[发明专利]一种模块化空间多稳态变构型机器人

说明书

一种模块化空间多稳态变构型机器人，包括若干个模块单元和绳索，每个模块单元内部均设置有通孔，绳索依次穿过模块单元，将若干个模块单元连接在一起形成模块化空间多稳态变构型机器人；模块单元包括壳体、驱动装置、凸轮装置、推杆装置、推杆槽和绳索导槽；驱动装置设置在壳体的内底部，驱动装置上方设置有若干凸轮装置，驱动装置用于驱动凸轮装置转动，每个凸轮装置上方设置有推杆装置，凸轮装置带动推杆装置上下运动；壳体内部设置有推杆槽和绳索导槽，推杆装置插在推杆槽内，绳索设置在绳索导槽内；在同等变构型能力上，与其他变构型机器人相比，本发明结构明显地简单，成本也随之降低。

技术领域

本发明属于机器人领域，特别涉及一种模块化空间多稳态变构型机器人。

背景技术

能够适应多变环境、完成多重任务、服务多类对象的机器人在太空探测、未来战场支援、水下作业、医疗康复等领域有着巨大的应用价值。构型变换能力以及不同构型下机器人的刚度快速大范围变化能力是实现上述机器人特性的关键，二者难以兼顾是制约机器人实现功能多样化的瓶颈。

对变构型机器人的研究大致可分如下三个分支：1、从机构运动学出发，利用机构的结构拓扑变化来改变机构的自由度和运动模式。代表性成果有：英国伦敦大学国王学院戴建生教授提出的变胞机构、台湾成功大学颜鸿森教授提出的变拓扑机构和英国赫瑞瓦特大学孔宪文教授提出的多模式机构。该类变构型机器人实现的可变构型数量较少，与外界交互通常依赖高品质的传感，对非结构化环境适应能力有限。2、基于模块化的设计思想，通过组合多个功能模块形成具有多种构型的机器人，以适应不同的任务。代表性成果有：日本名古屋大学Fukuda等研制的细胞机器人和德国Schunk公司生产的PowerCUBE模块化机械臂。这类变构型机器人需要较多模块，每个模块具有独立的传感、驱动和通信单元，造成控制系统复杂、容错性差；此外，模块间需要频繁连接和分离，连接刚度难以保证，使得机器人的负载-自重比低下。3、利用结构/材料的冗余柔性和刚软耦合特性实现机器人变构型，顺应外界环境的变化。代表性成果有：哈佛大学和麻省理工学院合作完成的自折叠机器人、德国Festo公司的仿象鼻机械臂和柔性自适应抓手。柔性/软体结构大大增强了机器人的环境自适应能力，却使其难以实现大变刚度比(即最大刚度与最小刚度之比)，例如2018年俄亥俄州立苏海军等实现的变刚度比仅为20；另外，软体材料力学性能衰变快、对环境温湿度敏感，是目前软体机器人实现工程应用的瓶颈

发明内容

本发明的目的在于提供一种模块化空间多稳态变构型机器人，以解决上述问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种模块化空间多稳态变构型机器人，包括若干个模块单元和绳索，每个模块单元内部均设置有通孔，绳索依次穿过模块单元，将若干个模块单元连接在一起形成模块化空间多稳态变构型机器人；模块单元包括壳体、驱动装置、凸轮装置、推杆装置、推杆槽和绳索导槽；驱动装置设置在壳体的内底部，驱动装置上方设置有若干凸轮装置，驱动装置用于驱动凸轮装置转动，每个凸轮装置上方设置有推杆装置，凸轮装置带动推杆装置上下运动；壳体内部设置有推杆槽和绳索导槽，推杆装置插在推杆槽内，绳索设置在绳索导槽内；

壳体包括上半壳体和下半壳体，上半壳体和下半壳体对扣固定连接形成壳体；上半壳体包括中空棱柱和上棱台，上棱台固定设置在中空棱柱的一端，上棱台的底面形状及大小与中空棱柱端部的形状及大小相同；下半壳体包括中空棱柱和下棱台，下棱台固定设置在中空棱柱的一端，下棱台的底面形状及大小与中空棱柱端部的形状及大小相同；上半壳体和下半壳体上远离棱台一端的中空棱柱端部固定连接形成壳体；

上棱台和下棱台内均设置有绳索导槽，推杆槽设置在上棱台内；凸轮装置的个数和中空棱柱面的个数相同，且中空棱柱的每个内侧面旁均设置有凸轮装置。