[發明專利]一種適用于狹小復雜環境的軟連續體機器人及其控制方法

在審

• 申請號: 202111153770.6
• 申請日: 2021-09-29
• 公開（公告）號: CN113752278A
• 公開（公告）日: 2021-12-07
• 發明（設計）人: 胡俊峰;肖斌;溫濤;邱慶勝;張英;馬艷芳;黃潔
• 申請（專利權）人: 江西理工大學
• 主分類號: B25J11/00
• 分類號: B25J11/00;B25J9/16
• 代理公司: 北京慕達星云知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11465
• 代理人: 李云

本發明公開了一種適用于狹小復雜環境的軟連續體機器人及其控制方法，軟體機器人呈長條狀結構，且一端為動力端，另一端為工作端；動力端連接有推拉機構，推拉機構能夠對動力端施加推力或拉力，以及對動力端施加周向的轉動力。將軟體機器人的工作端送入狹小空間內，通過推拉機構在動力端施加推力和/或轉動力，持續推進軟體機器人在狹小空間內前進；當軟體機器人到達目標位置并完成工作后，通過推拉機構在動力端施加拉力，將軟體機器人拉出。本發明利用軟連續體機器人材料柔順且具有高彈性的材料特性，通過被動擠壓、擦碰、扭轉等方式，在不對軟體機器人施加氣壓主動使其產生較大彎曲變形的情況下，利用小變形即可穿越狹小復雜空間環境或者障礙物。

技術領域

本發明涉及軟體機器人運動控制技術領域，更具體的說是涉及在狹小復雜環境下軟連續體機器人和軟體機械臂的運動控制。

背景技術

軟體機械臂/軟連續體機器人這一類自由度高、運動靈活、控制要求高的軟體機器人，需要比機器人本體龐大的外部設備來進行動力的供應和運動的控制，只能在固定區域進行工作，一體化集成難以實現。同時柔性材料限制了軟體機器人不能夠像剛性的機械臂一樣實現搬運重物和大體積的物體，因此利用柔性材料的固有柔順性，將軟體機械臂/軟連續體機器人應用到微創手術、管道檢修、災后救援、環境搜索等狹小環境是未來的應用趨勢。

在軟連續體機器人/軟體機械臂中，氣動、電動、線驅動是主要的驅動方式，在彎曲運動的過程中，需要一個較大的空間進行彎曲變形，在狹小環境進行應用時存在較大的限制，

因此，提出一種能夠令軟體機器人實現在狹小復雜環境下靈活運動的方法，對于軟體機器人的應用具有重要意義。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種適用于狹小復雜環境的軟連續體機器人及其控制方法，旨在解決上述技術問題。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種適用于狹小復雜環境的軟連續體機器人，包括軟體機器人；所述軟體機器人呈長條狀結構，且一端為動力端，另一端為工作端；所述動力端連接有推拉機構，所述推拉機構能夠對所述動力端施加推力或拉力，以及對所述動力端施加周向的轉動力。

通過上述技術方案，本發明針對軟體機械臂/軟連續體機器人在狹小復雜環境中，操作不便、運動受限的問題，基于軟體機器人柔性材料的柔軟和易變形的特性，提出了一種適用于狹小復雜環境的軟連續體機器人，通過被動擠壓、擦碰、扭轉等方式，在不對軟體機器人施加氣壓主動使其產生較大彎曲變形的情況下，利用小變形即可穿越狹小復雜空間環境或者障礙物。

優選的，在上述一種適用于狹小復雜環境的軟連續體機器人中，所述軟體機器人上安裝有驅動機構，能夠驅動所述軟體機器人進行彎曲和扭轉運動。推拉機構的被動運動控制下可以穿越軟體機器人軸線通過夾角角度為±50°的障礙物面，利用驅動機構的主動控制進行輔助可以實現更大范圍的運動。

優選的，在上述一種適用于狹小復雜環境的軟連續體機器人中，所述驅動機構為氣動驅動結構、電動驅動結構或線驅動結構。控制方式通過氣動、電動、線驅動等主動控制方式，控制軟體機器人進行主動地彎曲變形，使軟體機器人滿足被動控制的工作要求，解決被動控制下的機器人在運動時無法穿越大夾角(50°，-50°)障礙的問題。

優選的，在上述一種適用于狹小復雜環境的軟連續體機器人中，所述工作端連接有夾持機構。能夠在軟體機器人到達目標位置時進行夾持。

本發明還提供了一種適用于狹小復雜環境的軟連續體機器人的控制方法，將所述軟體機器人的工作端送入狹小空間內，通過推拉機構在動力端施加推力和/或轉動力，持續推進所述軟體機器人在狹小空間內前進；當所述軟體機器人到達目標位置并完成工作后，通過推拉機構在動力端施加拉力，將所述軟體機器人拉出。