一种模块化仿生蛇形机械臂内部结构及其走线方法技术

本发明专利技术涉及一种模块化仿生蛇形机械臂内部结构，包括依次串联连接的多个关节，单个关节包括转动机构和摆动机构，转动机构包括转动舵机和转动舵盘，摆动机构包括摆动舵机和摆动舵盘；关节设置有外壳，外壳内部设有摆动舵机框架和转动舵机框架，摆动舵机安装于摆动舵机框架内，转动舵机安装于转动舵机框架内；外壳的顶部设有转动仓，转动仓内安装有无限转动结构。与现有技术相比，本发明专利技术基于无线化外形设计、可实现摆动和转动功能的单关节模块化设计和多关节串联的方式，创新地实现一种“转动+摆动”的驱动模式，具有自由度多、灵活性高与机动性强、环境适应性强等优点，不仅解决了排线外露及绕线问题，也提高了蛇形机械臂的轴向转动能力及柔性。能力及柔性。能力及柔性。

【技术实现步骤摘要】
一种模块化仿生蛇形机械臂内部结构及其走线方法


[0001]本专利技术涉及仿生机器人
，尤其是涉及一种模块化仿生蛇形机械臂内部结构及其走线方法。

技术介绍

[0002]作为一种特种机器人，蛇形机械臂具有多自由度、灵活性与机动性强、环境适应性强等优点，能够躲避障碍和克服奇异点，因而将蛇形机械臂用于复杂狭小封闭环境以及高柔性操作，已经逐渐成为未来的应用发展趋势。但是考虑到工作环境的特殊性，导致对蛇形机械臂的内部及外部结构均具有苛刻的要求，比如全封闭的防水结构、全包内部走线方法等，当前的蛇形机械臂大多存在排线外露以及绕线的问题。
[0003]此外，目前已有的蛇形机械臂(机器人)中，关节控制形式多种多样，比如日本NEC公司的Orochi机器人、卡耐基梅隆大学的Uncle Sam等，都采用不同的控制形式，其中每个关节的自由度由舵机直接控制的方式最为常见，然而由舵机直接控制的结构多为互相正交的摆动关节组成，导致蛇形机械臂不具有轴向转动能力，存在柔性不足的问题，难以很好地适用于各种复杂狭小封闭环境作业以及高柔性操作等场景。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种模块化仿生蛇形机械臂内部结构及其走线方法，以解决排线外露及绕线的问题，同时提高蛇形机械臂的轴向转动能力以及柔性。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种模块化仿生蛇形机械臂内部结构，包括依次串联连接的多个关节，所述关节包括转动机构和摆动机构，所述转动机构包括转动舵机和转动舵盘，所述摆动机构包括摆动舵机和摆动舵盘；
[0006]所述关节设置有外壳，所述外壳内部设有摆动舵机框架和转动舵机框架，所述摆动舵机安装于摆动舵机框架内，所述转动舵机安装于转动舵机框架内；
[0007]所述外壳的顶部设有转动仓，所述转动仓内安装有无限转动结构。
[0008]进一步地，所述转动舵机的顶部设置有转动驱动齿，所述转动驱动齿与转动舵盘内部齿形配合，用于带动转动舵盘发生转动，所述转动舵机上设置有转动导线接口以及侧翼连接孔，所述转动导线接口位于转动舵机的侧面下部，用于连接导线；所述侧翼连接孔用于实现转动舵机与外壳之间的刚性连接。
[0009]进一步地，所述摆动舵机的侧面设置有摆动驱动齿，所述摆动驱动齿与摆动舵盘内部齿形配合，用于带动摆动舵盘发生转动，所述摆动舵机通过从动轴结构与外壳配合连接，以限制外壳自由度、保证摆动效果；
[0010]所述摆动舵机的侧面还设置有舵盘面连接孔、从动轴面连接孔以及摆动导线接口，所述舵盘面连接孔与从动轴面连接孔用于实现摆动舵机与外壳之间的刚性连接，所述摆动导线接口用于连接导线，以实现与转动舵机之间的电性连接。
[0011]进一步地，所述外壳包括位于下方的舵机仓主外壳、舵机仓副外壳以及位于上方的滑环仓主外壳、滑环仓副外壳。
[0012]进一步地，所述舵机仓主外壳包括摆动舵机主框架和转动舵机主框架，所述舵机仓主外壳上开设有沉头孔、顶端连接孔、摆动轴孔、转动舵机连接孔、舵机仓副外壳定位孔以及主保护外缘，所述摆动舵机主框架用于容纳摆动舵机并限制其自由度，所述转动舵机主框架用于容纳转动舵机并限制其自由度；
[0013]所述沉头孔分别与舵盘面连接孔螺纹联接，以将舵机仓主外壳与摆动舵机刚性连接；
[0014]所述摆动轴孔与摆动驱动齿、摆动舵盘同轴，并与摆动舵盘间隙配合，使摆动舵机能够稳定驱动摆动舵盘，所述转动舵机连接孔与转动舵机的侧翼连接孔螺纹联接，以实现舵机仓主外壳与转动舵机之间的刚性连接；
