆两 端分别可移动地安装在两侧的摆动架10上，每个象鼻节20两侧的摆动架10通过该象鼻节20上的联动剪叉机构18开合驱动摆动，从而使该象鼻节20设有联动剪叉机构18的一侧宽度发生改变，进而驱动各个象鼻节20卷曲运动。

如图2和图4所示，在每个摆动架10的自由端均设有滑动杆17，在每个滑动杆17上均可移动地套装有两个滑动件16，所述滑动件16包括两个铰接块，每个滑动件16上的两个铰接块分别与两侧不同的联动剪叉机构18相连。

如图2和图4所示，每个象鼻节20内均设有弹簧11，在象鼻节20的承载架14上设有第一弹簧固定杆15，在象鼻节20的摆动架10上设有第二弹簧固定杆13，每个象鼻节20内的弹簧11一端固定在该象鼻节20内的第一弹簧固定杆15上，另一端固定在该象鼻节20靠近所述驱动机构19一侧的摆动架10上的第二弹簧固定杆13上。

如图2和图4所示，所述连接剪叉机构12上的交叉连杆的一端分别与驱动机构19上的不同丝母6相连，另一端分别与最靠近所述驱动机构19的摆动架10上的不同滑动件16相连，在所述驱动机构19上设有底座支板9,所述底座支板9与最靠近所述驱动机构19的承载架14铰接。

如图2和图4所示，构成所述联动剪叉机构18的两个连杆长度相同，但每个连杆中部的交叉铰接孔与该连杆两端的距离不同，其中每个连杆中部的交叉铰接孔与该连杆靠近所述驱动机构19一端端部之间的距离大于该交叉铰接孔与该连杆远离所述驱动机构19一端端部之间的距离。在每个承载架14两侧的支杆上以及每个摆动架10两侧的支杆上均设有多个安装孔，其中承载架14两侧支杆上的安装孔用于调整所述第一弹簧固定杆15的位置，摆动架10两侧支杆上的安装孔用于调整所述第二弹簧固定杆13的位置，通过调节弹簧11两端的安装位置即可以调整摆动架10与承载架14之间的角度。所述承载架14两侧的支杆以及摆动架10两侧的支杆长度均相同。

如图2和图5所示，在距离所述驱动机构19最远的摆动架10上设有端杆21，如图1所示，每个象鼻节20外侧均设有保护套。

本发明的工作原理为：

当本发明空载或者未碰到障碍物的时候，所述弹簧11的弹力大于该弹簧11所连接的摆动架10和承载架14之间的摩擦力，此时，所述摆动架10和承载架14可以看做刚性连接，即在联动剪叉机构18的驱动 下，每个象鼻节20内通过弹簧11相连的摆动架10和承载架14之间的相对位置在所述弹簧11作用下保持不变，各个象鼻节20同时做同样的运动。当某一象鼻节20的承载架14遇到障碍物时，此时该承载架14由于障碍物的阻力作用相对静止，联动剪叉机构18开合产生的驱动力传递到摆动架10上，当摆动架10受到的联动剪叉机构18的驱动力大于该摆动架10与承载架14之间的弹簧11弹力时，两侧的摆动架10会张开，从而使各个象鼻节20卷起，直到稳定抓取目标物，各个关节停止运动。