一种适用于蛇形机器人的电磁力驱动的三自由度关节

摘要

本发明公开了一种适用于蛇形机器人的电磁力驱动的三自由度关节，该关节包括有电磁体组、永磁体组、触觉检测环、推力弹簧、弹簧支撑座、接触式开关安装板和支架。推力弹簧置于弹簧支撑座内，电磁体组和弹簧支撑座安装在接触式开关安装板上，触觉检测环安装在接触式开关安装板的外部，永磁体组安装在支架上。本发明设计的适用于蛇形机器人的单个关节，当电磁体组分别加载脉冲大电流时会吸引或排斥相对放置的永磁体组，实现关节进行偏转运动。当电磁体组同时加载同向的脉冲电流时可实现关节伸长或收缩。将多个本发明设计的关节串联起来便组成一个蛇形机器人，能够模拟蛇类进行蜿蜒运动、伸缩运动、侧向运动。本发明关节具有结构紧凑、运动灵活、机械磨损小、不产生电火花的特点。

主权项

一种电磁力驱动的蛇形机器人关节，其特征在于：该关节包括有电磁体组（1）、永磁体组（2）、触觉检测环（3）、推力弹簧（4）、弹簧支撑座（5）、接触式开关安装板（6）和支架（7）；电磁体组（1）包括有四个结构相同的线圈和四个结构相同的线圈骨架；所述四个结构相同的线圈是指线圈组一、线圈组二、线圈组三和线圈组四；线圈组一采用铜线绕组在第一线圈柱（113）上构成第一线圈（11A）和第二线圈（11B）；第一线圈（11A）与第二线圈（11B）之间的铜线为连续的；线圈组二采用铜线绕组在第二线圈柱（123）上构成第三线圈（12A）和第四线圈（12B）；第三线圈（12A）与第四线圈（12B）之间的铜线为连续的；线圈组三采用铜线绕组在第三线圈柱（133）上构成第五线圈（13A）和第六线圈（13B）；第五线圈（13A）与第六线圈（13B）之间的铜线为连续的；线圈组四采用铜线绕组在第四线圈柱（143）上构成第七线圈（14A）和第八线圈（14B）；第七线圈（14A）与第八线圈（14B）之间的铜线为连续的。所述四个结构相同的线圈骨架是指第一线圈骨架（11）、第二线圈骨架（12）、第三线圈骨架（13）和第四线圈骨架（14）；第一线圈骨架（11）包括有第一上倾斜圆盘（111）、第一下倾斜圆盘（112）和第一线圈柱（113）；所述第一上倾斜圆盘（111）的中心设有A中心孔（111B），所述第一上倾斜圆盘（111）的上端为上倾斜板面（111A），该上倾斜板面（111A）向下倾斜5度；所述第一下倾斜圆盘（112）的中心设有B中心孔（112B），所述第一下倾斜圆盘（112）的下端为下倾斜板面（112A），该下倾斜板面（112A）向上倾斜5度；第一线圈柱（113）的上连接柱（113A）穿过接触式开关安装板（6）上的第一通孔（61）后，并在第一线圈柱（113）上缠绕铜线形成第一线圈（11A）和第二线圈（11B），第一线圈（11A）与第二线圈（11B）的铜线为连续的，第一线圈柱（113）的上连接柱（113A）粘接在第一上倾斜圆盘（111）的A中心孔（111B）内，第一线圈柱（113）的下连接柱（113B）粘接在第一下倾斜圆盘（112）的B中心孔（112B）内。第二线圈骨架（12）包括有第二上倾斜圆盘（121）、第二下倾斜圆盘（122）和第二线圈柱（123）；所述第二上倾斜圆盘（121）的中心设有C中心孔（121B），所述第二上倾斜圆盘（121）的上端为上倾斜板面（121A），该上倾斜板面（121A）向下倾斜5度；所述第二下倾斜圆盘（122）的中心设有D中心孔（122B），所述第二下倾斜圆盘（122）的下端为下倾斜板面（122A），该下倾斜板面（122A）向上倾斜5度；第二线圈柱（123）的上连接柱（123A）穿过接触式开关安装板（6）上的第二通孔（62）后，并在第二线圈柱（123）上缠绕铜线形成第三线圈（12A）和第四线圈（12B），第三线圈（12A）与第四线圈（12B）的铜线为连续的，第二线圈柱（123）的上连接柱（123A）粘接在第二上倾斜圆盘（121）的C中心孔（121B）内，第二线圈柱（123）的下连接柱（123B）粘接在第二下倾斜圆盘（122）的D中心孔（122B）内。第三线圈骨架（13）包括有第三上倾斜圆盘（131）、第三下倾斜圆盘（132）和第三线圈柱（133）；所述第三上倾斜圆盘（131）的中心设有E中心孔（131B），所述第三上倾斜圆盘（131）的上端为上倾斜板面（131A），该上倾斜板面（131A）向下倾斜5度；所述第三下倾斜圆盘（132）的中心设有F中心孔（132B），所述第三下倾斜圆盘（132）的下端为下倾斜板面（132A），该下倾斜板面（132A）向上倾斜5度；第三线圈柱（133）的上连接柱（133A）穿过接触式开关安装板（6）上的第三通孔（63）后，并在第三线圈柱（133）上缠绕铜线形成第五线圈（13A）和第六线圈（13B），第五线圈（13A）与第六线圈（13B）的铜线为连续的，第五线圈柱（133）的上连接柱（133A）粘接在第三上倾斜圆盘（131）的E中心孔（131B）内，第三线圈柱（133）的下连接柱（133B）粘接在第三下倾斜圆盘（132）的F中心孔（132B）内。