[發(fā)明專利]一種氣動(dòng)鎖緊變剛度軟體臂骨架結(jié)構(gòu)及軟體臂形機(jī)器人

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011551131.0
• 申請(qǐng)日: 2020-12-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112720440A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-04-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王文彪;吳昌渠;鮑官軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): B25J9/06
• 分類號(hào): B25J9/06
• 代理公司: 杭州杭誠(chéng)專利事務(wù)所有限公司 33109
• 代理人: 尉偉敏

本發(fā)明公開(kāi)了一種關(guān)節(jié)氣動(dòng)鎖緊型變剛度軟體臂骨架結(jié)構(gòu)及軟體臂形機(jī)器人，旨在解決現(xiàn)在的軟體臂型機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中剛度低下的不足。該發(fā)明包括若干個(gè)鉸接單元，相鄰兩個(gè)鉸接單元分別連接在一個(gè)萬(wàn)向節(jié)連接器上，所述鉸接單元與萬(wàn)向節(jié)連接處之間設(shè)有鎖緊模塊，鎖緊模塊包括鎖止環(huán)片和膨脹氣囊；所述鉸接單元包括兩平行的主骨以及連接在兩主骨間的交叉骨。本發(fā)明的關(guān)節(jié)氣動(dòng)鎖緊型變剛度軟體臂骨架結(jié)構(gòu)將鎖緊模塊和萬(wàn)向節(jié)連接器組合，具有可變剛度能力，實(shí)現(xiàn)在軟體臂內(nèi)部的跟隨運(yùn)動(dòng)，可內(nèi)嵌在軟體機(jī)器人內(nèi)部，在不影響軟體臂的運(yùn)動(dòng)下，能跟隨軟體臂實(shí)現(xiàn)共同運(yùn)動(dòng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及機(jī)器人領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，它涉及一種氣動(dòng)鎖緊變剛度軟體臂骨架結(jié)構(gòu)及軟體臂形機(jī)器人。

背景技術(shù)

自第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人問(wèn)世以來(lái)，已經(jīng)歷了大半個(gè)世紀(jì)，剛體機(jī)器人研究體系已經(jīng)十分成熟，且在工業(yè)方面，機(jī)器人的應(yīng)用得到了全面的發(fā)展和推廣。隨著人類生活品質(zhì)的提高，希望機(jī)器人不僅能在工業(yè)方面得到運(yùn)用，在日常生活中也能有實(shí)際的運(yùn)用。但由于目前剛體機(jī)器人的交互性不強(qiáng)，且驅(qū)動(dòng)方式大多為電機(jī)驅(qū)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的慣性，在與外界環(huán)境接觸時(shí)不可避免的會(huì)發(fā)生剛性碰撞，產(chǎn)生一定的危險(xiǎn)。我們希望機(jī)器人能夠和人、環(huán)境進(jìn)行直接交互。這類機(jī)器人能在康復(fù)、協(xié)助老人、人機(jī)協(xié)作等方面有廣泛的運(yùn)用。因此，近年來(lái)科學(xué)家設(shè)計(jì)了各種軟體觸手型機(jī)器或連續(xù)觸手型機(jī)器人來(lái)解決這一問(wèn)題。軟體觸手型機(jī)器人由柔性材料制作而成，軟體觸手型機(jī)器人可實(shí)現(xiàn)很多剛性機(jī)器人不能實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)，如卷曲、扭轉(zhuǎn)、伸展、柔性接觸等操作。正是由于軟體機(jī)器人的高柔性與無(wú)限自由度的特點(diǎn)，是犧牲其自身剛度換來(lái)的。也正是因?yàn)檐涹w機(jī)器人自身剛度不足的原因使得，其在日常生活中很難得到運(yùn)用。如何有效且快速的提高軟體機(jī)器人的剛度一直是一個(gè)熱門(mén)話題。亟需一種允許軟體機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)快速高效的改變自身剛度從而提高其交互性，擴(kuò)展其運(yùn)用領(lǐng)域。

