專利名稱：基于多自由度柔性運(yùn)動單元的水陸兩棲蛇形機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
發(fā)明涉及一種基于多自由度柔性運(yùn)動單元的水陸兩棲蛇形機(jī)器人，屬于蛇形機(jī)器人的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
蛇形機(jī)器人能根據(jù)不同地形條件采用不同的運(yùn)動方式，具有良好的地形適應(yīng)能力和運(yùn)動穩(wěn)定性，適用于搶險救災(zāi)、野外考察、軍事偵察、管道檢查等非結(jié)構(gòu)化環(huán)境中，并進(jìn)一步延伸到深海探測、星際探索等領(lǐng)域，具有極其廣泛的應(yīng)用前景。

目前大多數(shù)仿生蛇形機(jī)器人是以電機(jī)為驅(qū)動，通過傳動機(jī)構(gòu)使每個模塊產(chǎn)生一定的轉(zhuǎn)動角度，相當(dāng)于將蛇的運(yùn)動方程進(jìn)行離散化。然而電機(jī)驅(qū)動的蛇形機(jī)器人運(yùn)動模塊體積大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，效率低，有噪聲，限制了蛇形機(jī)器人的應(yīng)用。介電型EAP (電活性聚合物)是一種性能最接近生物肌肉的人工肌肉型智能材料，具有能量密度比大、效率高、響應(yīng)速度快、變形大等明顯優(yōu)點，且是一種柔性材料，便于運(yùn)動單元結(jié)構(gòu)設(shè)計，以實現(xiàn)多自由度柔性運(yùn)動單元。在此基礎(chǔ)上，將多個運(yùn)動單元串聯(lián)，以形成蛇形機(jī)器人。

發(fā)明內(nèi)容
為解決目前蛇形機(jī)器人采用剛性驅(qū)動存在的技術(shù)缺陷，本發(fā)明提供了一種運(yùn)動靈活、結(jié)構(gòu)簡單、效率高、無噪聲的基于多自由度柔性運(yùn)動單元的水陸兩棲蛇形機(jī)器人。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
該機(jī)器人是由多個多自由度柔性運(yùn)動單元以串聯(lián)方式固連；在串聯(lián)的多自由度柔性運(yùn)動單元外安裝有柔性可被動伸縮彎曲的防水套；所述多自由度柔性運(yùn)動單元包括上端蓋和下端蓋，在上端蓋和下端蓋之間還有中心軸，該中心軸一端與上端蓋固定，另一端穿過下端蓋的中心導(dǎo)孔；在上端蓋邊緣和下端蓋邊緣之間連接著軸向介電型EAP驅(qū)動器組和斜向介電型EAP驅(qū)動器組；上述上端蓋和下端蓋之間還安裝有使軸向介電型EAP驅(qū)動器組和斜向介電型EAP驅(qū)動器組處于拉伸狀態(tài)的壓縮彈簧。本發(fā)明的優(yōu)點在于
I.本發(fā)明的柔性運(yùn)動單元具有四個自由度，運(yùn)動靈活，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，能產(chǎn)生連續(xù)柔性轉(zhuǎn)動和伸縮。2.本發(fā)明的運(yùn)動單元外安裝有防水套，既提供了密封，又提供了機(jī)器人向前運(yùn)動的反作用推力，機(jī)器人適合在陸地和水中運(yùn)動。3.本發(fā)明可具有伸縮、蜿蜒、翻滾等多種運(yùn)動方式，模仿柔體生物體的運(yùn)動功能，對復(fù)雜未知地形適應(yīng)性強(qiáng)。


