藤蔓机器人的主动卷绕和转向控制制造技术

一种软藤蔓机器人，包括主体，该主体配置为管，该管在其自身内部内翻以限定压力通道，使得当通道被加压时，所述主体外翻，并且主体的内翻材料外翻并从主体远端的末端穿出。卷绕机构由卷绕马达控制，卷绕机构位于管内，并且配置成主动地供给外翻材料，以提供或帮助外翻，并主动地将主体的延伸材料缩回。控制和通信电子设备控制卷绕马达。卷绕机构可以包括转向机构，该转向机构具有由转向马达控制的弯曲轴。通过在机器人主体中主动地供应外翻或内翻力，与基础卷绕机器人相比，软藤蔓机器人可以在减小的压力下生长。在减小的压力下生长。在减小的压力下生长。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】rotation mechanism)”。这些设计不能提供生长方向的灵活主动控制和/或实质上改变藤蔓机器人生长的性质。

技术实现思路

[0008]优选实施例提供了一种软藤蔓机器人。该机器人包括主体，该主体配置为在其自身内部内翻的管，以限定压力通道，使得当通道被加压时，主体外翻，并且主体的内翻材料外翻并从主体远端的末端穿出。卷绕机构由卷绕马达控制，卷绕机构位于管内，并且配置成主动地供给内翻材料，以提供或帮助外翻，并主动地将主体的延伸材料缩回。控制和通信电子设备控制卷绕马达。在优选实施例中，卷绕机构包括转向机构，该转向机构具有由转向马达控制的弯曲轴。
[0009]一种用于控制软藤蔓机器人的外翻和内翻的方法，包括对主体的通道加压，该通道配置为在其自身内部内翻的管。该方法包括通过由包含在通道内的卷绕马达启动的辊或线轴主动地向主体提供外翻或内翻力。通道压力和外翻或内翻力由压力控制器和卷绕马达平衡。在优选实施例中，利用主体内的转向马达，通过在主体内悬挂枢轴结构来将主体转向。
附图说明
[0010]图1A
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1C示出了优选的转向和卷绕装置以及软藤蔓机器人；
[0011]图2A
‑
2G示出了图1A
‑
1C机器人的操作；
[0012]图3示出了具有多个转向和卷绕装置的优选藤蔓机器人；
[0013]图4示出了优选的主动卷绕装置和软藤蔓机器人；
[0014]图5示出了具有主动卷绕装置和相机的优选软藤蔓机器人；以及
[0015]图6是根据作为生长路径角度的函数的生长所需压力，将本主动卷绕装置机器人与传统的基部卷绕软藤蔓机器人进行比较的数据。
具体实施方式
[0016]优选实施例提供了一种具有通过提供转向和卷绕的装置上的弯曲马达进行点变形的藤蔓机器人装置。不像现有藤蔓机器人那样从基部卷绕，优选藤蔓机器人可以使用机载卷绕马达从末端卷绕。主动卷绕机构(ARM)或转向卷绕机构(SRM)允许装置沿着机器人的尾部“驱动”(控制长度)，并在沿着尾部的那个位置致动机器人(控制方向)。优选藤蔓机器人提供对转向和卷绕的更多控制，因此提供对给定工作空间的更好的访问，在任何长度的收缩，以及消除尾部摩擦限制，这允许优选藤蔓机器人导航更曲折的路径。这些功能提供藤蔓机器人技术的进步，从而增强在许多不同环境中的探索能力，特别是在诸如搜索和救援的应用中，碎石可能提供非常曲折和困难的探索路径。
[0017]优选实施例的混合软
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刚性藤蔓机器人包括软藤蔓机器人主体和刚性、可移动的内部ARM或SRM。ARM或SRM配备有通向另一个ARM或SRM装置的材料存储或材料通道。SRM装置包括弯曲致动器，用于通过经由SRM端部之间的枢转轴线弯曲来转向，并且可以在机器人长度上的任何点致动机器人。这种混合配置增加沿弯曲路径的到达，允许收缩，并增加工作空间。除了SRM的位置，机器人在所有点处都保持柔软。本专利技术的混合藤蔓机器人可以包括多
个SRM装置，其可在机器人的长度上产生复杂的转弯模式。多个SRM装置还允许沿多个径向方向/沿不同平面转弯。
[0018]优选机器人还可以减少生长所需的压力量。ARM或SRM可以提供力来帮助外翻和生长机器人。这是有利的，特别是如果环境比如主体腔对压力敏感。藤蔓机器人在外翻和生长时会受到越来越大的摩擦力，而传统藤蔓机器人中的流体压力克服该摩擦力。ARM或SRM提供外翻辅助力，因此减少外翻或连续外翻所需的流体压力量。ARM或SRM可以通过材料的再内翻来帮助缩回机器人。此外，ARM或SRM可以提供一定范围的外翻和内翻，这可以单独或主要通过ARM或SRM提供的力来完成。
[0019]配备ARM和SRM的藤蔓机器人的优选实施例在生长通过曲折路径时可以提供更大的长度—因为路径的总角度不再由于尾部摩擦而受限，而是受限于机器人本身的长度。无论长度如何，缩回都是可能的—当机械ARM或SRM移动到末端时，机器人可以在任何长度缩回。配备SRM的机器人提供了更大的工作空间—给定点的定向从以前设计的单一角度增加到连续范围。原则上，绕轴线在任一方向上的弯曲可达180度。实际的示例是高达115度。如果在ARM或SRM中提供旋转，那么弯曲可以在任何方向上。配备ARM和SRM的藤蔓机器人也可以比以前藤蔓机器人延伸得更远，特别是在压力敏感的工作空间中。