第四线圈骨架（14）包括有第四上倾斜圆盘（141）、第四下倾斜圆盘（142）和第四线圈柱（143）；所述第四上倾斜圆盘（141）的中心设有G中心孔（141B），所述第四上倾斜圆盘（141）的上端为上倾斜板面（141A），该上倾斜板面（141A）向下倾斜5度；所述第四下倾斜圆盘（142）的中心设有H中心孔（142B），所述第四下倾斜圆盘（142）的下端为下倾斜板面（142A），该下倾斜板面（142A）向上倾斜5度；第四线圈柱（143）的上连接柱（143A）穿过接触式开关安装板（6）上的第四通孔（64）后，并在第四线圈柱（143）上缠绕铜线形成第四线圈（14A）和第二线圈（14B），第四线圈（14A）与第二线圈（14B）的铜线为连续的，第四线圈柱（143）的上连接柱（143A）粘接在第四上倾斜圆盘（141）的G中心孔（141B）内，第四线圈柱（143）的下连接柱（143B）粘接在第四下倾斜圆盘（142）的H中心孔（142B）内。永磁体组（2）包括有四个结构相同的永磁体，即第一永磁体（21）、第二永磁体（22）、第三永磁体（23）和第四永磁体（24）；第一永磁体（21）上设有第一凹槽（211），第一永磁体（21）的上端为第一上倾斜板面（212），第一永磁体（21）的下端为第一下倾斜板面（213）；第一上倾斜板面（212）的向下倾斜5度；第一下倾斜板面（213）的向上倾斜5度；第二永磁体（22）上设有第二凹槽（221），第二永磁体（22）的上端为第二上倾斜板面（222），第二永磁体（22）的下端为第二下倾斜板面（223）；第二上倾斜板面（222）的向下倾斜5度；第二下倾斜板面（223）的向上倾斜5度；第三永磁体（23）上设有第三凹槽（231），第三永磁体（23）的上端为第三上倾斜板面（232），第三永磁体（23）的下端为第三下倾斜板面（233）；第三上倾斜板面（232）的向下倾斜5度；第三下倾斜板面（233）的向上倾斜5度；第四永磁体（24）上设有第四凹槽（241），第四永磁体（24）的上端为第四上倾斜板面（242），第四永磁体（24）的下端为第四下倾斜板面（243）；第四上倾斜板面（242）的向下倾斜5度；第四下倾斜板面（243）的向上倾斜5度。触觉检测环（3）的内板面上设有内凹槽（31），该内凹槽（31）用于接触式开关（6A）的触头（6A1）在槽内运动；推力弹簧（4）的一端称为弹簧的首端（41），推力弹簧（4）的另一端称为弹簧的尾端（42）；推力弹簧（4）的截面为矩形（43）；一个关节的推力弹簧（4）的弹 簧尾端（42）粘接在支架（7）的阶梯通孔（75）的内凸台（76）的凸台上端面（77）上；另一个关节的推力弹簧的弹簧首端粘接在支架（7）的阶梯通孔（75）的内凸台（76）的凸台下端面（78）上。弹簧支撑座（5）的中心为第五通孔（51），该第五通孔（51）用于推力弹簧（4）穿过；弹簧支撑座（5）上设有第一空心圆柱（52）、第二空心圆柱（53）和安装面（54），所述安装面（54）粘接在接触式开关安装板（6）的下板面上，所述第一空心圆柱（52）穿过接触式开关安装板（6）的中心通孔（65）；接触式开关安装板（6）的中心设有中心通孔（65），该中心通孔（65）用于安装弹簧支撑座（5）；接触式开关安装板（6）的板面上均匀设有第一通孔（61）、第二通孔（62）、第三通孔（63）和第四通孔（64）；第一通孔（61）用于第一线圈骨架（11）的第一上倾斜圆盘（111）上的圆柱（111A）穿过；第二通孔（62）用于第二线圈骨架（12）的第二上倾斜圆盘（121）上的圆柱（121A）穿过；第三通孔（63）用于第三线圈骨架（13）的第三上倾斜圆盘（131）上的圆柱（131A）穿过；第四通孔（64）用于第四线圈骨架（14）的第四上倾斜圆盘（141）上的圆柱（141A）穿过；接触式开关安装板（6）的圆边上均匀安装有多个接触式开关（6A），接触式开关（6A）的触头（6A1）置于触觉检测环（3）的内凹槽（31）内；支架（7）的圆盘体（7A）上设有第六通孔（71）、第七通孔（72）、第八通孔（73）、第九通孔（74）；第六通孔（71）内安装有第一永磁体（21）；第七通孔（72）内安装有第二永磁体（22）；第八通孔（73）内安装有第三永磁体（23）；第九通孔（74）内安装有第四永磁体（24）；支架（7）的圆盘体（7A）的中心设有阶梯通孔（75），阶梯通孔（75）内设有内凸台（76）；所述内凸台（76）的上端面（77）与一个推力弹簧的尾端粘接，所述内凸台（76）的下端面（78）与另一个推力弹簧的首端粘接。