圖I為水陸兩棲蛇形機(jī)器人的結(jié)構(gòu)示意 圖2為多自由度柔性運(yùn)動單元；
圖3為多自由度柔性運(yùn)動單元的軸向介電型EAP驅(qū)動器組布置 圖中名稱標(biāo)號I為多自由度柔性運(yùn)動單元，2為防水套。3為上端蓋、4為中心軸、5為軸向介電型EAP驅(qū)動器組、6為斜向介電型EAP驅(qū)動器組、7為下端蓋、8為壓縮彈簧。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳述。如圖I所示，本發(fā)明是由多個多自由度柔性運(yùn)動單元組成，相鄰運(yùn)動單元之間以 串聯(lián)方式固連，在串聯(lián)運(yùn)動單元外安裝柔性可被動伸縮彎曲的防水套，具有很好的密封效果并產(chǎn)生向前運(yùn)動的反作用推力。如圖2所示，柔性運(yùn)動單元由上端蓋3、中心軸4、軸向介電型EAP驅(qū)動器組5、斜向介電型EAP驅(qū)動器組6、下端蓋7和壓縮彈簧8組成，其中上下端蓋之一與中心軸4固連，另一端蓋可沿中心軸4軸線軸向移動。如圖2所示，在上下端蓋之間沿圓周方向均勻布置四個軸向介電型EAP驅(qū)動器組。在上下端蓋之間斜向布置兩個斜向介電型EAP驅(qū)動器組。介電型EAP驅(qū)動器兩端連接在上下端蓋上。如圖3所示柔性運(yùn)動單元具有四個自由度，即繞z軸、軸和z軸的連續(xù)轉(zhuǎn)動(俯仰、水平偏航、扭轉(zhuǎn))及沿z軸的線性運(yùn)動(伸縮)。當(dāng)z軸一側(cè)的軸向介電型EAP驅(qū)動器組通電、另一側(cè)不通電時，則中心軸產(chǎn)生繞^軸的連續(xù)彎曲轉(zhuǎn)動(俯仰)。當(dāng)軸一側(cè)的軸向介電型EAP驅(qū)動器組通電、另一側(cè)不通電時，則中心軸產(chǎn)生繞軸的連續(xù)彎曲轉(zhuǎn)動(水平偏航)。當(dāng)一傾斜方向的斜向介電型EAP驅(qū)動器組通電時，則中心軸4產(chǎn)生繞z軸的連續(xù)扭轉(zhuǎn)。當(dāng)所有軸向介電型EAP驅(qū)動器和斜向介電型EAP驅(qū)動器都通電時，運(yùn)動單元產(chǎn)生沿z軸軸向的線性運(yùn)動(伸縮)。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單緊湊，自由度多，工作靈活，具有多種運(yùn)動方式，能模仿生物蛇的運(yùn)動功能，適用于陸地和水中等復(fù)雜未知地形的應(yīng)用場合。
權(quán)利要求
1.一種基于多自由度柔性運(yùn)動單元的水陸兩棲蛇形機(jī)器人，其特征在于 該機(jī)器人是由多個多自由度柔性運(yùn)動單元(I)以串聯(lián)方式固連；在串聯(lián)的多自由度柔性運(yùn)動單元(I)外安裝有柔性可被動伸縮彎曲的防水套(2)；所述多自由度柔性運(yùn)動單元(I)包括上端蓋(3)和下端蓋(7)，在上端蓋(3)和下端蓋(7)之間還有中心軸(4)，該中心軸(4) 一端與上端蓋(3)固定，另一端穿過下端蓋(7)的中心導(dǎo)孔；在上端蓋(3)邊緣和下端蓋(7)邊緣之間連接著軸向介電型EAP驅(qū)動器組(5)和斜向介電型EAP驅(qū)動器組(6)； 上述上端蓋(3)和下端蓋(7)之間還安裝有使軸向介電型EAP驅(qū)動器組(5)和斜向介電型EAP驅(qū)動器組(6)處于拉伸狀態(tài)的壓縮彈簧(8)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于多自由度柔性運(yùn)動單元的水陸兩棲蛇形機(jī)器人，其特征在于上述壓縮彈簧(8)套在中心軸(4)上。
全文摘要
本發(fā)明公布了一種基于多自由度柔性運(yùn)動單元的水陸兩棲蛇形機(jī)器人，屬蛇形機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域。該機(jī)器人由多個多自由度柔性運(yùn)動單元(1)以串聯(lián)方式固連；所述多自由度柔性運(yùn)動單元(1)包括上端蓋(3)和下端蓋(7)，在上端蓋(3)和下端蓋(7)之間還有中心軸(4)，該中心軸(4)一端與上端蓋(3)固定，另一端穿過下端蓋(7)的中心導(dǎo)孔；在上端蓋(3)邊緣和下端蓋(7)邊緣之間連接著軸向介電型EAP驅(qū)動器組(5)和斜向介電型EAP驅(qū)動器組(6)；上述上端蓋(3)和下端蓋(7)之間還安裝有壓縮彈簧(8)。該蛇形機(jī)器人可具有多種運(yùn)動方式，能模仿生物體運(yùn)動功能，適用于陸地和水中兩種運(yùn)動場合，對復(fù)雜未知環(huán)境適應(yīng)力強(qiáng)。
文檔編號B25J9/06GK102837307SQ201210336869
公開日2012年12月26日 申請日期2012年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月13日
發(fā)明者王化明, 朱銀龍, 楊位東, 魏禮建, 王振, 欒云廣 申請人:南京航空航天大學(xué)