专利名称：基于多自由度柔性运动单元的水陆两栖蛇形机器人的制作方法
技术领域：
发明涉及一种基于多自由度柔性运动单元的水陆两栖蛇形机器人，属于蛇形机器人的技术领域。
背景技术：
蛇形机器人能根据不同地形条件采用不同的运动方式，具有良好的地形适应能力和运动稳定性，适用于抢险救灾、野外考察、军事侦察、管道检查等非结构化环境中，并进一步延伸到深海探测、星际探索等领域，具有极其广泛的应用前景。
目前大多数仿生蛇形机器人是以电机为驱动，通过传动机构使每个模块产生一定的转动角度，相当于将蛇的运动方程进行离散化。然而电机驱动的蛇形机器人运动模块体积大，结构复杂，效率低，有噪声，限制了蛇形机器人的应用。介电型EAP (电活性聚合物)是一种性能最接近生物肌肉的人工肌肉型智能材料，具有能量密度比大、效率高、响应速度快、变形大等明显优点，且是一种柔性材料，便于运动单元结构设计，以实现多自由度柔性运动单元。在此基础上，将多个运动单元串联，以形成蛇形机器人。
发明内容
为解决目前蛇形机器人采用刚性驱动存在的技术缺陷，本发明提供了一种运动灵活、结构简单、效率高、无噪声的基于多自由度柔性运动单元的水陆两栖蛇形机器人。为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案
该机器人是由多个多自由度柔性运动单元以串联方式固连；在串联的多自由度柔性运动单元外安装有柔性可被动伸缩弯曲的防水套；所述多自由度柔性运动单元包括上端盖和下端盖，在上端盖和下端盖之间还有中心轴，该中心轴一端与上端盖固定，另一端穿过下端盖的中心导孔；在上端盖边缘和下端盖边缘之间连接着轴向介电型EAP驱动器组和斜向介电型EAP驱动器组；上述上端盖和下端盖之间还安装有使轴向介电型EAP驱动器组和斜向介电型EAP驱动器组处于拉伸状态的压缩弹簧。本发明的优点在于
I.本发明的柔性运动单元具有四个自由度，运动灵活，结构简单紧凑，能产生连续柔性转动和伸缩。2.本发明的运动单元外安装有防水套，既提供了密封，又提供了机器人向前运动的反作用推力，机器人适合在陆地和水中运动。3.本发明可具有伸缩、蜿蜒、翻滚等多种运动方式，模仿柔体生物体的运动功能，对复杂未知地形适应性强。
图I为水陆两栖蛇形机器人的结构示意 图2为多自由度柔性运动单元；
图3为多自由度柔性运动单元的轴向介电型EAP驱动器组布置 图中名称标号I为多自由度柔性运动单元，2为防水套。3为上端盖、4为中心轴、5为轴向介电型EAP驱动器组、6为斜向介电型EAP驱动器组、7为下端盖、8为压缩弹簧。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步详述。如图I所示，本发明是由多个多自由度柔性运动单元组成，相邻运动单元之间以 串联方式固连，在串联运动单元外安装柔性可被动伸缩弯曲的防水套，具有很好的密封效果并产生向前运动的反作用推力。如图2所示，柔性运动单元由上端盖3、中心轴4、轴向介电型EAP驱动器组5、斜向介电型EAP驱动器组6、下端盖7和压缩弹簧8组成，其中上下端盖之一与中心轴4固连，另一端盖可沿中心轴4轴线轴向移动。如图2所示，在上下端盖之间沿圆周方向均匀布置四个轴向介电型EAP驱动器组。在上下端盖之间斜向布置两个斜向介电型EAP驱动器组。介电型EAP驱动器两端连接在上下端盖上。如图3所示柔性运动单元具有四个自由度，即绕z轴、轴和z轴的连续转动(俯仰、水平偏航、扭转)及沿z轴的线性运动(伸缩)。当z轴一侧的轴向介电型EAP驱动器组通电、另一侧不通电时，则中心轴产生绕^轴的连续弯曲转动(俯仰)。当轴一侧的轴向介电型EAP驱动器组通电、另一侧不通电时，则中心轴产生绕轴的连续弯曲转动(水平偏航)。当一倾斜方向的斜向介电型EAP驱动器组通电时，则中心轴4产生绕z轴的连续扭转。当所有轴向介电型EAP驱动器和斜向介电型EAP驱动器都通电时，运动单元产生沿z轴轴向的线性运动(伸缩)。本发明结构简单紧凑，自由度多，工作灵活，具有多种运动方式，能模仿生物蛇的运动功能，适用于陆地和水中等复杂未知地形的应用场合。
权利要求
1.一种基于多自由度柔性运动单元的水陆两栖蛇形机器人，其特征在于 该机器人是由多个多自由度柔性运动单元(I)以串联方式固连；在串联的多自由度柔性运动单元(I)外安装有柔性可被动伸缩弯曲的防水套(2)；所述多自由度柔性运动单元(I)包括上端盖(3)和下端盖(7)，在上端盖(3)和下端盖(7)之间还有中心轴(4)，该中心轴(4) 一端与上端盖(3)固定，另一端穿过下端盖(7)的中心导孔；在上端盖(3)边缘和下端盖(7)边缘之间连接着轴向介电型EAP驱动器组(5)和斜向介电型EAP驱动器组(6)； 上述上端盖(3)和下端盖(7)之间还安装有使轴向介电型EAP驱动器组(5)和斜向介电型EAP驱动器组(6)处于拉伸状态的压缩弹簧(8)。
2.根据权利要求I所述的基于多自由度柔性运动单元的水陆两栖蛇形机器人，其特征在于上述压缩弹簧(8)套在中心轴(4)上。
全文摘要
本发明公布了一种基于多自由度柔性运动单元的水陆两栖蛇形机器人，属蛇形机器人技术领域。该机器人由多个多自由度柔性运动单元(1)以串联方式固连；所述多自由度柔性运动单元(1)包括上端盖(3)和下端盖(7)，在上端盖(3)和下端盖(7)之间还有中心轴(4)，该中心轴(4)一端与上端盖(3)固定，另一端穿过下端盖(7)的中心导孔；在上端盖(3)边缘和下端盖(7)边缘之间连接着轴向介电型EAP驱动器组(5)和斜向介电型EAP驱动器组(6)；上述上端盖(3)和下端盖(7)之间还安装有压缩弹簧(8)。该蛇形机器人可具有多种运动方式，能模仿生物体运动功能，适用于陆地和水中两种运动场合，对复杂未知环境适应力强。
文档编号B25J9/06GK102837307SQ201210336869
公开日2012年12月26日 申请日期2012年9月13日 优先权日2012年9月13日
发明者王化明, 朱银龙, 杨位东, 魏礼建, 王振, 栾云广 申请人:南京航空航天大学