[发明专利]一种面向拉索式机器人的液态金属辅助万向节及设计方法

说明书

本发明公开了一种面向拉索式机器人的液态金属辅助万向节及设计方法，属于机器人技术领域，包括：万向球、关节一、关节二、伸缩管套及镓铟合金，关节一与关节二的顶端中部均设有万向球，关节二置于关节一顶部的万向球上，伸缩管套套设于关节一顶部的万向球的周侧并与关节一、关节二密封粘接，镓铟合金灌注于伸缩管套与万向球之间。本发明采用镓铟合金并利用其低熔点的特性，在常温环境下为锁止状态，通过电极加热实现对蛇形机器人关节的解锁，结构简单，操作方便，并且本发明仅通过三根拉索贯穿所有关节，并根据需要只解锁某一关节便可以精确控制该关节的姿态，节省了拉索材料，降低了制造成本。

技术领域

本发明属于机器人技术领域，特别是涉及一种面向拉索式机器人的液态金属辅助万向节及设计方法。

背景技术

近年来，随着自动化、材料、计算机等学科的飞速发展与融合，各类实用型机器人也不断涌现。刚性与柔性机器人在各个领域被不断应用，并能解决许多人工难以解决的实际问题。为了满足一些狭小或空间复杂的环境的操作，蛇形机器人被提出并设计。蛇形机器人的优势在于能够进入小而不规则的空间，比如倒塌建筑形成的废墟。现有蛇形机器人的控制又分为电机式、轮式、拉索式等方式。本发明主要针对拉索式机器人的设计。

传统拉索式蛇形机器人对每个活动关节独立拉索控制，一旦关节变多，则需要大量拉索牵引。然而也可以通过部分关节的锁定，实现少量拉索来控制一组关节的姿态。普遍应用的锁定方式有电磁控制、抱死控制等，然而这些方式设计占用空间较大，且控制复杂。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种面向拉索式机器人的液态金属辅助万向节及设计方法，引入液态金属辅助锁定，利用其低熔点的特性，在熔点下凝固实现对关节的锁定，解决了现有技术中锁定装置占用空间较大，且控制复杂的问题。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

一种面向拉索式机器人的液态金属辅助万向节，包括：万向球、关节一、关节二、伸缩管套及镓铟合金，所述关节一与关节二的顶端中部均设有万向球，所述关节二置于所述关节一顶部的万向球上，所述伸缩管套套设于所述关节一顶部的万向球的周侧并与关节一、关节二密封粘接，所述镓铟合金灌注于所述伸缩管套与所述万向球之间。

优选的，所述关节一、关节二与其各自的万向球均为一体结构，所述关节一、关节二的下端中部均设有与所述万向球形状适配的弧形凹槽。

优选的，所述关节一和关节二为圆柱状，所述关节一和关节二靠近圆周处均分布有三个通孔，所述关节一和关节二间对应的通孔贯穿有拉索。

优选的，所述关节一埋设有电极并伸入所述镓铟合金中。

优选的，多个埋设有电极的关节一通过所述伸缩管套及镓铟合金叠加于液态金属辅助万向节的下方，形成蛇形机器人，每节转向单独控制。

一种面向拉索式机器人的液态金属辅助万向节的设计方法，包括以下步骤：

S1：制作伸缩管套、关节一、关节二及关节一、关节二顶部的万向球；

S2：在关节一靠近所述万向球的位置钻孔，埋设电极；

S3：将伸缩管套套设于所述关节一顶部的万向球上，并粘接密封；

S4：向所述伸缩管套与所述万向球间注入液态镓铟合金；

S5：使用关节二在所述伸缩管套上方进行封盖，并粘接；

S6：采用三根拉索分别贯穿关节一与关节二间对应的通孔，待液态镓铟合金固化形成液态金属辅助万向节。

优选的，步骤S1中，所述伸缩管套选用TUF，并通过3D打印机成型，其温度在210℃溶化并沉积。

优选的，步骤S4中，采用的镓铟合金熔点为60℃。