專利名稱：一種未知環境的探索機器人的制作方法
技術領域：
本發明涉及機器人領域，尤其是一種探索機器人。
背景技術：
現有的導管狀的探測機器人，在對狹小或者不適宜人類進入的未知環境進行探測或操作時，在遇到障礙物或岔口時，或者不能主動控制機器人選擇路徑進行轉彎運動，增加了操作時間；或者主動彎曲時，各關節連續運動，控制算法復雜，運算量大。另外，由于各關節的彎曲發生在同一平面內，使得末端最終的彎曲結果不包含繞機器人軸線的扭轉。因此，需要一種新的技術方案以解決上述問題。

發明內容
為了解決現有技術所產生的問題，本發明提供了一種控制算法簡便的未知環境的探索機器人。為達到上述目的，本發明未知環境的探索機器人可采用如下技術方案一種未知環境的探索機器人，包括若干依次連接的彎曲導向模塊，所述彎曲導向模塊包括法蘭盤及與法蘭盤連接的至少兩個二態驅動器，所述二態驅動器具有伸張及收縮兩種狀態，且對應于伸張及收縮兩種狀態下的二態驅動器長度均為固定值。本發明所述的未知環境的探索機器人，通過設置彈簧狀的至少兩個二態驅動器， 并使得其中一個二態驅動器較另一個二態驅動器長，即可使該未知環境的探索機器人轉向，由于每個二態驅動器只有兩種狀態，因此可以使用邏輯運算對機器人的運動學進行求解，大大簡化了計算過程。同時，由于僅需要開關信號即可控制每個驅動器，因此控制系統簡單，具有控制方便的特點，機器人可低延遲地實現動作。


圖1是本發明未知環境的探索機器人第一種實施方式的立體圖。圖2是本發明未知環境的探索機器人第二種實施方式的立體圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式
，進一步闡明本發明，應理解下述具體實施方式
僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍，在閱讀了本發明之后，本領域技術人員對本發明的各種等價形式的修改均落于本申請所附權利要求所限定的范圍。請參閱圖1所示，為本發明未知環境的探索機器人的第一種實施方式。該未知環境的探索機器人100為管狀，包括推進模塊20、末端執行模塊30、位于推進模塊20與末端執行模塊30之間的若干彎曲導向模塊40以及圍繞所述彎曲導向模塊40 的柔性保護管套50。所述推進模塊20承載若干彎曲導向模塊40。末端執行模塊30位于該未知環境的探索機器人100的前端，可依照需要的功能而包括攝像頭和/或操作供能單元，其中攝像頭可用以對未知環境的攝像；操作供能單元，如機械手或探針等，可對末端執行模塊30進行所處的環境內的作業。所述彎曲導向模塊40包括法蘭盤41以及與法蘭盤 41連接的至少兩個二態驅動器42，所述二態驅動器42為形狀記憶合金或者電致伸縮材料制成的彈簧。在本發明中，所述二態驅動器42具有伸張及收縮兩種狀態，且對應于伸張及收縮兩種狀態下的二態驅動器42長度均為固定值，即二態驅動器42只有兩種固定的長度狀態。其中如果為形狀記憶合金制成的彈簧，該彈簧為該形狀記憶合金加工后的形狀，該形狀記憶合金加工之前的長度大于加工成彈簧后的長度。由于每種形狀形狀記憶合金都有一個轉變溫度，在這一溫度以上將該合金加工成長度較長的彈簧，然后將其冷卻到轉變溫度以下，人為地縮短其形狀后再加熱到轉變溫度以上，該合金便會自動地恢復到原先在轉變溫度以上加工成的較長形狀。利用形狀形狀記憶合金的這一特性，通過對形狀形狀記憶合金彈簧通電發熱，達到轉變溫度以上，使其伸長。這樣，當彎曲導向模塊40中一個二態驅動器42通電后伸長使兩二態驅動器42長度不同，從而彎曲導向模塊40彎曲，使該未知環境的探索機器人100轉向。在本實施方式中，設相鄰兩個彎曲導向模塊40分別為第一彎曲導向模塊及第二彎曲導向模塊，則第一彎曲導向模塊與第二彎曲導向模塊轉過一個角度布置，不僅使該未知環境的探測機器人100具有更多轉向方向，而且增加了最頂端彎曲導向模塊繞該探索機器人100軸線扭轉的自由度。其中，設所述相鄰兩個彎曲導向模塊40之間轉過的角度為α，則α = 360° /η，其中η為彎曲導向模塊的總數，這樣可以使最頂端彎曲導向模塊繞該探索機器人100軸線扭轉的自由度最大可以到360°。由于每個二態驅動器42只有兩種狀態，因此可以使用邏輯運算對機器人的運動學進行求解，大大簡化了計算過程。同時，由于僅需要開關信號即可控制每個二態驅動器42，因此控制系統簡單，具有控制方便的特點，機器人可低延遲地實現動作。