一种折叠成型的机器人单胞结构及其可折展机构

1.本实用新型涉及机器人技术领域，特别是涉及一种折叠成型的机器人单胞结构及其可折展机构。


背景技术：

2.soft robot是目前机器人领域最为热门的研究方向之一。由于传统的机器人已经无法满足工作的基本需求。在过去的几十年里，学者们正在研究更轻便、灵活的机器人，他们研究的重点在于机器人的结构。但这些机器人也由于结构的局限性，工作空间十分有限，并且对环境的适应能力较差，同时，它们的控制难度较高，使用寿命较短。
3.3-rsr并联机构作为并联机构中的一种，具备并联机构的通性，在日常生活中具有非常高的应用价值。但是，它在结构上仍然存在一些缺陷。尤其是该机构在运动时，同一条支链内的杆间连接处的转动副容易产生摩擦损坏，抗扭转能力非常差，且易产生较大程度变形。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种折叠成型的机器人单胞结构。
5.本实用新型的另一个目的是提供一种基于所述折叠成型的机器人单胞结构的可折展机构。
6.为实现本实用新型的目的所采用的技术方案是：
7.一种折叠成型的机器人单胞结构，由一体结构的板材折叠而成，所述板材包括一个动平台板、一个静平台板、三个柔性铰链板以及两个襟翼板，其中：
8.所述动平台板和静平台板均为三角形结构且尺寸相同；
9.所述静平台板的每一个边缘上连接一个柔性铰链板，每一个柔性铰链板为方形结构，所述柔性铰链板的中心设有通孔，所述柔性铰链板上设有三条折痕线，其中两条折痕线位于所述柔性铰链板的对角线上，一条折痕线位于柔性铰链板的中线上，且该折痕线与该柔性铰链板和静平台板相连接的边平行，每一条折痕线均由通孔截断为两段；
10.其中一个柔性铰链板的边缘连接在所述动平台板的边缘上，两个襟翼板分别连接在所述动平台板的另外两个边缘上，折叠时两个襟翼板与相应的柔性铰链板固定连接。
11.在上述技术方案中，每一个所述襟翼板上均设有第一螺纹孔，两个柔性铰链板上相对应的位置上设有第二螺纹孔，折叠成型后固定螺钉穿过所述第二螺纹孔和第一螺纹孔将襟翼板固定在对应的柔性铰链板上。
12.在上述技术方案中，每一个机器人单胞结构中设有三个弹簧和三个驱动丝，三个弹簧分别设置在动平台板、静平台板之间的三个边角的位置上。
13.在上述技术方案中，每一个驱动丝穿套在一个弹簧内。
14.在上述技术方案中，在弹簧连接的位置上都安装一个弹簧架，每一个所述弹簧架
包括一个与所述静平台板固定连接的下定位盘和一个与所述动平台板固定连接的上定位盘，弹簧的底部固定在下定位盘内，顶部固定在所述上定位盘内。
15.在上述技术方案中，所述动平台板与静平台板的中间位置设有穿线孔。
16.在上述技术方案中，所述动平台板与静平台板的三个边角位置均设有一个驱动丝走线孔。
17.本实用新型的另一方面，一种可折展机构，包括串联连接的n个所述的折叠成型的机器人单胞结构，位于上方的折叠成型的机器人单胞结构的静平台板与位于下方的折叠成型的机器人单胞结构的动平台板固定连接。
18.在上述技术方案中，所述静平台板和动平台板相对应的位置上均设有第三螺纹孔，通过定位螺钉将相邻的静平台板和动平台板固定连接在一起。
19.在上述技术方案中，三个第三螺纹孔呈三角形分布，保证连接的稳定性。
20.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
21.1.本实用新型的机器人单胞结构通过折叠成型，将平面的板材通过折痕转换为三维结构，加工方便快捷，当不需要使用时，也能够还原成相应的板材，通过驱动丝施加驱动力，通过弹簧恢复形变，便于控制，多个单胞结构叠加形成的可折展机构活动空间大。