[0015]所述主保护外缘用于保持外壳整体的圆柱外形，使蛇形机械臂与地面接触面均匀，且起到保护转动舵机以及摆动舵机的作用。
[0016]进一步地，所述舵机仓副外壳包括摆动舵机副框架、转动舵机副框架、通孔、顶端连接沉头孔、摆动从动轴孔、半月型出线孔、定位部、副保护外缘以及导线槽，所述摆动舵机副框架用于容纳摆动舵机并限制其自由度，所述转动舵机副框架用于容纳转动舵机并限制其自由度，所述通孔与摆动舵机的从动轴面连接孔螺纹联接，以实现舵机仓副外壳与摆动舵机之间的刚性连接，所述顶端连接沉头孔与舵机仓主外壳的顶端连接孔螺纹联接，并与通孔处的联接配合，以实现舵机仓主外壳、舵机仓副外壳与摆动舵机之间的刚性连接，所述半月型出线孔与摆动舵机的摆动导线接口相连通，所述定位部与舵机仓副外壳上开设的定位孔配合连接，以对舵机仓副外壳与舵机仓主外壳进行定位，所述副保护外缘用于保持外壳整体的圆柱外形，使蛇形机械臂与地面接触面均匀，且起到保护转动舵机与摆动舵机的作用，所述导线槽位于摆动舵机副框架与转动舵机副框架之间，用于放置连接转动舵机与摆动舵机的导线。
[0017]进一步地，所述滑环仓主外壳包括侧面沉头孔、侧面中心通孔、副外壳连接孔、立柱、立柱凸沿、插销孔以及立柱孔，所述侧面沉头孔与摆动舵盘上的摆动安装通孔螺纹联接，以实现滑环仓主外壳与摆动舵盘之间的刚性连接，所述侧面中心通孔位于多个侧面沉头孔的几何中心位置，所述侧面中心通孔内安装有螺纹件，以实现摆动舵盘与摆动驱动齿之间的刚性连接，便于传递动力，所述立柱孔与转动舵盘上的转动安装通孔螺纹联接，以实现转动舵盘与滑环仓主外壳之间的刚性连接，便于传递动力。
[0018]进一步地，所述滑环仓副外壳包括导线通道、从动轴立柱、从动轴立柱孔以及主外壳连接孔，所述导线通道用于放置导线，所述导线通道采用半圆形开槽设计，使得滑环仓副外壳相对舵机仓副外壳转动时，导线不会与结构产生多余摩擦碰撞；
[0019]所述从动轴立柱与舵机仓副外壳的摆动从动轴孔配合连接，用于限制滑环仓副外壳的自由度，并起到定位作用；
[0020]所述从动轴立柱孔与摆动舵机的从动轴结构配合连接，用于限制滑环仓副外壳的自由度，并起到定位作用；
[0021]所述主外壳连接孔与滑环仓主外壳的副外壳连接孔螺纹联接，以实现滑环仓副外壳与滑环仓主外壳之间的刚性连接。
[0022]进一步地，所述无限转动结构包括盘式导电滑环和插销，所述盘式导电滑环包括定盘和转盘，所述定盘与滑环仓主外壳的立柱同心配合连接，所述定盘下表面与滑环仓主外壳的立柱凸沿贴合，以确保由定盘下表面引出的导线存在布线空间，避免挤压导线导致磨损；
[0023]所述转盘与滑环仓主外壳的立柱同心配合连接，所述转盘下表面与定盘上表面贴合，以实现定盘与转盘的电性连接；
[0024]所述插销与滑环仓主外壳的插销孔配合连接，以对转盘施加下压力，保证转盘和定盘的贴合效果。
[0025]一种模块化仿生蛇形机械臂内部结构的全包式无障碍走线方法，包括两路走线，其中一路走线由摆动舵机的摆动导线接口伸出，不穿出舵机仓副外壳的半月型出线孔，依次通过摆动舵机与舵机仓副外壳的夹缝、舵机仓副外壳的导线槽，与转动舵机的转动导线接口相连接；
[0026]另一路走线由摆动舵机的摆动导线接口伸出，依次穿过舵机仓副外壳的半月型出线孔、滑环仓副外壳的导线通道，连接至盘式导电滑环的定盘，再由转盘引出导线直接与本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种模块化仿生蛇形机械臂内部结构，其特征在于，包括依次串联连接的多个关节，所述关节包括转动机构和摆动机构，所述转动机构包括转动舵机(1)和转动舵盘(1.1)，所述摆动机构包括摆动舵机(2)和摆动舵盘(2.1)；所述关节设置有外壳(3)，所述外壳(3)内部设有摆动舵机框架和转动舵机框架，所述摆动舵机(2)安装于摆动舵机框架内，所述转动舵机(1)安装于转动舵机框架内；所述外壳(3)的顶部设有转动仓，所述转动仓内安装有无限转动结构(4)。2.