如果為電致伸縮材料制成的彈簧，由于電致伸縮材料在電場作用下會伸長(或縮短)，去掉電場后又恢復到原來的尺寸，故可以通過制造電場來使兩二態驅動器42長度不同，同樣可以實現轉向的效果。在本實施方式中，所述形狀記憶合金可選用包括Au-Cd合金、Ag-Cd合金、Cu-ai合金等材料；而電致伸縮材料可選用包括鈮鎂酸鉛、鑭鋯鈦酸鉛、鈮鋅酸鉛等材料。所述二態驅動器42可選擇的連接有供能模塊(未圖示)以對二態驅動器42供能。請參閱圖2所示，為本發明未知環境的探索機器人的第二種實施方式。該第二種實施方式中的未知環境的探索機器人100’的結構與第一種實施方式中大致相同，不同之處在于其中的彎曲導向模塊40 ’具有三個二態驅動器42，，該三個二態驅動器42’在同一圓周上均勻分布，并同樣為形狀記憶合金或者電致伸縮材料制成的彈簧。本實施方式中的彎曲導向模塊40’由于有三個二態驅動器42’，故可選擇的延長其中一個或兩個二態驅動器42’的長度，并且每個二態驅動器42’的長度也可以根據情況進行改變，從而使轉向的動作更加精確，更有利于對轉向運動的控制。同樣，為了能夠達到更加精確的轉向運動控制，可選擇的將彎曲導向模塊中的二態驅動器增加至四個或以上，在此不再贅述。本發明所述的未知環境的探索機器人，通過設置至少兩個二態驅動器，并通過形狀記憶合金制成的彈簧通電發熱后伸長到形狀記憶合金原始狀態的特點，或者電致伸縮材
4料在電場作用下會伸長的特點，使得其中一個二態驅動器較另一個二態驅動器長，即可使該未知環境的探索機器人轉向，故使本未知環境的探索機器人的運動控制性強，在復雜環境中依然可以通過、轉向、前進。
權利要求
1.一種未知環境的探索機器人，其特征在于包括若干依次連接的彎曲導向模塊，所述彎曲導向模塊包括法蘭盤及與法蘭盤連接的至少兩個二態驅動器，所述二態驅動器具有伸張及收縮兩種狀態，且對應于伸張及收縮兩種狀態下的二態驅動器長度均為固定值。
2.根據權利要求1所述的未知環境的探索機器人，其特征在于所述每個彎曲導向模塊設有兩個二態驅動器；設相鄰兩個彎曲導向模塊分別為第一彎曲導向模塊及第二彎曲導向模塊，則第一彎曲導向模塊與第二彎曲導向模塊的轉過一個角度布置。
3.根據權利要求1所述的未知環境的探索機器人，其特征在于所述彎曲導向模塊設有至少三個二態驅動器，該至少三個二態驅動器在同一圓周上均勻分布；且相鄰彎曲導向模塊轉過一個角度布置。
4.根據權利要求2或3所述的未知環境的探索機器人，其特征在于所述相鄰彎曲導向模塊轉過的角度α為α = 360° /η，其中η為彎曲導向模塊的總數。
5.根據權利要求1或2或3所述的未知環境的探索機器人，其特征在于所述二態驅動器為形狀記憶合金或者電致伸縮材料制成的彈簧。
6.根據權利要求5所述的未知環境的探索機器人，其特征在于該未知環境的探索機器人還包括推進模塊與末端執行模塊，所述若干彎曲導向模塊均位于推進模塊與末端執行模塊之間。
7.根據權利要求6所述的未知環境的探索機器人，其特征在于該未知環境的探索機器人還包括圍繞所述彎曲導向模塊的柔性保護管套。
8.根據權利要求1所述的未知環境的探索機器人，其特征在于所述二態驅動器連接有供能模塊。
9.根據權利要求1所述的未知環境的探索機器人，其特征在于所述形狀記憶合金制成的彈簧為該形狀記憶合金加工后的形狀，該形狀記憶合金加工之前的長度大于加工成彈簧后的長度。
10.根據權利要求4所述的未知環境的探索機器人，其特征在于所述末端執行模塊包括攝像頭和/或操作功能單元。
全文摘要
本發明公開了一種未知環境的探索機器人，通過設置至少兩個二態驅動器，并使得其中一個二態驅動器較另一個二態驅動器長，即可使該未知環境的探索機器人轉向，所述二態驅動器具有伸張及收縮兩種狀態，且對應于伸張及收縮兩種狀態下的二態驅動器長度均為固定值。由于每個二態驅動器只有兩種狀態，因此可以使用邏輯運算對機器人的運動學進行求解，大大簡化了計算過程。同時，由于僅需要開關信號即可控制每個驅動器，因此控制系統簡單，具有控制方便的特點，機器人可低延遲地實現動作。
文檔編號B62D57/02GK102501910SQ20111031699
公開日2012年6月20日 申請日期2011年10月18日 優先權日2011年10月18日
發明者吳洪濤, 朱玉川, 李成剛, 游有鵬, 王化明, 王鵬, 蔣素榮, 趙東標, 陳柏, 陳筍 申請人:南京航空航天大學