[發(fā)明專利]一種仿生剛?cè)狁詈峡勺儎偠鹊倪B續(xù)體機器人及控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210085504.2
• 申請日: 2022-01-25
• 公開（公告）號: CN114227696B
• 公開（公告）日: 2023-08-11
• 發(fā)明（設計）人: 張軍;陳浩云;初曉昱;張強;宋愛國
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 南京眾聯(lián)專利代理有限公司 32206
• 代理人: 蔣昱

1.一種仿生剛?cè)狁詈峡勺儎偠鹊倪B續(xù)體機器人，由機體(1)、連續(xù)體機構(gòu)(2)、主骨架(3)、剛度調(diào)節(jié)機構(gòu)(4)、驅(qū)動機構(gòu)(5)、控制處理模塊(6)、傳感器單元(7)、電源(8)組成，所述機體(1)用于安裝、固定和支撐所述的連續(xù)體機構(gòu)(2)、剛度調(diào)節(jié)機構(gòu)(4)、驅(qū)動機構(gòu)(5)、傳感器單元(7)和控制處理模塊(6)，所述連續(xù)體機構(gòu)(2)實現(xiàn)機器人的彎曲纏繞功能，所述主骨架(3)穿過連續(xù)體機構(gòu)(2)的中心作為骨架，所述剛度調(diào)節(jié)機構(gòu)(4)實現(xiàn)機器人的剛度調(diào)節(jié)功能，所述驅(qū)動機構(gòu)(5)實現(xiàn)連續(xù)體機構(gòu)(2)、主骨架(3)和剛度調(diào)節(jié)機構(gòu)(4)的控制，所述控制處理模塊(6)實現(xiàn)驅(qū)動機構(gòu)(5)的驅(qū)動，以及傳感器單元(7)的傳感器數(shù)據(jù)處理保存，所述傳感器單元(7)實現(xiàn)機器人位姿的檢測，所述電源(8)為機器人的各個連續(xù)體機構(gòu)(2)、剛度調(diào)節(jié)機構(gòu)(4)、驅(qū)動機構(gòu)(5)、傳感器單元(7)和控制處理模塊(6)供電；

所述的機體(1)包括電機座一(1-1)、電機座二(1-2)、電機座三(1-3)、基座(1-4)、外殼一(1-5)、外殼二(1-6)和外殼三(1-7)，所述的電機座一(1-1)安裝在外殼一(1-5)下端和外殼二(1-6)上端，所述的電機座二(1-2)安裝在外殼二(1-6)下端和外殼三(1-7)上端，所述的電機座三(1-3)安裝在外殼三(1-7)下端，所述的基座(1-4)安裝在外殼一(1-5)上端；

所述的連續(xù)體機構(gòu)(2)由連續(xù)體機構(gòu)一(2-1)、連續(xù)體機構(gòu)二、連續(xù)體機構(gòu)三、圓形剛性節(jié)片(2-4)、彈性棒(2-6)、壓縮彈簧(2-5)組成，所述的彈性棒(2-5)穿過至少2個所述的圓形剛性節(jié)片(2-4)上的槽孔，將至少2個圓形剛性節(jié)片(2-4)串接在一起，所述的壓縮彈簧(2-5)套在彈性棒(2-6)上，設置在每個圓形剛性節(jié)片(2-4)之間，所述連續(xù)體機構(gòu)一(2-1)、連續(xù)體機構(gòu)二、連續(xù)體機構(gòu)三依次串聯(lián)組成三節(jié)組合體；

所述的主骨架(3)穿過連續(xù)體機構(gòu)一(2-1)、連續(xù)體機構(gòu)二、連續(xù)體機構(gòu)三的所有圓形剛性節(jié)片(2-4)上的中心孔，其最遠端與連續(xù)體機構(gòu)三最遠端的圓形剛性節(jié)片(2-4)固定，最近端與連續(xù)體機構(gòu)一(2-1)最近端的圓形剛性節(jié)片(2-4)固定，并且在所有圓形剛性節(jié)片(2-4)之間設置有套在主骨架(3)上的壓縮彈簧(2-5)；

