一种基于张拉整体结构的仿象鼻连续型机器人

1.本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种基于张拉整体结构的仿象鼻连续型机器人。


背景技术：

2.目前，机器人技术的研究已经日趋成熟，并广泛应用于航空航天、工业生产等诸多领域，这些应用无疑给人类带来了极大的便利。然而，目前广泛应用的传统刚性机器人只具有有限的自由度，变形能力较差，难以在空间实现灵活的操作运动。
3.针对传统刚性机器人所带来的局限性，以具有柔顺特征的生物作为仿生原型的连续型机器人应运而生。然而，基于张拉整体结构的仿象鼻连续型机器人研究与应用尚不多见，技术相对不成熟。因此，设计一种基于张拉整体结构的仿象鼻连续型机器人对连续型机器人的发展具有十分重要的意义。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是提供一种能够在空间中进行多角度自由度运动，实现仿象鼻灵活操作能力的基于张拉整体结构的仿象鼻连续型机器人。
5.为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：
6.一种基于张拉整体结构的仿象鼻连续型机器人，具有仿象鼻臂体，所述具有仿象鼻臂体包括：至少一个连接体、至少一个储能机构以及至少一个驱动机构。
7.至少一个连接体具有至少一个上层组件和至少一个下层组件，所述至少一个下层组件固定地配置在所述至少一个上层组件的下方；
8.至少一个储能机构配置为使相邻的所述至少一个连接体彼此远离，相邻的所述至少一个连接体通过所述至少一个储能机构连接并形成有至少一个伸缩弯曲段和至少一个主弯曲段；
9.至少一个驱动机构用于驱动所述至少一个伸缩弯曲段伸缩和驱动所述至少一个主弯曲段弯曲；
10.其中，所述至少一个连接体中的所述至少一个上层组件和与其相邻的所述至少一个连接体中的所述至少一个上层组件或至少一个下层组件均与所述至少一个储能机构转动连接。
11.本公开的至少一实施例提供的基于张拉整体结构的仿象鼻连续型机器人中，所述上层组件和下层组件之间设置有连接件，所述连接件两端分别与上层组件和下层组件固定连接，通过设置有连接件，可以有效的提升上层组件和下层组件的稳定性。
12.本公开的至少一实施例提供的基于张拉整体结构的仿象鼻连续型机器人中，所述主弯曲段中的连接体的外周长沿远离所述驱动机构的方向逐渐减少，与象鼻结构相同，整体末端的体积较少，有利于运用在多种使用场景中，提升使用的灵活性。
13.本公开的至少一实施例提供的基于张拉整体结构的仿象鼻连续型机器人中，所述
驱动机构包括：至少一个拉动机构以及至少一个收绳机构。
14.至少一个拉动机构具有至少一个弹性推拉杆；
15.至少一个收绳机构具有至少一个拉绳；
16.其中，所述下层组件和连接件的交接处设置有与所述弹性推拉杆相配对的通孔，所述上层组件和连接件的交接处设置有与所述拉绳相配对的绳孔，所述弹性推拉杆和拉绳末端分别穿过所述通孔和绳孔，且所述弹性推拉杆和/或拉绳末端设置有固线器，由于通孔设置在下层组件和连接件的交接处，能够起到良好的补强效果，能够有效的因受到拉绳的作用而导致下层组件受压破损的情况，同样地绳孔处也具有良好的力学性能。
17.本公开的至少一实施例提供的基于张拉整体结构的仿象鼻连续型机器人中，所述驱动机构还包括：至少一个固定板，所述拉动机构和收绳机构均装配在所述至少一个固定板上；
18.其中，所述至少一个固定板上设置有与所述弹性推拉杆和拉绳相配对的至少一个第一穿出孔。
19.本公开的至少一实施例提供的基于张拉整体结构的仿象鼻连续型机器人中，所述储能机构包括：连接杆、套筒、压簧以及弹力绳索。
20.连接杆具有第一连接座；
21.套筒具有连接槽、定位孔和第二连接座，所述连接杆一端插入所述连接槽内；
22.压簧配置在所述连接槽内，所述压簧一端与所述连接槽的槽底抵接；
