[发明专利]一种用于狭窄空间探测的柔性机器人

说明书

本发明公开了一种用于狭窄空间探测的柔性机器人，包括控制单元、电机单元、气动单元、线缆单元和伸缩套管单元，其中所述控制单元分别与所述电机单元、所述气动单元连接，所述线缆单元包括多根线缆，多根所述线缆的第一端分别固定连接在所述伸缩套管单元的第一端的内壁处，第二端分别从所述伸缩套管单元的第二端穿出后连接在所述电机单元上以通过所述电机单元控制多根所述线缆的伸缩；所述伸缩套管单元的第一端为封闭式结构，所述气动单元用于从所述伸缩套管单元的第二端向所述伸缩套管内充气或进行抽气。本发明既实现了高精度控制，又能实现连续性机械臂的伸长运动。

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种用于狭窄空间探测的柔性机器人。

背景技术

近年来根据大象鼻子、章鱼触手以及蛇体等生物器官，基于仿生学，连续型机械臂得到了很好的发展。连续型机械臂不同于传统的刚性机械臂，理论上具有无穷个自由度，利用本体的变形使机械臂可以连续弯曲或者伸长，以形成类似大象鼻子、章鱼触手的运动。通过改变自身的外形，连续型机械臂可以灵活地绕过各种障碍物，或穿过狭小弯曲的孔洞，非常适合非结构化环境和空间受限环境应用。

目前，连续型机械臂的驱动方式主要可以分为四种，即线缆驱动、流体驱动、智能材料驱动以及磁性驱动。各种驱动方式具有不同的优缺点，其中线缆驱动能够通过软管或滑轮能将位置/力传送到远处，可以跨越有限的空间并在复杂的环境中操纵对象，还具有轻便，简单，生物兼容，安全和灵活等特点；但是线缆只能单向受力，不能实现连续型机械臂的伸长运动。流体驱动利用了柔性结构可在来自流体(气体或液体)致动的施加压力下变形的原理，当连续机器人内腔压力不同时可以实现不同长度的伸长运动；但是流体驱动的控制精度较差。智能材料，主要指形状记忆合金(SMA)和压电致动器，工作密度大，生物兼容性好，形状多样，但是其致动频率低，加热温度高，冷却时间长。磁性驱动使用磁场而不需要“连杆”来致动，这种类型的致动器完全去除了传输装置，使得系统更简单，但是磁场暴露在模型中的高滞后，非线性和相互作用力限制了其使用范围。

以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明提出一种用于狭窄空间探测的柔性机器人，既实现了高精度控制，又能实现连续性机械臂的伸长运动。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明公开了一种用于狭窄空间探测的柔性机器人，包括控制单元、电机单元、气动单元、线缆单元和伸缩套管单元，其中所述控制单元分别与所述电机单元、所述气动单元连接，所述线缆单元包括多根线缆，多根所述线缆的第一端分别固定连接在所述伸缩套管单元的第一端的内壁处，第二端分别从所述伸缩套管单元的第二端穿出后连接在所述电机单元上以通过所述电机单元控制多根所述线缆的伸缩；所述伸缩套管单元的第一端为封闭式结构，所述气动单元用于从所述伸缩套管单元的第二端向所述伸缩套管内充气或进行抽气。

优选地，该用于狭窄空间探测的柔性机器人还包括转向导轮，所述转向导轮固定连接在所述伸缩套管单元的第一端的外壁处，用于辅助所述伸缩套管单元的第一端进行转向。

优选地，该用于狭窄空间探测的柔性机器人还包括摄像单元，所述控制单元与所述摄像单元连接，所述摄像单元固定连接在所述伸缩套管单元的第一端的外壁处，用于拍摄所述伸缩套管单元的第一端的前方的图像或视频并回传至所述控制单元。

优选地，该用于狭窄空间探测的柔性机器人还包括距离传感器，所述控制单元与所述距离传感器连接，所述距离传感器固定连接在所述伸缩套管单元的第一端的外壁处，用于测量所述伸缩套管单元的第一端与前方的障碍物的距离并反馈给所述控制单元。