22.2.在相同的扭转角度下，有柔性铰链板作为支链的扭矩明显大于无支链，二者之间相差近4000倍，因此，柔性铰链板在单元抗扭转方面发挥着巨大作用。没有柔性铰链板的单元，抗扭转能力非常差，且易产生较大程度变形，给机器人的工作带来许多不利因素。而加上了柔性铰链板的单元抗扭转能力得到极大增强，这意味着机器人能够抓取更大质量的物体，同时能更好地抵抗外界干扰，实现更加精确的控制，安全稳定地完成各项工作。
23.3.本实用新型的可折展结构在动作过程中，不存在摩擦损坏，可有效延长使用寿命。
附图说明
24.图1所示为实施例1中单胞结构的展开示意图。
25.图2是图1的折叠成型过程示意图。
26.图3是实施例2中的单胞结构的示意图。
27.图4是实施例2中动平台板的示意图。
28.图5是实施例3中可折展机构的成型过程示意图。
29.图中：1-动平台板，2-静平台板，3-柔性铰链板，4-襟翼板，5-通孔，6-折痕线，7-驱动丝，8-第一螺纹孔，9-第二螺纹孔，10-固定螺钉，11-弹簧，12-下定位盘，13-上定位盘，14-穿线孔，15-第三螺纹孔，16-定位螺钉；
30.s1第一个单胞结构的静平台板，a1第一个单胞结构的动平台板，s2第二个单胞结构的静平台板，a2第二个单胞结构的动平台板，s3第三个单胞结构的静平台板，a3第三个单胞结构的动平台板。
具体实施方式
31.以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
32.实施例1
33.如图1所示，一种折叠成型的机器人单胞结构，由一体结构的板材折叠而成，所述板材包括一个动平台板1、一个静平台板2、三个柔性铰链板3以及两个襟翼板4，其中：
34.所述动平台板1和静平台板2均为三角形结构且尺寸相同；
35.所述静平台板2的每一个边缘上连接一个柔性铰链板3，每一个柔性铰链板3为方形结构，所述柔性铰链板3的中心设有通孔5，所述柔性铰链板3上设有三条折痕线6，其中两条折痕线6位于所述柔性铰链板3的对角线上，一条折痕线6位于柔性铰链板3的中线上，且该折痕线6与该柔性铰链板3和静平台板2相连接的边平行，每一条折痕线6均由通孔5截断为两段；
36.其中一个柔性铰链板3的边缘连接在所述动平台板1的边缘上，两个襟翼板4分别连接在所述动平台板1的另外两个边缘上，折叠时两个襟翼板4与相应的柔性铰链板3固定连接。
37.将一体结构的板材视为平面，所述板材可选用碳纤维板，那么折纸机构可以将二维的平面通过折痕转换为形态各异的三维结构。折叠过程如图2中(a)～(f)所示，成型后，动平台板1和静平台板2均呈水平状态，两者上下相对，三个柔性铰链板3位于三个侧面，同理，折成的三维结构也可以通过折痕还原为二维的平面。当需要使用机器人单胞结构时，只需要一个特定形状的板材，就能通过折叠快速得到，所述柔性铰链板3折叠后作为所述柔性铰链工作，当不需要使用时，也能够还原成相应的板材。
38.本实施例的机器人单胞结构，以三角形为动静平台板2，保证了柔性铰链板3在运动时不会发生干涉，每一个柔性铰链板3的长度小于所述静平台板2的边长，以留出充足的空间便于驱动丝7穿过。在柔性铰链板3的中心位置做出镂空形成所述的通孔5，所述通孔5为方形孔，在减小了结构重量的同时，也保留了足够长的折痕，保证了结构的稳定性。
39.作为优选的，如图1-2所示，每一个所述襟翼板4上均设有第一螺纹孔8，两个柔性铰链板3上相对应的位置上设有第二螺纹孔9，折叠成型后固定螺钉10穿过所述第二螺纹孔9和第一螺纹孔8将襟翼板4固定在对应的柔性铰链板3上。折纸折叠后，只需要将两片襟翼板4通过固定螺钉10与柔性铰链板3连接，即可完成组装。整个过程简单且便于操作，在很短时间内便可完成一个折叠成型的机器人单胞结构的组装。