23.弹力绳索用于使第一连接座靠向第二连接座，所述弹力绳索至少部分位于所述连接槽内，且所述弹力绳索通过所述定位孔穿出所述连接槽外。储能机构伸长时，弹力绳索承受拉力，压簧不发生形变；储能机构缩短时，压簧承受压力，弹力绳索不发生形变，通过这种组合的形式使储能机构既能承受拉力、又能承受压力，实现双向受力和储能的作用。
24.本公开的至少一实施例提供的基于张拉整体结构的仿象鼻连续型机器人中，所述固定板上设置有至少一个第二穿出孔，所述拉动机构至少部分通过所述至少一个第二穿出孔穿过所述固定板，并伸入所述伸缩弯曲段内，通过设置有第二穿出孔，由于拉动机构部分通过第二穿出孔穿过固定板，可以有效的降低整体的长度，同时又能保持较大的可伸缩行程。
25.本公开的至少一实施例提供的基于张拉整体结构的仿象鼻连续型机器人中，所述拉动机构包含有直线步进电机滑台和拉杆固定架，所述拉杆固定架固定在所述直线步进电机滑台的滑块上，所述弹性推拉杆与所述拉杆固定架固定连接。
26.本公开的至少一实施例提供的基于张拉整体结构的仿象鼻连续型机器人中，所述收绳机构位于所述拉动机构的一侧，所述收绳机构包含有舵机和卷绳盘，所述舵机的输出轴与所述卷绳盘固定连接。
27.本公开的至少一实施例提供的基于张拉整体结构的仿象鼻连续型机器人中，所述下层组件上设置有补强架，所述补强架至少一端固定在所述下层组件和连接件的交接处，连接件与所述补强架形成钝角分布，能够进一步提升下层组件的强度，避免下层组件的通孔处受到弹性推拉杆的压力而出现破损的情况。
28.本发明的有益效果为：能够在空间中进行多角度自由度运动，实现仿象鼻灵活操作能力，整个驱动结构驱动效率较高，能够现实灵活的伸缩和弯曲效果，同时整个结构具有
良好的力学性能，不易受到撞击而导致出现损坏的情况。
附图说明
29.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
30.图1为本发明一种基于张拉整体结构的仿象鼻连续型机器人的整体结构示意图。
31.图2为本发明一种基于张拉整体结构的仿象鼻连续型机器人的整体结构示意图。
32.图3为本发明一种基于张拉整体结构的仿象鼻连续型机器人的连接体的立体图。
33.图4为本发明一种基于张拉整体结构的仿象鼻连续型机器人的连接体的俯视图。
34.图5为本发明一种基于张拉整体结构的仿象鼻连续型机器人的多个连接体的连接示意图。
35.图6为本发明一种基于张拉整体结构的仿象鼻连续型机器人的局部结构示意图。
36.图7为本发明一种基于张拉整体结构的仿象鼻连续型机器人的局部结构示意图。
37.图8为本发明一种基于张拉整体结构的仿象鼻连续型机器人的局部结构示意图。
38.图9为本发明一种基于张拉整体结构的仿象鼻连续型机器人的局部结构示意图。
39.图10为本发明一种基于张拉整体结构的仿象鼻连续型机器人的局部结构示意图。
40.图11为本发明一种基于张拉整体结构的仿象鼻连续型机器人的储能机构的立体图。
41.图12为本发明一种基于张拉整体结构的仿象鼻连续型机器人的储能机构的剖面图。
42.图中：
43.10、连接体；11、上层组件；12、下层组件；111、连接件；13、伸缩弯曲段；14、主弯曲段；15、容纳腔；112、绳孔；121、通孔；122、补强架；113、连接板件；114、轴孔；
44.20、储能机构；21、连接杆；22、套筒；23、压簧；24、弹力绳索；211、第一连接座；221、连接槽；222、定位孔；223、第二连接座；
45.30、驱动机构；31、拉动机构；32、收绳机构；311、弹性推拉杆；321、拉绳；312、固线器；33、固定板；313、直线步进电机滑台；314、拉杆固定架；322、舵机；323、卷绳盘。
具体实施方式
46.下面将结合实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清晰、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是一部分实施例，而不是全部的实施例。
