[发明专利]一种超冗余度蛇形机器人的动力传动机构

说明书

本发明公开了一种超冗余度蛇形机器人的动力传动机构，包括电机安装座，电机安装座的一侧安装有平行设置的丝杆和导向杆，且丝杆和导向杆之间存在空隙；丝杆的一端通过轴承安装在电机安装座上，电机安装座上还安装有与丝杆通过联轴器传动连接的驱动电机；导向杆与丝杆之间穿置有螺母座，螺母座内设置有螺纹连接在丝杆上的丝杆螺母以及滑动穿置在导向杆上的导向滑块，螺母座上连接有导绳片，导绳片用于连接钢丝绳。本发明将驱动电机和传动机构集成为模块化结构，便于整个模块化结构的安装、调试，将驱动电机和传动机构安装成模块后，再安装到驱动装置的框架中。

技术领域

本发明属于自动控制领域，具体涉及一种超冗余度蛇形机器人的动力传动机构。

背景技术

国外在超冗余度蛇形机器人方向的研究较早，在蛇形机器人的结构设计、运动控制方面有较深入的研究。

英国OC Robotics公司是目前国内外对超冗余度蛇形机器人研究最为深入，工程化较为成功的机构，面向安检、航空制造、核设施检测等领域研发了一系列的蛇形机器人。其蛇形机器人多采用刚性铰链，钢丝绳驱动，通过内置光纤传感器FBG测量关节转角，以实现闭环控制，使机器人可到达较高的运动精度。目前该公司的蛇行机器人在国防和民用航空业有广阔的应用前景，它已经在核电站的放射区担负起安全检查的职责。该公司还为空客英国公司开发了一种超冗余度机器人，能够钻入机翼内部进行检测、紧固和密封。

国内目前主要侧重于连续体机器人在微创手术中的研究，取得了不少的研究成果，而在工业领域中相关机器人的研发相对薄弱。

上海交通大学徐凯、赵江然等设计了一种单孔腹腔镜微创手术连续体机器人，该款机器人的功能机械臂与摄像照明机械臂能收缩进同一个套管中以通过单切口进入腹腔，当达到手术工作位置后两者又能伸出套管独立工作。且在驱动端，通过设计的转换机构，实现4根驱动绳控制连续体臂的多根镍钛合金拉丝，设计极为巧妙。机械臂的功能端最大直径仅为12mm，因而具有体积小、操作灵活、安全等优点。中国民航大学高庆吉于2013年研制了一款适用于飞机油箱检查的超冗余度机器人。该款机器人长0.75m，直径为15mm，通过将驱动后置，牵引绳驱动的方式，使其适用于飞机油箱复杂且危险环境中的作业任务。北京航天航空大学于2015年研发了一款基于橡胶垫片支撑的超冗余度机器人，该款机器人将17个球面圆盘和16个橡胶垫片间隔排布组成单个弯曲单元，通过3根绳驱动，实现了每段弯曲单元两个方向的弯曲运动，最大弯曲角度可达100°。2011年香港中文大学李峥等研发了一款球铰连接的牵引绳驱动连续体机器人。其利用电磁跟踪方法，实现了对操作臂形位的测量，结果显示单关节末端精度可达2％，三关节串联时末端精度小于4％。

随着作业环境的复杂化和狭窄化，超冗余度蛇形机器人作为特种机器人因其具有较强的避障能力和深腔作业能力，逐渐受到研究人员和企业的关注。一方面相比于传统工业机械臂，超冗余度蛇形机器人将驱动设备(电机)和传动机构(减速箱、丝杠等)后置于驱动底座，这样可以有效减轻操作臂质量，减小操作臂直径。另一方面通过优化结构设计，使超冗余度蛇形机器人拥有尽可能多的自由度和更大的弯曲角度，这使得操作臂具有极强的运动灵活性。

现有超冗余度蛇形机器人的动力传动机构存在的缺陷和不足：传动机构常采用金属材质丝杆螺母和金属材质导向滑块传递动力，存在的不足是需要后期加装润滑油来保证运动的顺畅，需要拆卸传动机构，增加了维护的难度；金属螺母和金属滑块由于其固有的外形限制，使得动力传动机构只能进行单层排布，难以缩小外形尺寸；驱动电机和传动机构未集成到一起，不利于模块化拆卸和装配。

发明内容

本发明的目的是提供一种超冗余度蛇形机器人的动力传动机构，可以有效解决背景技术中的问题。