变刚度并联关节蛇形机器人机构.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利(10)授权公告号(10)授权公告号CN103056876B(45)授权公告日(45)授权公告日2015.03.04(21)申请号201310016188.4CN1498730A,2004.05.26,CN1533321A,2004.09.29,(22)申请日2013.01.16CN102837307A,2012.12.26,(73)专利权人北京化工大学李永刚等.并联机器人机构静刚度研究现状地址100029北京市朝阳区北三环东路15与展望.《机械设计》.2010,第27卷(第3期),号审查员李方芬(72)发明人曹政才刘天龙高金吉陈艳萍(74)专利代理机构北京思海天达知识产权代理有限公司11203代理人张慧(51)Int.Cl.B25J9/06(2006.01)(56)对比文件US5337732A,1994.08.16,US5386741A,1995.02.07,WO0010073A1,2000.02.24,权利要求书2页说明书7页附图5页(54)发明名称变刚度并联关节蛇形机器人机构(57)摘要本发明涉及一种变刚度并联关节蛇形机器人机构，属于机器人领域。机器人由若干运动单元串联构成，每个运动单元含有两自由度空间并联关节，关节由一条固定U支链、两条SPDU主动支链构成，主动支链含有变刚度直线驱动器；旋转轴与固定U支链平行的主动轮构成运动单元轮廓，通过能抵消反向力矩的隔振装置与固定U支链连接。优点在于：主动支链刚度、阻尼受控可变，使蛇形机器人既可以通过增加关节柔性提高地形适应能力，又可以通过增加关节刚度提高姿态精确性与稳定性，从而增加本发明的适用性；机器人运动过程中产生的振动被隔振装置以及主动支链吸收，提高蛇形机器人关节对冲击力矩的耐受性，从而提高机器人运动速度及效率。CN103056876BCN103056876B权利要求书1/2页1.一种变刚度并联关节蛇形机器人机构，由多个运动单元(14)串联构成；其特征在于：所述运动单元(14)带有固定U支链(1)、正向变刚度直线驱动器(6)、负向变刚度直线驱动器(7)和平行主动轮(13)四个功能模块；正向变刚度直线驱动器(6)、负向变刚度直线驱动器(7)分别通过铰链机构与固定U支链(1)相连接，正向连接点(2)和负向连接点(3)固定在固定U支链(1)上，正向连接点(2)、负向连接点(3)与固定U支链(1)靠近正向连接点(2)和负向连接点(3)的端点连线构成等腰直角三角形；正向变刚度直线驱动器(6)、负向变刚度直线驱动器(7)以及固定U支链(1)远离正向连接点(2)和负向连接点(3)的端点分别固定有正向万向铰(8)、负向万向铰(9)和中心万向铰(10)；相邻运动单元连接时，一个运动单元的正向万向铰(8)、负向万向铰(9)和中心万向铰(10)分别与另一个运动单元的正向连接点(2)、负向连接点(3)和固定U支链(1)相连接；所述平行主动轮(13)包括：容器式轮辋(18)、螺旋形轮胎(19)、内齿轮(28)、轮辋加固圈(20)；通过底座端盖轴承(31)和关节端盖轴承(32)分别与底座端盖(33)和关节端盖(34)相连接，主动轮电机(27)通过电机支架(30)与关节端盖(34)相固连，通过外齿轮(29)带动平行主动轮(13)绕固定U支链(1)轴向连续旋转；所述螺旋形轮胎(19)的形状为完整的圆形；由多个长条形柔性材料螺旋状固定于容器式轮辋(18)表面制成；所述固定U支链(1)由关节连接板(36)、电路板固定架(39)、底座端盖定位螺栓(40)、电池组定位板(41)、电池组固定套(42)、中心万向节联轴器(45)、关节端盖定位板(46)固连到中心脊柱(35)构成；所述底座端盖(33)和关节端盖(34)分别通过底座端盖隔振圈(23)和关节端盖隔振圈(25)与中心脊柱(35)相连，并通过底座端盖定位圈(24)和关节端盖定位圈(26)与底座端盖定位螺栓(40)和关节端盖定位板(46)相连。2.根据权利要求1所述的变刚度并联关节蛇形机器人机构，其特征在于：所述的正向变刚度直线驱动器(6)和负向变刚度直线驱动器(7)结构相同，采用直线往复运动机构将电机(54)的旋转运动变为直线运动。3.根据权利要求1所述的变刚度并联关节蛇形机器人机构，其特征在于：所述的正向变刚度直线驱动器(6)和负向变刚度直线驱动器(7)由结构框架、直线往复运动机构和变刚度驱动器三部分组成。4.根据权利要求3所述的变刚度并联关节蛇形机器人机构，其特征在于：所述的结构框架由驱动器底座(63)和光轴(69)固连构成。5.根据权利要求3所述的变刚度并联关节蛇形机器人机构，其特征在于：所述的直线往复运动机构包含电机(54)、联轴器(62)、螺杆(67)和螺母(68)；电机(54)与驱动器底座(63)固