[發明專利]一種螺旋式扭轉軟體機器人模塊

有效

• 申請號: 201610792656.0
• 申請日: 2016-08-31
• 公開（公告）號: CN106272458B
• 公開（公告）日: 2018-10-02
• 發明（設計）人: 閆繼宏;張新彬;許彬彬;趙杰;徐子逸;楊瓔珞
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B25J9/06
• 分類號: B25J9/06;B25J9/08
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 遲芳

一種螺旋式扭轉軟體機器人模塊，它涉及一種軟體機器人模塊。現有軟體機器人的彎曲模塊雖然能夠通過串聯形成超冗余機械臂，但是仍然缺少扭轉的自由度，導致運動形式單一的問題，同時也可解決彎曲模塊實現全向運動時，控制難度大的問題。發明所述中心限制條依次穿過前堵、彈性主體和后堵，所述彈性主體內加工有多個螺旋形內腔，多個螺旋形內腔以中心限制條為中心均勻布置在彈性主體內，所述前堵設置在彈性主體的上端，前堵與每個螺旋形內腔的上口之間密封連接，所述后堵設置在彈性主體的下端，每個螺旋形內腔對應有一根連接管，每個螺旋形內腔的下口通過后堵與其對應的連接管相連通。本發明為運動形式簡潔、制造簡便、操作簡單的軟體扭轉機器人。

技術領域

本發明具體涉及一種螺旋式扭轉軟體機器人模塊。

背景技術

近幾年，隨著新材料的出現以及加工制造技術的提高，世界范圍內掀起了軟體機器人研究的熱潮，軟體機器人是機器人研究的一種新的思路，涉及仿生學，機器人學，軟材料學以及控制等學科，其靈感來源于模仿自然界的軟體動物。針對各種任務明確、不確定性可以忽略的可控環境，傳統機器人依靠本身高剛度、高精度、速度快、重復精度好等特性，使其在工業制造領域、醫療設備領域和航空航天領域得到了廣泛應用。然而當任務不可預測，環境不確定時，就需要確保機器人與環境和人身交互的安全性。雖然有很多研究致力于解決如何讓剛體機器人具有軟能力，但是仍然需要依靠軟件控制來保證與人或環境之間的接觸。而軟體機器人形態結構簡單，高能量重量比，由于其固有的柔順性，能夠抵御外部沖擊，適應不利的環境條件，且設計靈活，易于制造，成本低廉，相較于傳統機器人越來越流行。軟體機器人采用超彈性材料制作軟體結構，理論上具有無限多的自由度，具有連續變形的能力，很大程度上減小了環境的不確定性；同時由于其內在的特性，柔軟接觸，被動順從，從硬件上使接觸碰撞力最小化，保證了人身安全，彌補了剛性機器人的缺點，因此主要用于夾持器、外骨骼、超冗余機械臂以及一些不需要精確控制的場合。

經研究文獻發現，目前大量的工作用于研制彎曲致動器的結構和控制，形狀記憶合金和電活性聚合物可以直接制作成彎曲結構，同時有關彎曲模塊的特性測定實驗也大量開展。如哈佛大學，伍斯特理工學院，MIT，新加坡國立大學等研制的基于氣體驅動的硅橡膠軟體彎曲模塊等。而有關扭轉軟體模塊的研究很少，仍然處在原型階段。但是軟體扭轉模塊相對于彎曲模塊具有很多特殊的優勢，同樣有廣泛的應用前景。從軟體仿生角度，仔細觀察動物的運動方式，如人和動物的肢體、關節等，不僅有彎曲作用，也有扭轉的作用；很多軟體爬行動物如蛇，蚯蚓等身體也可實現扭曲。從通過狹窄空間角度，扭轉運動更容易克服阻力，使軟體變形，從而順利通過狹小的空洞。從運動形式角度，彎曲模塊雖然可以通過串聯形成超冗余機械臂，但是仍然缺少扭轉的自由度，導致運動形式單一，有些空間位置和姿態不易到達。從控制角度，雖然三腔彎曲模塊就可以實現全向的運動，但是需要每個腔復雜的配合，給控制增加了很大的難度。

發明內容

本發明的目的是提供一種螺旋式扭轉軟體機器人模塊，以解決現有軟體機器人的彎曲模塊雖然能夠通過串聯形成超冗余機械臂，但是仍然缺少扭轉的自由度，導致運動形式單一的問題，同時也可解決彎曲模塊實現全向運動時，控制難度大的問題。

為了解決上述問題，本發明提供了一種螺旋式扭轉軟體機器人模塊，包括彈性主體、后堵、中心限制條和前堵，所述中心限制條依次穿過前堵、彈性主體和后堵，所述彈性主體內加工有多個螺旋形內腔，多個螺旋形內腔以中心限制條為中心均勻布置在彈性主體內，所述前堵設置在彈性主體的上端，前堵與每個螺旋形內腔的上口之間密封連接，所述后堵設置在彈性主體的下端，每個螺旋形內腔對應有一根連接管，每個螺旋形內腔的下口通過后堵與其對應的連接管相連通。

彈性主體為彈性硅膠制成的圓柱體，中心限制條長度方向的中心軸線與彈性主體長度方向的中心軸線相重合。

后堵和前堵均為彈性硅膠制成的圓柱體，所述前堵固定連接在彈性主體的上端，所述后堵固定連接在彈性主體的下端，所述彈性主體、后堵和前堵同軸設置。