47.在实施例中，需要理解的是，术语“中间”、“上”、“下”、“顶部”、“右侧”、“左端”、“上方”、“背面”、“中部”、等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
48.另外，在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，安装、连接和相连等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；
可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
49.实施例
50.如图1至12所示，一种基于张拉整体结构的仿象鼻连续型机器人，具有仿象鼻臂体，仿象鼻臂体包括：连接体10、储能机构20以及驱动机构30。连接体10具有上层组件11和下层组件12，下层组件12固定地配置在上层组件11的下方；储能机构20配置为使相邻的连接体10彼此远离，相邻的连接体10通过储能机构20连接并形成有伸缩弯曲段13和主弯曲段14；驱动机构30用于驱动伸缩弯曲段13伸缩和驱动主弯曲段14弯曲；整体能够在空间中进行多角度自由度运动，实现仿象鼻灵活操作能力，整个驱动结构驱动效率较高，能够现实灵活的伸缩和弯曲效果，同时整个结构具有良好的力学性能，不易受到撞击而导致出现损坏的情况。
51.在本实施例中，上层组件11和下层组件12之间设置有连接件111，连接件111两端分别与上层组件11和下层组件12为一体式设置，通过设置有连接件111，可以有效的提升上层组件11和下层组件12的稳定性，每个上层组件11和下层组件12之间均设置有三个连接件111，且三个连接件111同样采用三角分布，能够有效的提升整体的稳定性，具有良好的力学性能。
52.在本实施例中，连接体10中的上层组件11和与其相邻的连接体10中的下层组件12均与储能机构20转动连接，并且每一个连接体10中的上层组件11和下层组件12之间形成有容纳腔15，容纳腔15用于容纳相邻的连接体10中的下层组件12，能够对下层组件12起到良好的防护作用，能够有效的避免下层组件12和连接件111受到撞击；同时使得储能机构20的伸缩部分同样位于容纳腔15内，减少储能机构20的伸缩部分受到撞击的几率。
53.在本实施例中，驱动机构30包括拉动机构31以及收绳机构32。拉动机构31具有弹性推拉杆311；收绳机构32具有拉绳321；其中，下层组件12和连接件111的交接处设置有与弹性推拉杆311相配对的通孔121，上层组件11和连接件111的交接处设置有与拉绳321相配对的绳孔112，弹性推拉杆311和拉绳321末端分别穿过通孔121和绳孔112，且弹性推拉杆311末端设置有固线器312，由于通孔121设置在下层组件12和连接件111的交接处，能够起到良好的补强效果，能够有效的因受到拉绳321的作用而导致下层组件12受压破损的情况，同样地绳孔112处也具有良好的力学性能。
54.在本实施例中，驱动机构30还包括固定板33，拉动机构31和收绳机构32均装配在固定板33上；其中，固定板33上设置有与弹性推拉杆311和拉绳321相配对的第一穿出孔(未图示)。
55.在本实施例中，储能机构20包括连接杆21、套筒22、压簧23以及弹力绳索24。连接杆21具有第一连接座211；套筒22具有连接槽221、定位孔222和第二连接座223，连接杆21一端插入连接槽221内；压簧23配置在连接槽221内，压簧23一端与连接槽221的槽底抵接；弹力绳索24用于使第一连接座211靠向第二连接座223，弹力绳索24部分位于连接槽221内，且弹力绳索24通过定位孔222穿出连接槽221外。储能机构20伸长时，弹力绳索24承受拉力，压簧23不发生形变；储能机构20缩短时，压簧23承受压力，弹力绳索24不发生形变，通过这种组合的形式使储能机构20既能承受拉力、又能承受压力，实现双向储能和受力的作用。