[0020]优选实施例包括具有ARM的藤蔓机器人。ARM包括用于接收藤蔓机器人材料的远侧开口和近侧材料存储容器，例如袋。当外翻继续时，随着ARM随藤蔓机器人的远侧末端前进，主动卷绕机构可以拉动材料以外翻机器人。ARM通过卷绕机构的相反致动来帮助缩回。这种藤蔓机器人在限定的弯曲路径(例如主体腔)中特别有用。藤蔓机器人可以在足够低的压力下外翻，以便在主体腔中安全使用。
[0021]现在将参照实验和附图讨论本专利技术的优选实施例。鉴于本领域的一般知识和随后的实验描述，技术人员将理解本专利技术的更广泛的方面。
[0022]图1A和1B示出了弯曲和直线形式的优选SRM100，图1C示出了藤蔓机器人102中的SRM100。SRM100包括圆柱形近侧电子设备壳体104。容纳在其中的电子设备包括马达控制器和无线通信，例如蓝牙，用于进行SRM控制。有线连接不太受欢迎，但可以用于从壳体104穿过机器人腔延伸到机器人的近端以连接到机器人控制器。近侧基架106具有两个相对的支柱108，并从电子设备壳体104延伸。支柱108通过枢轴销110提供到远侧马达支撑架112的枢轴连接，该远侧马达支撑架112也包括两个支柱108。马达支撑架112包括马达支撑部分，例如基部114和杆116，在它们之间安装有转向马达118和卷绕马达120。例如，转向马达118和卷绕马达可以用穿过支柱108的电线连接到电子设备壳体。壳体104的上表面可以包括转盘121，其由壳体104中的马达驱动以旋转基部114。马达118和120包括内部电池电源。转向马达的安装还可以包括使枢轴销110穿过。卷绕马达120驱动齿轮122，并且可以安装在杆116上。当齿轮122被驱动时，它通过皮带或链条(图1A
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1C中未示出)转动卷绕线轴124。马达支撑架112终止于具有中心开口128的远侧圆柱形末端126。参考图1C，开口128允许通过开口128将藤蔓机器人材料卷绕到卷绕线轴124上以及从卷绕线轴124退绕。卷绕线轴124与杆116和末端126间隔开，以允许大量的藤蔓机器人材料130存储在卷绕线轴124上，优选是机器人完全内翻和缩回状态所需的全部量的藤蔓机器人材料。卷绕线轴的间距通常取决于缩回材料的最大半径，该半径是包装效率、线轴直径和藤蔓主体厚度的函数。
[0023]图2A
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2G示出了用于藤蔓机器人102围绕障碍物200延伸和缩回的优选方法。在图
2A
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2B中，SRM100通过退绕新的主体材料130来延伸机器人102的末端，同时，来自压力源202的内部压力较低，即不足以自身引起延伸/外翻。图2C中的进一步延伸通本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种软藤蔓机器人，包括：主体，所述主体配置为管，该管在其自身内部内翻以限定压力通道，使得当通道被加压时，所述主体外翻，并且所述主体的内翻材料外翻并从主体远端处的末端穿出；由卷绕马达控制的卷绕机构，该卷绕机构位于管内，并且配置成主动地供给内翻材料以提供或帮助外翻，并主动地将主体的延伸材料缩回；以及控制和通信电子设备，用于控制卷绕马达。2.根据权利要求1所述的软藤蔓机器人，其中，所述卷绕机构包括配置成存储内翻材料的存储器。3.根据任一前述权利要求所述的软藤蔓机器人，包括用于对所述压力通道加压的受控压力源。4.根据任一前述权利要求所述的软藤蔓机器人，其中，所述卷绕机构包括用于所述控制和通信电子设备的圆柱形近侧壳体。5.根据权利要求4所述的软藤蔓机器人，其中，所述卷绕机构包括由所述卷绕马达驱动的一组辊，所述辊与从辊之间经过的内翻主体接合。6.根据权利要求5所述的软藤蔓机器人，包括位于所述卷绕机构的远端的中心开口，该中心开口将所述内翻主体接收到所述辊中。7.根据任一前述权利要求所述的软藤蔓机器人，其中，所述卷绕机构包括转向机构，该转向机构具有由转向马达控制的弯曲轴。8.根据权利要求7所述的软藤蔓机器人，其中，所述卷绕机构包括从圆柱形近侧电子设备壳体延伸的近侧基架。9.根据权利要求8所述的软藤蔓机器人，其中，所述卷绕机构包括通过轴销枢转地连接至所述近侧基架的远侧马达支撑架...

【专利技术属性】
技术研发人员：D，
申请(专利权)人：加利福尼亚大学董事会，
类型：发明
国别省市：