[發(fā)明專利]一種可重配置的主動柔性軟體機械臂

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110011175.2
• 申請日: 2021-01-06
• 公開（公告）號: CN112847309B
• 公開（公告）日: 2023-07-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 袁俊杰;魏任寒;胡佳星;何廣平;狄杰建;趙全亮;趙磊;梁旭
• 申請（專利權(quán)）人: 北方工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: B25J9/00
• 分類號: B25J9/00;B25J18/00;B25J9/08
• 代理公司: 北京睿智保誠專利代理事務(wù)所(普通合伙) 11732
• 代理人: 周新楣

本發(fā)明公開一種可重配置的主動柔性軟體機械臂，涉及機器人技術(shù)領(lǐng)域，包括柔性機械臂本體，所述柔性機械臂本體包括彈性體結(jié)構(gòu)和驅(qū)動測控模塊，所述驅(qū)動測控模塊安裝于所述彈性體結(jié)構(gòu)的上方；所述彈性體結(jié)構(gòu)的頂部固定有安裝板，所述安裝板的上方設(shè)置有柔性連接件，用于與所述驅(qū)動測控模塊連接。本發(fā)明在實現(xiàn)各段彈性機械臂驅(qū)動控制的同時，可以測得力與位置反饋，配合機器人控制器及相應(yīng)控制算法，可實現(xiàn)較為精確力與位置混合控制；從而使該機器人同時具備被動柔性和主動柔性，使得機械臂在人機協(xié)作中能夠執(zhí)行更加復(fù)雜的任務(wù)，同時具備更加可靠的安全性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及機器人技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種可重配置的主動柔性軟體機械臂。

背景技術(shù)

軟體機器人指一類由柔性結(jié)構(gòu)件組成的機械臂，在發(fā)生碰撞時可以通過自身的被動的彈性變形，避免產(chǎn)生較大的碰撞接觸力從而避免傷害發(fā)生，具有本質(zhì)上的安全性，相較傳統(tǒng)工業(yè)機器人具有更高的安全性，更加適合人機協(xié)作、醫(yī)療操作等任務(wù)場景。

隨著機器人技術(shù)的發(fā)展以及控制技術(shù)的日趨成熟，傳統(tǒng)的工業(yè)機器人日趨成熟，常見工業(yè)機器人通常由驅(qū)動關(guān)節(jié)和連桿構(gòu)成6～7自由度的串聯(lián)型機械臂結(jié)構(gòu)，其關(guān)節(jié)和連桿通常采用剛性結(jié)構(gòu)件。傳統(tǒng)工業(yè)機器人已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，但在使用中通常需要嚴(yán)格的安全防護，以防止造成周圍人與環(huán)境的碰撞傷害，因此只能在限定工作范圍和工作對象的條件下運行，無法滿足一些較為復(fù)雜任務(wù)場景需求，如人機協(xié)作任務(wù)或需要進行力控制的場景。

隨著人機協(xié)作以及安全性需求的提出，協(xié)作型機器人得到了快速發(fā)展。目前市場上已有的協(xié)作型機械臂大多基于傳統(tǒng)的串聯(lián)剛性機械臂，通過對末端接觸力進行檢測或估計，實現(xiàn)主動的柔性控制以保證人機協(xié)同工作時的安全性，從而可以完成人機協(xié)作類型的任務(wù)，但是其機械本體是剛性的，其安全性主要依賴可靠的控制算法與軟件設(shè)計，在人機協(xié)作時仍然具有與人體產(chǎn)生剛性碰撞的概率，一旦發(fā)生異常碰撞，仍會導(dǎo)致嚴(yán)重安全問題。

針對剛性機械臂的本質(zhì)安全問題，已經(jīng)提出了一些柔性機械臂，通過結(jié)構(gòu)上的被動柔性，可實現(xiàn)本質(zhì)上的安全性，一般這類機器被設(shè)計為多段軟體結(jié)構(gòu)或彈性結(jié)構(gòu)相連的，一般具有超冗余的自由度，可以實現(xiàn)較為靈活的運動軌跡，又稱為連續(xù)體機器人。目前已有的連續(xù)體機器人通常通過繩驅(qū)動進行位置控制，但由于缺乏力的檢測與控制，無法對工作時的接觸力進行主動控制，若用于人機協(xié)作場合，其安全性主要取決于機械結(jié)構(gòu)材料的柔性，屬于被動安全。缺乏對力的控制也導(dǎo)致其不能適應(yīng)力和位置需要同時控制的任務(wù)場合。

例如，中國專利CN108393876A提出一種線驅(qū)動連續(xù)體機器人，用線拉動由虎克鉸連接的機械臂；中國專利CN108237524A提出一種線驅(qū)動連續(xù)性型機器人，通過驅(qū)動線拉上下板鉸鏈的關(guān)節(jié)塊產(chǎn)生側(cè)向彎曲或伸縮變形；中國專利CN108481307A提出一種面向大承載的連續(xù)型機器人，通過驅(qū)動繩驅(qū)動彈性機械臂，實現(xiàn)大力承載。中國專利CN108393876A提出一種線驅(qū)動連續(xù)體機器人，該機構(gòu)實際機械臂部分為剛體，彎曲范圍有限，中國專利CN108237524A提出一種線驅(qū)動連續(xù)性型機器人，其實際機械結(jié)構(gòu)部分也為剛體，均不適于人機協(xié)作場合；中國專利CN108481307A提出一種面向大承載的連續(xù)型機器人，雖然能實現(xiàn)一些連續(xù)機器人的功能。已提出的連續(xù)體機器人中通常是固定結(jié)構(gòu)和長度的，也均未提到力的檢測與控制，不具備接觸力控制能力，在使用中仍然有較多限制。

所提出的可重配置的主動柔性軟體機械臂，通過模塊化設(shè)計，可以實現(xiàn)機械臂長度的按需配置，同時結(jié)合剛性協(xié)作機器人主動柔順控制和軟體機器人的本體柔性特征，對人機協(xié)作任務(wù)中的安全性提供更加可靠保障，以解決現(xiàn)有技術(shù)中所存在的上述問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種可重配置的主動柔性軟體機械臂，以解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，在實現(xiàn)各段彈性機械臂驅(qū)動控制的同時，可以測得力與位置反饋，從而可實現(xiàn)較為精確的全閉環(huán)的力與位置控制；同時具備被動柔性和主動柔性，使得機械臂在人機協(xié)作中能夠在可靠保證安全的前提下實現(xiàn)更多復(fù)雜的任務(wù)。