[发明专利]一种用于蛇形臂机器人的减摩外皮结构

说明书

本发明公开了一种用于蛇形臂机器人的减摩外皮结构，包括基座以及集成于基座的滚子组件；基座分为彼此装配固定的上部基座和下部基座；滚子组件包括内侧滚子和外侧滚子；内侧滚子集成于下部基座，外侧滚子安装于凹陷空间内；外侧滚子和内侧滚子之间具有移动的保护膜。本发明的减摩外皮结构既实现了模仿植物尖端翻转生长的原理，采用多组滚子的方式来实现翻转的效果，并使内外滚子保持接触的同时使膜能够完整地在内外滚子间运动；利用基座内的凹陷空间安装内外侧滚子，能够避免滚子组件外径整体大于基座的外径，使得滚子整体收纳在凹陷空间内，满足不同环境条件下的使用需求，也为其他不同功能的减摩外皮提供了设计模板及设计新思路。

技术领域

本发明涉及蛇形臂机器人技术领域，尤其涉及一种用于蛇形臂机器人的减摩外皮结构。

背景技术

蛇形臂机器人是细长而又灵活的机器人，由于自身的结构特点，蛇形臂机器人可以自由地穿梭在狭小、复杂的空间中，而且不容易对环境造成很大的损伤，并且可以沿其进入路径缩回，而不会干扰环境，从而进入人类无法到达的地方代替人类工作。蛇形臂机器人一般是由多个小段组成，每个段落之间由关节连接。但是在部分有凸起、尖锐等复杂环境中，蛇形臂机器人自身关节连接会存在大量缝隙，会使其容易被环境中的这些障碍干扰，导致自身运动不畅，损坏机体，也可能刮伤环境表面。

参见图1至图3所示，对于这类关节型的蛇形臂，一般是通过绳驱、气动等方式，以类似于悬臂梁的方式，从空中伸到目标工作地点进行作业的。采用这种方式的原因是蛇形臂机器人往往应用于复杂的环境中，需要依靠蛇形臂机器人灵活可变的优势，尽量不接触周围环境前往目标地方。虽然蛇形臂灵活可变，但其关节空隙处却很容易与周围环境发生磕碰或干涉，在复杂环境中此缺陷更为突出，这也限制了蛇形臂的一些工作能力。对于一些超冗余自由度的蛇形臂，其能实现简单的避障，但也必需依靠周围环境的支撑以形成特定的形态，从而达到所需的工作效果。

现有技术局限于蛇形臂机器人的结构及工作环境要求，目前蛇形臂机器人减摩外皮的设计成果相对较少，一般是简单的在蛇形臂臂体外部增设一层保护膜。单层的保护膜不能很好的起到保护作用，反而会因为障碍勾住保护膜导致蛇形臂运行不畅。

现阶段所设计的减摩外皮装置是模拟植物尖端生长的翻转特性，通过设计具有不同功能的部件，实现蛇形臂与外界环境的隔离，从而实现减摩效果，为更多不同功能的蛇形臂机器人末端执行器提供设计基础模板。

参见图4所示，图4示出了减摩外皮的原理图，在寻求解决方法的过程中，研发人员的目光投向了植物尖端的生长过程。植物的根部随着顶端生长点的延伸而生长，而底端以及中部保持静止。这种生长运动方式使得植物根部在土壤中深入时能够减小根系与土壤的摩擦。合理利用这种生长原理，使蛇形臂机器人在进给过程中一直顶着往外翻转的保护膜前进，而外侧的保护膜近似于与外界不发生相对滑动，就算遇到一些尖锐凸起，也只会卡在外侧的薄膜上，不会影响内部的移动。这样就将蛇形臂臂体与外界隔绝开来，也减少了发生干涉的可能性。

参见图5所示；为了达到这样的效果，首先需要在蛇形臂臂体端部增设一个翻转装置，使保护膜能够在蛇形臂前进的过程中顺利从内翻转到外侧。现阶段首先考虑的是单组光滑翻转滚子的使用合理性。

而单组光滑翻转滚子具有以下缺陷：由于所需的减摩外皮是被动式，依靠蛇形臂臂体的前进驱动的，而蛇形臂在前进的过程中，会紧拉住保护膜，给其一个不小的拉力。在此拉力的作用下，不管是导膜环还是滚珠都会被压紧在凹槽内，从而将保护膜也压紧到凹槽内，阻碍其正常的翻转运动。

参见图6所示，图6示出了具有多组滚子的减摩外皮结构的原理图；使用单组滚动体无法正常实现所需的模拟植物尖端生长的翻转过程，需要设计多组滚动体，使得在保护膜拉力的作用下，滚子不会因为压紧而无法转动。蛇形臂前进时，保护膜产生的拉力使外侧的滚子压到内侧的滚子上，带动内侧滚子一起转动。虽然保护膜还是被压紧，但是不影响其正常翻转过程。但是，外侧滚子被保护膜完全隔离在蛇形臂臂体之外，无法在臂体上设置简单直接的支撑结构使外侧滚子永久固定在某个地方，仅有的支撑点则只能是外侧滚子和内侧滚子的接触部分。