56.在本实施例中，固定板33上设置有第二穿出孔(未图示)，拉动机构31通过第二穿出孔并伸入伸缩弯曲段13的其中一容纳腔内，通过设置有第二穿出孔，由于拉动机构31的电机部分通过第二穿出孔穿过固定板33，可以有效的降低整体的长度，同时又能保持较大的可伸缩行程。
57.在本实施例中，拉动机构31包含有直线步进电机滑台313和拉杆固定架314，拉杆固定架314固定在直线步进电机滑台313的滑块上，弹性推拉杆311与拉杆固定架314固定连接。
58.在本实施例中，收绳机构32位于拉动机构31的一侧，收绳机构32包含有舵机322和卷绳盘323，舵机322的输出轴与卷绳盘323固定连接。
59.在本实施例中，上层组件11和下层组件12上均设置有连接板件113，上层组件11和下层组件12均与其各自上的连接板件为一体式设置，连接板件113上配置有轴孔114，上层组件11和下层组件12均通过连接板件113、螺栓和螺母与其对应的储能机构20连接，并实现转动。
60.在一些实施例中，弹性推拉杆是采用3d打印制作，材质是光敏树脂，光敏树脂的型号为evolve 128。
61.在一些实施例中，主弯曲段14中的连接体10的外周长沿远离驱动机构30的方向逐渐减少，与象鼻结构相同，整体末端的体积较少，有利于运用在多种使用场景中，提升使用的灵活性。
62.在一些实施例中，下层组件12上设置有补强架122，补强架122至少一端固定在下层组件12和连接件111的交接处，连接件111与补强架122形成钝角分布，能够进一步提升下层组件12的强度，避免下层组件12的通孔121处受到弹性推拉杆311的压力而出现破损的情况。
63.在一些实施例中，伸缩弯曲段13具有五个连接体10、十五个储能机构20、三根弹性推拉杆311、三个固线器312。相邻的连接体10之间通过三个储能机构20连接，且该三个储能机构20呈三角分布，采用了三角分布的结构，有利于提升整体的稳定性。
64.主弯曲段14具有五个连接体10、十二个储能机构20和三根拉绳321。相邻的连接体10之间通过三个储能机构20连接，且该三个储能机构20同样采用呈三角分布的结构，有利于提升整体的稳定性。
65.拉动机构31和收绳机构32均设置有三个，且拉动机构31和收绳机构32均以固定板33中心点呈环形阵列分布。
66.在未示出的又一实施例中，连接体、储能机构以及驱动机构。连接体具有上层组件和下层组件，下层组件固定地配置在上层组件的下方，连接体中的上层组件和与其相邻的连接体中的上层组件均与所述储能机构转动连接。
67.在未示出的又一实施例中，拉绳321末端同样设置有固线器312。
68.在未示出的又一实施例中，该一种基于张拉整体结构的仿象鼻连续型机器人还包括控制装置，舵机和直线步进电机滑台均与控制装置电性连接。
69.工作时，控制装置控制直线步进电机滑台使拉杆固定架往固定板靠拢，使得伸缩弯曲段实现伸张；而控制装置控制直线步进电机滑台使拉杆固定架远离固定板，使得伸缩弯曲段实现收拢。
70.控制装置控制舵机进行收线，受到拉力的作用伸缩弯曲段和主弯曲段实现弯曲。
71.在本说明书的描述中，参考术语“本实施例”、“一些实施例”、“其他实施例”或“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
72.尽管上面已经示出和描述了本技术的实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内；除非明确说明，否则本文中使用的任何元件、动作或指令都不应解释为关键或必要的。

技术特征：
