[發(fā)明專利]一種變剛度機器人

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811236251.4
• 申請日: 2018-10-23
• 公開（公告）號: CN109227530B
• 公開（公告）日: 2020-09-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙延治;單煜;郭凱達;張潔;李曉歡
• 申請（專利權(quán)）人: 燕山大學(xué)
• 主分類號: B25J9/14
• 分類號: B25J9/14
• 代理公司: 北京高沃律師事務(wù)所 11569
• 代理人: 王海燕

本發(fā)明公開一種變剛度機器人，包括變剛度裝置、密封裝置和流體充入裝置，變剛度裝置包括外管體、內(nèi)管體、彈性填充體、膨脹袋體，外管體套設(shè)于內(nèi)管體外且外管體和內(nèi)管體之間形成填充腔，密封裝置包括第一密封裝置和第二密封裝置，第一密封裝置連接外管體的一端和內(nèi)管體的一端并封閉填充腔的一端，第二密封裝置連接外管體的另一端和內(nèi)管體的另一端并封閉填充腔的另一端；填充腔內(nèi)填充有彈性填充體，膨脹袋體嵌置于彈性填充體內(nèi)；流體充入裝置的輸出端穿過第一密封裝置或第二密封裝置并與膨脹袋體連通以向膨脹袋體內(nèi)充入壓力流體。該變剛度機器人，使機器人可彎曲，且剛度可控。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及機器人技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種變剛度機器人。

背景技術(shù)

隨著人類生產(chǎn)生活的不斷進步和發(fā)展，機器人技術(shù)、自動控制技術(shù)的不斷進步，機器人已經(jīng)廣泛應(yīng)用于人類社會的各個方面。在人類不宜涉足的極端和危險的工程環(huán)境中，機器人為人類提供了很大的便利。傳統(tǒng)的剛性機器人結(jié)構(gòu)通常由電機、活塞、關(guān)節(jié)、鉸鏈等構(gòu)件組裝而成，盡管動力足、功率大、性能成熟，但是也存在很多缺點，例如笨重、安全系數(shù)低、環(huán)境適應(yīng)性差、可靠性低、傳動效率低下、噪聲大等。

在自然界中，許多生物具有柔軟的身體、優(yōu)良的靈活性和強大的環(huán)境適應(yīng)性為機器人的發(fā)展提供了新思路。軟體機器人基于仿生學(xué)原理，其軀體主要由可以承受大變形的彈性材料構(gòu)成，可以連續(xù)地變形，具有極高的自由度，通過模仿軟體動物的運動，這種機器人可以實現(xiàn)蠕動、扭轉(zhuǎn)、爬行、游動等運動形式。軟體機器人可以根據(jù)實際需要任意地改變自身形狀和尺寸，在更加復(fù)雜的環(huán)境中作業(yè)。此外，相比于傳統(tǒng)的剛性機器人，軟體機器人具有更高的安全性和更好的環(huán)境相容性，更加適合服務(wù)業(yè)和醫(yī)療領(lǐng)域?；谝陨蟽?yōu)點，軟體機器人在工業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)療服務(wù)、軍事偵察等領(lǐng)域都有著很好的潛力。

傳統(tǒng)剛性機器人在人機交互領(lǐng)的應(yīng)用遠沒有軟體機器人安全可靠，但傳統(tǒng)剛性機器人的一些優(yōu)點也是軟體機器人所不具有的，例如可承受外載荷較大，作業(yè)精確度高等。所以如果能將軟體機器人和傳統(tǒng)剛性機器人結(jié)合起來，也就是實現(xiàn)機器人的剛度調(diào)節(jié)，使其在不同的場合有不同的剛度，這樣的機器人應(yīng)用會更加廣泛。

對于剛度可變的軟體機器人，上海交通大學(xué)的發(fā)明專利申請?zhí)朇N201210546744.4公開了一種剛度可變的柔性內(nèi)窺鏡機器人，其本體結(jié)構(gòu)成圓柱形，材料為硅膠，驅(qū)動結(jié)構(gòu)由若干根驅(qū)動繩線控制，當(dāng)驅(qū)動不同的繩線或者繩線組合時，機器人可以完成相應(yīng)的變形動作，其聲稱的剛度可變僅僅是依靠著拉著某一根或者多根繩線來控制的，且軟體機器人剛度可變是運動過程中伴隨產(chǎn)生的，與運動的驅(qū)動結(jié)構(gòu)強耦合形成的，難以對軟體機器人的剛度進行獨立的控制。

對于剛度可變的軟體機器人發(fā)明專利申請?zhí)朇N201210179182.4公開了一種磁流變連續(xù)體機器人操作器，它是基于模仿象鼻運動的原理，本體是長管型結(jié)構(gòu)，外層通過4節(jié)圓柱形彈簧串聯(lián)而成，分別由4根線繩獨立驅(qū)動，線繩引入到電機驅(qū)動的滑輪上，從而帶動機器人運動，彈簧之間通過脊骨盤連接，每個脊骨盤的中間連接通有磁流變液的軟管，軟管外繞有線圈，通過改變線圈的電流控制磁流變液磁場的強度，從而實現(xiàn)磁流變液的固液之間轉(zhuǎn)換，起到調(diào)節(jié)機器人剛度的作用；但是由于此結(jié)構(gòu)外層是彈簧，本身剛度就比較大，達不到一些軟體機器人特有材料的柔性的要求，且磁流變液在不通電的情況下本身就有一點的粘度，使得機器人柔性又減少許多，磁流變液在液固的轉(zhuǎn)化性能較好，但是其很難保證軟體機器人在擁有很好的剛度的情況下又保持很好柔性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種變剛度機器人，以解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，使機器人可彎曲，剛度可控且便于調(diào)節(jié)。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：