[發(fā)明專利]連續(xù)體機(jī)器人

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911282108.3
• 申請日: 2019-12-13
• 公開（公告）號: CN111319033A
• 公開（公告）日: 2020-06-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: X.董;A.D.諾頓;S.洛思
• 申請（專利權(quán)）人: 勞斯萊斯有限公司
• 主分類號: B25J9/06
• 分類號: B25J9/06;B25J19/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 李陵峰;金飛

一種連續(xù)體臂機(jī)器人區(qū)段，其中該區(qū)段包括至少三個(gè)節(jié)段，以基部、至少一個(gè)中間節(jié)段和頂端節(jié)段為特征。每個(gè)節(jié)段對應(yīng)于成對的相鄰盤之間的至少一個(gè)互連部分，成對的相鄰盤形成連續(xù)體臂機(jī)器人的區(qū)段的主干。基部節(jié)段具有比至少一個(gè)中間節(jié)段和頂端節(jié)段更大的剛度，并且至少一個(gè)中間節(jié)段具有比頂端節(jié)段更大的剛度。還提供了一種調(diào)整連續(xù)體臂的剛度的方法。該方法包括將第一加強(qiáng)部件施加到節(jié)段的步驟。將第二個(gè)加強(qiáng)部件施加到不同節(jié)段。第一加強(qiáng)裝置導(dǎo)致基部節(jié)段具有比中間節(jié)段更大的剛度，并且第二加強(qiáng)裝置導(dǎo)致中間節(jié)段具有比基部節(jié)段更低的剛度，但是比頂端節(jié)段更高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種連續(xù)體機(jī)器人，特別是用于連續(xù)體機(jī)器人的臂區(qū)段的設(shè)計(jì)。該區(qū)段能夠是形成全長臂的一部分或多個(gè)區(qū)段，其能夠在密閉或危險(xiǎn)的環(huán)境中檢查或維修部件。

背景技術(shù)

在復(fù)雜結(jié)構(gòu)的制造、檢查和維修中的機(jī)器人的使用正在增長，因?yàn)檫@些設(shè)備能夠進(jìn)入人類不能進(jìn)入的點(diǎn)。為了執(zhí)行這樣的任務(wù)，存在大量機(jī)器人設(shè)計(jì)和配置，其期望用于不同目的。特別地，蛇臂或連續(xù)體機(jī)器人具有特別的意義。與傳統(tǒng)的剛性連桿機(jī)器人不同，這些連續(xù)體機(jī)器人具有許多自由度，其允許它們特別適合進(jìn)入密閉空間。這允許它們被用于從外科手術(shù)到航空發(fā)動(dòng)機(jī)的現(xiàn)場維修的廣泛范圍的目的。

連續(xù)體機(jī)器人大體由幾個(gè)獨(dú)立控制的區(qū)段構(gòu)成，其中每個(gè)區(qū)段具有一個(gè)或兩個(gè)自由度，其允許它們被容易地操縱。區(qū)段的每個(gè)元件通過剛性或順應(yīng)性關(guān)節(jié)連接，其能夠通過拉動(dòng)線纜或調(diào)整氣動(dòng)或液壓致動(dòng)器來被操縱；因此，允許它們被鉸接至不同的目標(biāo)定向。連續(xù)體機(jī)器人的最常見設(shè)計(jì)之一是由使用剛性連結(jié)區(qū)段構(gòu)成，剛性連結(jié)區(qū)段使用旋轉(zhuǎn)/萬向/球形(R/U/S)關(guān)節(jié)聯(lián)接在一起。但是，關(guān)于這種系統(tǒng)的使用存在問題；這是因?yàn)樵谑怪睆浇咏鄣膬?nèi)直徑的輸送管貫穿R/U/S關(guān)節(jié)中的困難。該問題是關(guān)節(jié)的彎折半徑小的結(jié)果。該小半徑能夠?qū)е略谳斔凸苤行纬膳そY(jié)，這能夠妨礙工具的功能或材料沿管的輸送。為了克服這個(gè)，連續(xù)體區(qū)段能夠以剛性連桿之間的彈性體區(qū)段為特征；這用于將彎折均勻地分配在該區(qū)段的整個(gè)長度上。因此，彈性體區(qū)段的使用允許更連續(xù)的曲率，其允許輸送管貫穿機(jī)器人臂的中間。因此，當(dāng)與剛性關(guān)節(jié)的連續(xù)體臂相比時(shí)，通過在連續(xù)體機(jī)器人的區(qū)段中采用彈性體材料，允許機(jī)器人的臂具有更好的彎折能力。

然而，這種類型的機(jī)器人的問題之一是，當(dāng)使用運(yùn)動(dòng)學(xué)模型控制機(jī)器人的臂時(shí)，區(qū)段被認(rèn)為是圓形曲線。在此情況下，運(yùn)動(dòng)學(xué)模型提供了一種控制/確定多個(gè)連結(jié)體的運(yùn)動(dòng)的手段。然而，物理測試表明，連續(xù)體區(qū)段不會(huì)以連續(xù)和圓形曲率半徑彎折。因此，模型與臂的實(shí)際形狀之間的差異能夠致使機(jī)器人出現(xiàn)大量的位置誤差。因此，存在需要來使連續(xù)體區(qū)段更好地匹配圓形曲率，使得連續(xù)體機(jī)器人的控制更加可靠。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)第一方面，提供了一種連續(xù)體臂機(jī)器人區(qū)段，其中該區(qū)段包括至少三個(gè)節(jié)段，以基部、至少一個(gè)中間節(jié)段和頂端節(jié)段為特征，其中每個(gè)節(jié)段對應(yīng)于成對的相鄰盤之間的至少一個(gè)互連部分，成對的相鄰盤形成連續(xù)體臂機(jī)器人的區(qū)段的主干，其中基部節(jié)段具有比至少一個(gè)中間節(jié)段和頂端節(jié)段更大的剛度，并且至少一個(gè)中間節(jié)段具有比頂端節(jié)段更大的剛度。

通過采用本公開的教導(dǎo)，連續(xù)體機(jī)器人能夠具有在彎折時(shí)以圓形形狀彎曲的區(qū)段，并且還適于形成其它彎折形狀，如二次曲線。這樣，當(dāng)在密閉空間內(nèi)導(dǎo)航時(shí)，或在其中需要臂的極端控制的情況下，這將為機(jī)器人提供更好的可達(dá)性。此外，由于這些區(qū)段具有固定設(shè)計(jì)，因此它們能夠在現(xiàn)場被調(diào)整，以改進(jìn)機(jī)器人臂的性能。

每個(gè)節(jié)段可由順應(yīng)性和旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)對制成。

關(guān)節(jié)的剛度可通過旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的表面粗糙度來確定。

關(guān)節(jié)的剛度可通過旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)內(nèi)的盤的材料來確定。

節(jié)段可由非恒定剛度關(guān)節(jié)制成，非恒定剛度關(guān)節(jié)包括通過具有2個(gè)自由度或1個(gè)自由度的互連部分分開的盤。

互連部分可具有變化的厚度，其中基部節(jié)段是最厚的互連部分并且具有最硬的區(qū)段，中間節(jié)段具有中等厚度的互連部分，所述中等厚度的互連部分具有中等剛度，且頂端節(jié)段具有最薄的互連部分并具有最低的剛度。