根据权利要求1所述的一种模块化仿生蛇形机械臂内部结构，其特征在于，所述转动舵机(1)的顶部设置有转动驱动齿(1.2)，所述转动驱动齿(1.2)与转动舵盘(1.1)内部齿形配合，用于带动转动舵盘(1.1)发生转动，所述转动舵机(1)上设置有转动导线接口(1.3.1/1.3.2)以及侧翼连接孔(1.4.1/1.4.2/1.4.3/1.4.4)，所述转动导线接口(1.3.1/1.3.2)位于转动舵机(1)的侧面下部，用于连接导线；所述侧翼连接孔(1.4.1/1.4.2/1.4.3/1.4.4)用于实现转动舵机(1)与外壳(3)之间的刚性连接。3.根据权利要求2所述的一种模块化仿生蛇形机械臂内部结构，其特征在于，所述摆动舵机(2)的侧面设置有摆动驱动齿(2.2)，所述摆动驱动齿(2.2)与摆动舵盘(2.1)内部齿形配合，用于带动摆动舵盘(2.1)发生转动，所述摆动舵机(2)通过从动轴结构(2.3)与外壳(3)配合连接，以限制外壳(3)自由度、保证摆动效果；所述摆动舵机(2)的侧面还设置有舵盘面连接孔(2.4.1/2.4.2/2.4.3/2.4.4)、从动轴面连接孔(2.5.1/2.5.2/2.5.3/2.5.4)以及摆动导线接口(2.6.1/2.6.2)，所述舵盘面连接孔(2.4.1/2.4.2/2.4.3/2.4.4)与从动轴面连接孔(2.5.1/2.5.2/2.5.3/2.5.4)用于实现摆动舵机(2)与外壳(3)之间的刚性连接，所述摆动导线接口(2.6.1/2.6.2)用于连接导线，以实现与转动舵机(1)之间的电性连接。4.根据权利要求3所述的一种模块化仿生蛇形机械臂内部结构，其特征在于，所述外壳(3)包括位于下方的舵机仓主外壳(3.1)、舵机仓副外壳(3.2)以及位于上方的滑环仓主外壳(3.3)、滑环仓副外壳(3.4)。5.根据权利要求4所述的一种模块化仿生蛇形机械臂内部结构，其特征在于，所述舵机仓主外壳(3.1)包括摆动舵机主框架(3.1.1)和转动舵机主框架(3.1.2)，所述舵机仓主外壳(3.1)上开设有沉头孔(3.1.3.1/3.1.3.2/3.1.3.3/3.1.3.4)、顶端连接孔(3.1.4)、摆动轴孔(3.1.5)、转动舵机连接孔(3.1.6.1/3.1.6.2)、舵机仓副外壳定位孔(3.1.7.1/3.1.7.2)以及主保护外缘(3.1.8)，所述摆动舵机主框架(3.1.1)用于容纳摆动舵机(2)并限制其自由度，所述转动舵机主框架(3.1.2)用于容纳转动舵机(1)并限制其自由度；所述沉头孔(3.1.3.1/3.1.3.2/3.1.3.3/3.1.3.4)分别与舵盘面连接孔(2.4.1/2.4.2/2.4.3/2.4.4)螺纹联接，以将舵机仓主外壳(3.1)与摆动舵机(2)刚性连接；所述摆动轴孔(3.1.5)与摆动驱动齿(2.2)、摆动舵盘(2.1)同轴，并与摆动舵盘(2.1)间隙配合，使摆动舵机(2)能够稳定驱动摆动舵盘(2.1)，所述转动舵机连接孔(3.1.6.1/3.1.6.2)与转动舵机(1)的侧翼连接孔(1.4.1/1.4.2/1.4.3/1.4.4)螺纹联接，以实现舵机仓主外壳(3.1)与转动舵机(1)之间的刚性连接；所述主保护外缘(3.1.8)用于保持外壳(3)整体的圆柱外形，使蛇形机械臂与地面接触面均匀，且起到保护转动舵机(1)以及摆动舵机(2)的作用。6.根据权利要求5所述的一种模块化仿生蛇形机械臂内部结构，其特征在于，所述舵机
仓副外壳(3.2)包括摆动舵机副框架(3.2.1)、转动舵机副框架(3.2.2)、通孔(3.2.3.1/3.2.3.2)、顶端连接沉头孔(3.2.4)、摆动从动轴孔(3.2.5)、半月型出线孔(3.2.6)、定位部(3.2.7.1/3.2.7.2)、副保护外缘(3.2.8)以及导线槽(3.2.9)，所述摆动舵机副框架(3.2.1)用于容纳摆动舵机(2)并限制其自由度，所述转动舵机副框架(3.2.2)用于容纳转动舵机(1)并限制其自由度，所述通孔(3.2.3.1/3.2.3.2)与摆动舵机(2)的从动轴面连接孔(2.5.1/2.5.2/2.5.3/2.5.4)螺纹联接，以实现舵机仓副外壳(3.2)与摆动舵机(2)之间的刚性连接，所述顶端连接沉头孔(3.2.4)与舵机仓主外壳(3.1)的顶端连接孔(3.1.4)螺纹联接，并与通孔处的联接配合，以实现舵机仓主外壳(3.1)、舵机仓副外壳(...

【专利技术属性】
技术研发人员：符长虹，陆习宁，余晓刚，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：