[发明专利]一种基于RSR构型并联机构的模块化仿生蛇形机器人

说明书

技术领域

本发明属于仿生机器人技术领域，涉及一种运动方式多样、运动速度快、鲁棒性强、长度可调的基于并联机构的模块化仿生蛇形机器人。

背景技术

移动机器人广泛应用于各种领域，传统的移动机构大多基于连续转动原理，靠轮子或履带与地面作用实现运动，其适应性差，不能实现运动的灵活性。足式运动方式虽具有较强的地面适应性，并增强了方向调整能力，但其稳定性和运动速度较低。虽然移动机器人运动形式多样，但大多还是只能在地形比较平坦或是较为简单的环境下运动，还难以在野外、管道等复杂环境下运动。

蛇因其柔软多变的身躯而具备多种运动形式，具有很强的环境适应能力和地面运动稳定能力。蛇是无四肢动物中最庞大的一类，种类繁多，分布广泛，在自然界中有几千年的进化历史，它能进行多种运动以适应不同的生活环境，例如沙漠、水池、陆地和森林等，被认为是越障能力最强的动物之一。仿生蛇形机器人是一种新型的仿生移动机器人，它实现了像蛇一样的“无肢运动”，能在人类难以到达的未知环境或不适宜人类工作的场合下替代人类进行工作，因此在科学探险、救灾抢险、生命搜寻等多个领域有着广泛的应用前景。

然而大多数仿生蛇形机器人具有如下缺点：

1)运动方式单一，不能同时具备实现多种运动方式的能力。

1.1)单元运动模块长度固定，不能像蟒蛇等蛇类那样实现收缩运动，而只是通过运动模块之间的相对转动，使身体左右摆动实现运动，导致仿蛇形机器人对地形的适应能力不足。

1.2)仅能实现收缩运动，不能实现左右或侧向摆动或直线运动等。

2)鲁棒性差，任意运动模块出现故障，仿生蛇形机器人就无法正常工作。

3)仿生蛇形机器人蛇形长度不可变。

4)每个运动模块大都只有一个自由度，难以实现复杂的运动。

5)仿生蛇形机器人运行速度慢。

为使仿生蛇形机器人在社会生活多领域发挥更多作用，最基本的就是要从机构设计方面去创新突破，探索研制运动方式多样、运动速度快、鲁棒性强、长度可调、身体粗细可变的、灵活性高新型仿生蛇形机器人。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种基于RSR构型并联机构的模块化仿生蛇形机器人，该机器人运动方式多样、运动速度快、鲁棒性强、长度可调、身体粗细可变、灵活性高。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种基于RSR构型并联机构的模块化仿生蛇形机器人，由多个结构相同的运动模块串联而成，所述运动模块采用具有三个自由度的并联机构，所述并联机构包括三条结构相同且沿周向均布的RSR串联支链、静平台和动平台，每条所述RSR串联支链包括驱动装置、主动杆和从动杆，所述主动杆的输入端与所述驱动装置连接，所述驱动装置固定在所述静平台上，所述主动杆的输出端与所述从动杆的输入端活动连接，所述从动杆的输出端与所述动平台通过关节轴连接，所述关节轴设置在所述动平台上；相邻的两个所述运动模块，其中一个所述运动模块的所述动平台与另一个所述运动模块的所述静平台共用一个平台。

相邻的两个所述运动模块相位相同。

相邻的两个所述运动模块相位不同。

所述主动杆的输出端与所述从动杆的输入端通过球副连接。

所述主动杆的输出端与所述从动杆的输入端通过柔性软管连接。

所述关节轴采用关节座支承，所述关节座固装在所述动平台上，所述关节轴与所述从动杆的输出端通过转动副Ⅱ连接。

所述驱动装置采用电机，所述电机通过支架固定在所述静平台上，所述电机与所述主动杆通过转动副Ⅰ连接。

本发明具有的优点和积极效果是：基于并联机构的运动模块采用串联连接方式形成了模块化仿生蛇形机器人结构，多个并联机构的不同运动方式实现了机器人仿蛇形的运动：一)并联机构的电机转动速度一致时能够实现蠕动；二)并联机构的电机转动速度不一致时能够实现摆动。同时具有蠕动和摆动功能使机器人能够适应不同的地形，且并联机构的使用使机器人不需区分头部和尾部，在狭长的管道内不需转弯即可实现前进和后退。另外，运动模块采用并联机构，使得机器人的运动速度有所增加，在任何一个并联机构或任何一个支链故障的情况下，机器人均能保持正常的运动，并且本发明采用模块化设计使得机器人长度可调，身体粗细可变，组装方便，便于携带。综上所述，本发明将并联机构串联成蛇形机器人，身体粗细可变，长度可调，运动速度快；其任何一个运动模块或任意一条支链出现故障，都不影响机器人的正常运动，鲁棒性强；且每个运动模块均有三个自由度，运动方式多样，灵巧性高。

附图说明