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专利号: 2024111440009
申请人: 苏州科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 无轨陆用车辆
更新日期:2026-04-02
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种仿生攀爬机器人,其特征在于,包括三个抓握结构和两个伸缩躯干,所述伸缩躯干穿插设置于每两个所述抓握结构之间;

每个所述抓握结构包括步进电机箱、线杆、尼龙绳、固定主连接杆、两个固定短臂、两个转动副连接杆、两个转动长臂以及两个握爪,两个所述固定短臂分别安装于所述固定主连接杆的两端,所述固定短臂的另一端通过所述转动副连接杆与所述转动长臂的一端连接,且二者端部啮合,所述握爪与所述转动长臂铰接;

所述步进电机箱内安装有步进电机,所述步进电机驱动所述线杆转动,所述尼龙绳的第一端固定缠绕于所述线杆上,另一端依次穿过所述步进电机箱、固定主连接杆和转动长臂上的线孔,通过所述步进电机控制所述尼龙绳的伸缩,控制所述握爪的夹持动作;

通过三个抓握结构的夹持动作和两个伸缩躯干的伸缩动作完成机器人的攀爬;每个所述握爪包括一个第一分型体、两个第二分型体、四个第三分型体和软体末端,第一和第二分型体包括圆弧形的滑动面和与滑动面相对的背面,以及两侧的端面,第三分型体包括圆弧形的滑动面和两侧的端面;所述第一分型体的背面与所述转动长臂的滑动面滑动配合,所述第二分型体的背面与所述第一分型体的滑动面滑动配合,所述第三分型体与所述第二分型体的滑动面滑动配合,所述第三分型体安装所述软体末端;

所述抓握结构理想的有效夹持宽度范围计算方法包括:

基于抓握的最小理想抓握状态和最大理想抓握状态进行理论建模,并做如下数学假设用以简化模型结构:

1)选取的攀爬面切面为矩形;

2)将转动长臂和转动副连接杆简化为杆件;

3)忽略装配的微小尺寸误差;

4)建立直角坐标系,最小抓握状态时软体末端的端面与y轴重合,转动副A在x轴上,通过对于最小理想抓握状态和最大理想抓握状态的理论建模和几何分析可得到:其中,为理想的有效夹持宽度范围,为转动副A在x轴上的坐标位置,、均为已知量,且为转动副连接杆的尺寸参数,为最大握爪转动角,为软体末端端面在x轴方向上相对于转动副A的距离。

2.如权利要求1所述的仿生攀爬机器人,其特征在于,所述转动长臂、第一分型体和第二分型体的滑动面上分别设有限制滑动范围的限制肩,每个所述分型体的背面设有与所述限制肩匹配的背面凹槽;所述转动长臂、第一分型体和第二分型体的端面分别设有端面孔,所述第一分型体、第二分型体和第三分型体的端面设有与所述端面孔对应的端面凹槽。

3.如权利要求1所述的仿生攀爬机器人,其特征在于,所述第三分型体设有末端限制腔,所述软体末端限位于所述末端限制腔内。

4.如权利要求1所述的仿生攀爬机器人,其特征在于,各个分型体之间的装配间隙为1mm。

5.如权利要求1所述的仿生攀爬机器人,其特征在于,所述软体末端的横截面为梯形,厚度为4mm。

6.如权利要求1所述的仿生攀爬机器人,其特征在于,所述软体末端采用硬度为10的硅胶。

7.如权利要求1所述的仿生攀爬机器人,其特征在于,计算所述步进电机输入扭矩与握爪末端力的关系的方法包括:做出如下假设:

1)选取的攀爬面切面为矩形;

2)忽略线与机身之间的摩擦力;

3)忽略线的直径;

4)忽略装配的间隙;

5)握爪转动角为0时,取转动长臂所处位置为临界位置,且转动长臂位于临界位置左侧时,握爪转动角取负值,反之则反,得到关系式:其中,为末端力,为步进电机的输入扭矩,为小锥齿轮的齿数,为大锥齿轮的齿数,为线槽的直径,为尼龙绳缠绕在定滑轮P处的角度,为转动副A到定滑轮杆的垂直距离,为定滑轮P到转动长臂的垂直距离,为握爪转动角,和为设计转动长臂时给定的尺寸参数,可通过计算求出。

8.如权利要求1所述的仿生攀爬机器人,其特征在于,机器人的攀爬步态包括如下步骤:上方的抓握结构松开,上方伸缩躯干伸长,伸长量达到最大值时,上方的抓握结构夹紧;

中间的抓握结构松开,下方伸缩躯干伸长,上方伸缩躯干收缩,中间的抓握结构上升到最大值后夹紧;

下方抓握结构松开,下方伸缩躯干收缩,收缩停止后夹紧。