所述的剛度調(diào)節(jié)機構(gòu)(4)包括摩擦滑塊(4-1)、彈簧(4-2)、壓塊(4-3)、拉桿(4-4)、連桿(4-5)、連接軸(4-6)、轉(zhuǎn)盤(4-7)、扭簧(4-8)及拉繩(4-9)，安裝在每個圓形剛性節(jié)片(2-4)上，所述的壓塊(4-3)安裝在圓形剛性節(jié)片(2-4)邊沿部位的槽內(nèi)；所述的彈簧(4-2)套著壓塊(4-3)的中間定位圓柱；所述的摩擦滑塊(4-1)中心凹槽套著彈簧(4-2)并安裝在壓塊(4-3)的導向槽內(nèi)；所述的拉桿(4-4)與壓塊(4-3)通過連接軸(4-6)鉸接；所述的連桿(4-5)與拉桿(4-4)通過連接軸(4-6)鉸接；所述的摩擦滑塊(4-1)、彈簧(4-2)、壓塊(4-3)、拉桿(4-4)、連桿(4-5)、連接軸(4-6)在每一個圓形剛性節(jié)片(2-4)中分為三組，均勻分布在圓形剛性節(jié)片(2-4)的槽內(nèi)；所述的轉(zhuǎn)盤(4-7)與三組連桿(4-5)通過連接軸(4-6)鉸接，所述主骨架(3)穿過轉(zhuǎn)盤(4-7)的中間過孔；所述的扭簧(4-8)一端固定在轉(zhuǎn)盤(4-7)的水平過孔，另一端固定在圓形剛性節(jié)片(2-4)的水平過孔；所述的拉繩(4-9)一端固定在連桿(4-5)的拉繩孔、另一端穿過圓形剛性節(jié)片(2-4)的拉繩孔和走線孔，固定在絞盤(5-4)，連續(xù)體機構(gòu)一(2-1)、連續(xù)體機構(gòu)二和連續(xù)體機構(gòu)三中所有圓形剛性節(jié)片(2-4)上的拉繩(4-9)分別固定在三個絞盤(5-4)；

所述的驅(qū)動機構(gòu)(5)包括推桿電機(5-1)、推桿電機連接件(5-2)、絞盤電機(5-3)和絞盤(5-4)，九個推桿電機(5-1)中部與電機座一(1-1)固定，后端與電機座二(1-2)固定，九個推桿電機連接件(5-2)分別與一個推桿電機(5-1)的軸固定，并置于在電機座一(1-1)的導向槽中，三個所述的絞盤電機(5-3)與電機座三(1-3)固定，三個所述的絞盤(5-4)分別與一個絞盤電機(5-3)的軸固定；

當所述的絞盤電機(5-3)旋轉(zhuǎn)時，帶動所述的拉繩(4-9)伸縮，進一步帶動所述的連桿(4-5)移動并帶動所述的轉(zhuǎn)盤(4-7)旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)盤(4-7)的旋轉(zhuǎn)進一步帶動處在同一個所述的圓形剛性節(jié)片(2-4)的另外兩個連桿(4-5)移動，連桿(4-5)的移動進一步帶動所述的拉桿(4-4)的移動，進一步帶動所述的壓塊(4-3)的移動，從而通過所述的彈簧(4-2)的作用進一步帶動所述的摩擦滑塊(4-1)調(diào)節(jié)對所述的彈性棒(2-6)的壓力，使得彈性棒(2-6)相對于圓形剛性節(jié)片(2-4)軸向移動時存在靜摩擦力，三根彈性棒(2-6)被鎖緊，連續(xù)體機構(gòu)(2)的剛度性能提升，當絞盤電機(5-3)旋轉(zhuǎn)并松開拉繩(4-9)時，所述的扭簧(4-8)旋轉(zhuǎn)，帶動轉(zhuǎn)盤(4-7)旋轉(zhuǎn)并回到初始位置，使得摩擦滑塊(4-1)對彈性棒(2-6)的壓力歸零，三根彈性棒(2-6)被松開，即可實現(xiàn)剛度控制。