本發(fā)明設(shè)計(jì)的變剛度骨架能實(shí)現(xiàn)快速高效的改變軟體機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的剛度。

中國(guó)專利公告號(hào)CCN107263525A，名稱為一種可用于外骨骼及步行機(jī)器人的變剛度繩驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)，該申請(qǐng)案公開(kāi)了一種可用于外骨骼及步行機(jī)器人的變剛度繩驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)，包括骨架、驅(qū)動(dòng)盤(pán)、傳力繩、驅(qū)動(dòng)繩與剛度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。其中，骨架包括上骨架與下骨架；兩者間通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)軸相連形成轉(zhuǎn)動(dòng)副；驅(qū)動(dòng)盤(pán)同軸套接于轉(zhuǎn)動(dòng)軸上，兩者間形成轉(zhuǎn)動(dòng)副；驅(qū)動(dòng)盤(pán)上纏繞有一根傳力繩與兩根驅(qū)動(dòng)繩；傳力繩兩端分別連接剛度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，由剛度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)上骨架與下骨架間的驅(qū)動(dòng)剛度；兩根驅(qū)動(dòng)繩反向纏繞，一端固定于驅(qū)動(dòng)盤(pán)上，另一端連接驅(qū)動(dòng)組件，由驅(qū)動(dòng)組件驅(qū)動(dòng)兩根驅(qū)動(dòng)繩帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)傳力繩轉(zhuǎn)變?yōu)轵?qū)動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)上下骨架間的相互轉(zhuǎn)動(dòng)。該結(jié)構(gòu)通過(guò)繩體改變關(guān)節(jié)強(qiáng)度，這會(huì)影響在低剛度下的軟體機(jī)械臂的自由度，限定了其使用范圍。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明克服了現(xiàn)在的軟體臂型機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中剛度低下的不足，提供了關(guān)節(jié)氣動(dòng)鎖緊型變剛度軟體臂骨架，它能在未改剛度時(shí)對(duì)外部啟動(dòng)肌肉的運(yùn)動(dòng)影響可以忽略，在變剛度時(shí)不影響軟體臂的實(shí)際運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種關(guān)節(jié)氣動(dòng)鎖緊型變剛度軟體臂骨架結(jié)構(gòu)，包括若干個(gè)鉸接單元，相鄰兩個(gè)鉸接單元分別連接在一個(gè)萬(wàn)向節(jié)連接器上，所述鉸接單元與萬(wàn)向節(jié)連接處之間設(shè)有鎖緊模塊，鎖緊模塊包括鎖止環(huán)片和膨脹氣囊；所述鉸接單元包括兩平行的主骨以及連接在兩主骨間的交叉骨。

本發(fā)明為設(shè)置在軟體機(jī)械臂內(nèi)部的變剛度骨架。鉸接單元設(shè)置在軟體機(jī)械臂以內(nèi)，通過(guò)萬(wàn)向節(jié)連接器連接。相鄰鉸接單元通過(guò)萬(wàn)向節(jié)連接器連接在一起，并設(shè)置單一鉸接單元的長(zhǎng)度較短，通過(guò)該方式，實(shí)現(xiàn)了未改剛度時(shí)對(duì)外部啟動(dòng)肌肉的運(yùn)動(dòng)影響可以忽略。當(dāng)軟體機(jī)械臂完成定位，需要其具有一定剛度以傳遞力時(shí)，鎖緊模塊工作，實(shí)現(xiàn)鉸接單元與萬(wàn)向節(jié)之間的鎖緊，通過(guò)若干個(gè)鎖緊模塊之間的配合，使得鉸接單元之間維持當(dāng)前的相對(duì)位置。由上文可知，鉸接單元可能會(huì)承受來(lái)自各個(gè)方向的力矩和力，為了提高整體強(qiáng)度，設(shè)置了兩主骨以及二者之間的交叉骨，該結(jié)構(gòu)在各個(gè)方向均具有較高的強(qiáng)度。