1.一种基于张拉整体结构的仿象鼻连续型机器人，具有仿象鼻臂体，其特征在于，所述仿象鼻臂体包括：至少一个连接体，具有至少一个上层组件和至少一个下层组件，所述至少一个下层组件固定地配置在所述至少一个上层组件的下方；至少一个储能机构，配置为使相邻的所述至少一个连接体连接，并形成有至少一个伸缩弯曲段和至少一个主弯曲段；以及至少一个驱动机构，用于驱动所述至少一个伸缩弯曲段弯曲伸缩和驱动所述至少一个主弯曲段弯曲；其中，所述至少一个连接体中的所述至少一个上层组件和与其相邻的所述至少一个连接体中的所述至少一个上层组件或至少一个下层组件均与所述至少一个储能机构转动连接。2.根据权利要求1所述的一种基于张拉整体结构的仿象鼻连续型机器人，其特征在于，所述上层组件和下层组件之间设置有连接件，所述连接件两端分别与上层组件和下层组件固定连接。3.根据权利要求1所述的一种基于张拉整体结构的仿象鼻连续型机器人，其特征在于，所述主弯曲段中的连接体的外周长沿远离所述驱动机构的方向逐渐减少。4.根据权利要求2所述的一种基于张拉整体结构的仿象鼻连续型机器人，其特征在于，所述驱动机构包括：至少一个拉动机构，具有至少一个弹性推拉杆；以及至少一个收绳机构，具有至少一个拉绳；其中，所述下层组件和连接件的交接处设置有与所述弹性推拉杆相配对的通孔，所述上层组件和连接件的交接处设置有与所述拉绳相配对的绳孔，所述弹性推拉杆和拉绳末端分别穿过所述通孔和绳孔，且所述弹性推拉杆和/或所述拉绳末端设置有固线器。5.根据权利要求1所述的一种基于张拉整体结构的仿象鼻连续型机器人，其特征在于，所述驱动机构还包括：至少一个固定板，所述拉动机构和收绳机构均装配在所述至少一个固定板上；其中，所述至少一个固定板上设置有与所述弹性推拉杆和拉绳相配对的至少一个第一穿出孔。6.根据权利要求1所述的一种基于张拉整体结构的仿象鼻连续型机器人，其特征在于，所述储能机构包括：连接杆，具有第一连接座；套筒，具有连接槽、定位孔和第二连接座，所述连接杆一端插入所述连接槽内；压簧，配置在所述连接槽内，所述压簧一端与所述连接槽的槽底抵接；以及弹力绳索，用于使第一连接座靠向第二连接座，所述弹力绳索至少部分位于所述连接槽内，且所述弹力绳索通过所述定位孔穿出所述连接槽外。7.根据权利要求4和5所述的一种基于张拉整体结构的仿象鼻连续型机器人，其特征在于，所述固定板上设置有至少一个第二穿出孔，所述拉动机构至少部分通过所述至少一个第二穿出孔穿过所述固定板，并伸入所述伸缩弯曲段内。8.根据权利要求4所述的一种基于张拉整体结构的仿象鼻连续型机器人，其特征在于，
所述拉动机构包含有直线步进电机滑台和拉杆固定架，所述拉杆固定架固定在所述直线步进电机滑台的滑块上，所述弹性推拉杆与所述拉杆固定架固定连接。9.根据权利要求4所述的一种基于张拉整体结构的仿象鼻连续型机器人，其特征在于，所述收绳机构位于所述拉动机构的一侧，所述收绳机构包含有舵机和卷绳盘，所述舵机的输出轴与所述卷绳盘固定连接。10.根据权利要求4所述的一种基于张拉整体结构的仿象鼻连续型机器人，其特征在于，所述下层组件上设置有补强架，所述补强架至少一端固定在所述下层组件和连接件的交接处。

技术总结
本发明公开一种基于张拉整体结构的仿象鼻连续型机器人，具有仿象鼻臂体，所述仿象鼻臂体包括：至少一个连接体、至少一个储能机构和至少一个驱动机构，至少一个连接体具有至少一个上层组件和至少一个下层组件；至少一个储能机构配置为使相邻的所述至少一个连接体彼此远离，相邻的所述至少一个连接体通过所述至少一个储能机构连接并形成有至少一个伸缩弯曲段和至少一个主弯曲段；其中，所述至少一个连接体中的所述至少一个上层组件和与其相邻的所述至少一个连接体中的所述至少一个上层组件或至少一个下层组件均与所述至少一个储能机构转动连接；该基于张拉整体结构的仿象鼻连续型机器人能够在空间中进行多角度自由度运动，实现仿象鼻灵活操作能力。实现仿象鼻灵活操作能力。实现仿象鼻灵活操作能力。


技术研发人员：吴嘉宁 张捷 林浩峰 吴明帅 牟文迪 张瀚月 江毅玲 吴志刚
受保护的技术使用者：中山大学
技术研发日：2021.12.31
技术公布日：2022/3/8