40.这种一体结构的纸板可以通过线切割加工得到，并且能够以堆叠的方式一次性加工多个这样不仅可以减小加工成本，还能提高效率，保证了加工品质的统一。这种一体结构的纸板还可以在展开的状态下，以堆叠的方式进行收纳、运输，待需要使用时，可以快速、简单地实现装配，大大提高了实用性。
41.实施例2
42.为了在机器人运动的过程中，既要有让机器人折叠弯曲的驱动力，也要有让机器人恢复原状的恢复力，本实施例在实施例1的基础上增加弹簧11和驱动丝7。
43.如图3所示，每一个机器人单胞结构中设有三个弹簧11和三个驱动丝7，三个弹簧11分别设置在动平台板1、静平台板2之间的三个边角的位置上，每一个驱动丝7穿套在一个弹簧11内，当控制系统通过驱动丝7施加驱动力时，弹簧11跟着结构一起折叠弯曲，当释放驱动力时，结构在弹簧11力的作用下恢复。
44.为避免弹簧11受正压力过程中发生失稳现象，在弹簧11连接的位置上都安装一个
弹簧架。每一个所述弹簧架包括一个与所述静平台板2固定连接的下定位盘12和一个与所述动平台板1固定连接的上定位盘13，弹簧11的底部固定在下定位盘12内，顶部固定在所述上定位盘13内。
45.如图3-4所示，为了让机器人单胞结构能够更加适应机器人的实际使用需求，单胞结构的整体尺寸参照人类的手臂进行设计，三角形的动平台板1与静平台板2的外接圆直径为110mm，所述通孔5的尺寸为15mm
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12.5mm，所述动平台板1与静平台板2的中间位置设有穿线孔14，让机器人的传感器等电子设备的线能够从穿线孔14里通过，使得机器人的结构更加紧凑、安全，可以适应更多的工作任务，所述动平台板1与静平台板2的三个边角位置均设有一个驱动丝走线孔17，给驱动丝7的装配预留空间。
46.实施例3
47.一种可折展机构，包括串联连接的n个如实施例1或实施例2所述的折叠成型的机器人单胞结构，位于上方的折叠成型的机器人单胞结构的静平台板2与位于下方的折叠成型的机器人单胞结构的动平台板1固定连接。n个依次连接的折叠成型的机器人单胞结构形成所述的可折展机构。
48.作为优选的，所述静平台板2和动平台板1相对应的位置上均设有第三螺纹孔15，通过定位螺钉16将相邻的静平台板2和动平台板1固定连接在一起，如图中所示，每一个静平台板2和动平台板1相对应的位置上均设有三个第三螺纹孔15，三个第三螺纹孔15呈三角形分布，保证连接的稳定性。
49.以3个折叠成型的机器人单胞结构组装为例，如图5所示，当需要进行组装时，首先选择第一个单胞结构的静平台板s1，把它确定为整个机器人的静平台，然后将这个单胞结构的动平台板a1与第二个单胞结构的静平台板s2连接，再将第二个单胞结构的动平台板a2与第三个单胞结构的静平台板s3连接，用螺栓把所有单胞结构连接在一起，第三个单胞结构的动平台板a3，确定为整个机器人的动平台。然后依次把第三个单胞结构、第二个单胞结构、第一个单胞结构折叠成形。最终，便可得到3个单胞结构组装起来的可折展机构，它可以作为可折展机器人或柔性机器人的主体。
50.为了易于说明，实施例中使用了诸如“上”、“下”、“左”、“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位(旋转90度或位于其他方位)，这里所用的空间相对说明可相应地解释。
51.而且，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
52.以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。