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(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN107443415A(43)申请公布日2017.12.08(21)申请号201710841872.4(22)申请日2017.09.18(71)申请人北京化工大学地址100029北京市朝阳区北三环东路15号(72)发明人曹政才李俊宽肖清张东赵利美李清林耿鹏黄冉(74)专利代理机构北京思海天达知识产权代理有限公司11203代理人沈波(51)Int.Cl.B25J17/00(2006.01)B25J9/06(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图6页(54)发明名称一种蛇形机器人的模块化变刚度关节机构(57)摘要本发明公开了一种蛇形机器人的模块化变刚度关节机构,属于机器人研究与工程领域,当全向轮围绕模块中轴线转动时,蛇形机器人能够实现轮式运动;当关节中的并联直线驱动器伸缩时,全向轮中的各个小被动轮与地面接触产生各向异性摩擦力实现蛇形运动,此外,轮的两侧有偏盖,可以对轮体起到一定的保护作用。同时,磁流变阻尼环节的阻尼力控制是和支链运动控制分开的,可以根据需求,通过控制活塞头的线圈的电流大小来改变磁流套筒内的磁场强度,改变磁流变液的状态,进而达到控制阻尼力,实现变刚度的功能。该环节既不影响蛇形机器人实现各种运动步态,又能提高蛇形机器人的关节自锁和自我保护能力,使得蛇形机器人环境适应能力大幅度提升。CN107443415ACN107443415A权利要求书1/2页1.一种蛇形机器人的模块化变刚度关节机构,其特征在于:该关节机构由上全向轮(1)、下全向轮(2)、上平台(3)和下平台(4)、第一变刚度支链(A)、第二变刚度支链(B)和第三变刚度支链(C)组成;上平台(3)通过一个凸盖安装在上全向轮(1)上,下平台(4)通过另一个凸盖安装在下全向轮(2)上,上平台(3)和下平台(4)之间通过第一变刚度支链(A)、第二变刚度支链(B)和第三变刚度支链(C)连接在一起。2.根据权利要求1所述的一种蛇形机器人的模块化变刚度关节机构,其特征在于:上全向轮(1)和下全向轮(2)的结构完全相同,十二个被动轮(7)沿轮(6)的周向分布,第二转动副(R2)为全向轮旋转电机,第一转动副(R1)为被动轮绕轮架的旋转副;电源引线通过上全向(1)和下全向轮(2)凹台上的两个全向轮旋转副接线口(5)连接到全向轮旋转电机,通过控制全向轮旋转电机的转动速度控制上全向轮(1)和下全向轮(2)的转速。3.根据权利要求1所述的一种蛇形机器人的模块化变刚度关节机构,其特征在于:所述上平台(3)是由一个圆形端盖基座和第一上平台旋转虎克铰(8)、第二上平台旋转虎克铰(9)和第三上平台旋转虎克铰(10)组成,第一上平台旋转虎克铰(8)、第二上平台旋转虎克铰(9)和第三上平台旋转虎克铰(10)与圆形端盖基座固定在一起;第一上平台旋转虎克铰(8)对应第三转动副(R3),第二上平台旋转虎克铰(9)对应第四转动副(R4),第三上平台旋转虎克铰(10)对应第五转动副(R5);下平台(4)是由圆形端盖基座和电机基座固定平台(12)、第一下平台固定虎克铰(11)和第二下平台固定虎克铰(13)组成,电机基座固定平台(12)、第一下平台固定虎克铰(11)和第二下平台固定虎克铰(13)与圆形端盖基座固定在一起;电机基座固定平台(12)、第一下平台固定虎克铰(11)和第二下平台固定虎克铰(13)三者的中心连线呈等边三角形,等边三角形的中心和下平台(4)的中心重合。4.根据权利要求1所述的一种蛇形机器人的模块化变刚度关节机构,其特征在于:所述第一变刚度支链(A)和第三变刚度支链(C)具有相同的结构,包括各支链对应的上球型连接轴、下球型连接轴、支链上虎克铰、支链下虎克铰、直线驱动器、直线驱动器固定基座、活塞上端连接环、活塞下端连接环和变刚度元件;上球型连接轴连接上平台旋转虎克铰和支链上虎克铰,而支链上虎克铰通过活塞上端连接环与变刚度元件的活塞上端相连接,变刚度元件的活塞杆下端通过活塞下端连接环与直线驱动器连接,直线驱动器固定基座用于安装直线驱动器,其底部和支链下虎克铰连接,支链下虎克铰通过下球型连接轴与下平台的固定虎克铰连接在一起。5.根据权利要求4所述的一种蛇形机器人的模块化变刚度关节机构,其特征在于:第一变刚度支链(A)与第二变刚度支链(C)的具体连接方式为:第一支链上虎克铰(A3)通过第一球型连接轴(A1)与上平台(3)的第一上平台旋转虎克铰(8)连接,第一支链下虎克铰(A4)通过第二球型连接轴(A2)与下平台(4)的第一下平台固定虎克铰(11)连接;第三支链上虎克铰(C3)通过第四球型连接轴(C1)与上平台(3)的第三上平台旋转虎克铰(10)连接,第三支链下虎克铰通过第五球型连接轴(C2)与下定平台(4)的第二下平台固定虎