[發明專利]一種三自由度軟機器人及其驅動方法

有效

• 申請號: 201910261650.4
• 申請日: 2019-04-02
• 公開（公告）號: CN110065060B
• 公開（公告）日: 2020-09-29
• 發明（設計）人: 許明;何龍;陳國金
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: B25J9/14
• 分類號: B25J9/14
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 黃前澤

本發明公開了一種三自由度軟機器人及其驅動方法。常規軟機器人的伸長率受所用材料的軸向應變能力限制，不能實現長距離的延伸。本發明一種三自由度軟機器人，包括移動組件和驅動組件。移動組件包括移動殼、基座、第一移動座、第二移動座、第三移動座、第四移動座、導向軸、第一滾筒和第二滾筒。驅動組件包括固定殼、換向閥、第一電機、第二電機、第三電機、第四電機、卷筒、第一溢流閥、第二溢流閥、氣源和條狀氣管。本發明通過改變條狀氣管的釋放量進行控制，能夠實現移動組件橫移、兩向偏轉三個自由度的控制。本發明對條狀氣管充氣方式進行驅動，使得移動組件受到沖擊或者磕碰時，能夠較好的適應外界因素影響，不會產生損壞等。

技術領域

本發明屬于軟機器人技術領域，具體涉及一種三自由度軟機器人及其驅動方法。

背景技術

機器人的使用已經成為工業生產和生活中不可或缺的產品，傳統意義上的機器人主要是以剛性結構為主，但是其剛性結構材料導致它無法適應復雜的環境變化，這也使得它自身存在一些體型龐大，安全性低等缺點。隨著人們越來越重視與非結構化環境的相互作用，機器人的運動必須變得不那么僵硬和固定。軟體機器人具有良好的柔性，能夠通過自身形變適應外部環境，能夠在空間狹小的環境中進行作業，在救援、探測方面表現出廣闊的應用前景。同時，軟體機器人具有良好的生物兼容性，不會對生物組織造成傷害，逐漸受到醫療工作者的關注。軟體機器人是新興的研究領域，相關研究仍處于起步階段。

軟機器人中使用的執行器普遍由柔性材料制成，如硅樹脂，軟聚合物和水凝膠。常用的軟致動器包括軟氣動執行器(SPA)，形狀記憶聚合物，形狀記憶合金執行器，流體纖維增強執行器，基于化學反應的執行器等。在這些方法中，SPA是最有前景的，因為它們易于制造，且制造效率高，成本低，重量輕。但SPA的位置精度和速度控制是具有挑戰性的，而且許多SPA還存在另一個主要問題，它們的伸長率受所用材料的軸向應變能力限制，不能實現長距離的延伸。目前，已經提出了不同的致動方法來克服SPA的有限擴展能力。這些執行器主要設計應用于搜索和救援之中。它們普遍只能在預定義在一個或兩個自由度的路徑上移動。

發明內容

本發明的目的在于提供一種三自由度軟機器人及其驅動方法。

本發明一種三自由度軟機器人，包括移動組件和驅動組件。所述的移動組件包括移動殼、基座、第一移動座、第二移動座、第三移動座、第四移動座、導向軸、第一滾筒和第二滾筒。基座固定在移動殼內。所述的基座上支承有四個第一滾筒。四個第一滾筒沿基座中心軸線的周向均布。第一移動座、第二移動座、第三移動座、第四移動座均設置在基座上且沿基座中心軸線的周向均布。第一移動座、第二移動座、第三移動座、第四移動座上均支承有第二滾筒。四個第一滾筒與四個第二滾筒分別對齊。第一滾筒的軸線與對應第二滾筒的軸線相互平行。

所述的驅動組件包括固定殼、換向閥、第一電機、第二電機、第三電機、第四電機、卷筒、第一溢流閥、第二溢流閥、氣源和條狀氣管。四根卷筒均支承在固定殼上，且與四根第二滾筒分別對應。四根卷筒由第一電機、第二電機、第三電機、第四電機分別驅動。條狀氣管的進氣端安裝有氣嘴。四根條狀氣管的進氣端均與固定殼固定，繞卷端分別纏繞在四根卷筒上。四根條狀氣管分別穿過對應的第一滾筒與第二滾筒之間的縫隙，并繞過對應的第二滾筒。所述第一溢流閥的進氣口與氣源的出氣口連通。換向閥的進氣口與氣源的出氣口連通，回氣口與第二溢流閥的進氣口連通，工作氣口與四根條狀氣管上的氣嘴均連通。

進一步地，所述的第一移動座、第二移動座、第三移動座、第四移動座均與基座構成滑動副。第一移動座、第二移動座、第三移動座、第四移動座的滑動方向與對應的第二滾筒的軸線方向垂直。基座上開設有與第一移動座、第二移動座、第三移動座、第四移動座分別對應的四個螺紋孔。四根調節螺栓分別穿過第一移動座、第二移動座、第三移動座、第四移動座，并與四個螺紋孔分別螺紋連接。四根調節螺栓的軸線與第一移動座、第二移動座、第三移動座、第四移動座的滑動方向分別平行。

進一步地，所述的第一電機、第二電機、第三電機、第四電機均固定在固定殼上，且輸出軸與四根卷筒分別固定。