一种双节McKibben肌肉变刚度软体机器人手臂制造技术

本发明专利技术公开一种双节McKibben肌肉变刚度软体机器人手臂，包括变刚度McKibben手臂，所述变刚度McKibben手臂包括收缩型McKibben肌肉、伸长型McKibben肌肉；所述收缩型McKibben肌肉为多根，围绕伸长型McKibben肌肉设置并通过结扣与伸长型McKibben肌肉固定。本发明专利技术的优点是：本发明专利技术通过打节的方式，使得伸长型及收缩型McKibben肌肉相互连接在一起，工作时，通过控制伸长型及收缩型McKibben肌肉内气压，实现位置及刚度的解耦。

A double McKibben muscle variable stiffness robot arm

The invention discloses a double McKibben variable arm muscle stiffness software robot, including variable stiffness McKibben arm, the variable stiffness McKibben arm including contraction type McKibben muscle, elongation type McKibben muscle; the McKibben muscle contraction type for a type McKibben muscle around the elongation set and fixed by the knot and elongation type McKibben muscle. The advantages of the invention is: through a section of the invention, the elongation and contraction type McKibben muscles are connected to each other, when working pressure by controlling the elongation and contraction type McKibben muscle, realize the position and stiffness decoupling.

【技术实现步骤摘要】
一种双节McKibben肌肉变刚度软体机器人手臂
本专利技术涉及软体机器人领域，特别是涉及一种变刚度软体机器人。
技术介绍
随着机器人行业的发展，机器人应用领域越来越广，机器人从传统工业应用逐步拓展到服务、农业、医疗、灾难救援等行业。机器人的应用正朝着人类与机器人近距离的物理交互领域的发展。工作中有些时候需要人与机器人直接接触，协同合作，机器人与人类交互的安全性问题引起了各界的注意。提高机器人的灵活性，实现其变刚度特性，减轻机器人质量等是提高人机合作安全性的有效解决方案。变刚度软体机器人手臂是由气动McKibben肌肉组成，气动McKibben肌肉的主要优点在于工作方式、响应时间、伸缩范围与生物肌肉较为相似，其非线性特性与人体骨骼肌相近，并且具备电机等驱动器不具备的柔顺性。由McKibben肌肉组成的软体机器人手臂在与外部物体接触时，具有被动适应性，更高的灵活性，尤其适合于非结构环境需求，有利于增加人机合作安全性，受到全世界研究学者和研究机构的广泛青睐。McKibben气动肌肉手臂，难以实现手臂刚度和位置的解耦，这种刚度调节的应用意义在于，当遇到外部干扰时能够增加自身刚度来减少自身的变形，从而增加鲁棒性；当手臂与工作人员发生碰撞时，能够增加自身的柔顺性，从而增加安全性。因此，McKibben肌肉驱动的软体手臂的刚度与位置解耦问题是关键技术环节。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种McKibben肌肉驱动的变刚度软体机器人手臂，不但可以实现负载变化及位置变化时的刚度改变，同样还可以实现在负载不变及位置不变的情况下，调节手臂的刚度，即实现刚度与位置的解耦。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种双节McKibben肌肉变刚度软体机器人手臂，包括变刚度McKibben手臂；所述变刚度McKibben手臂包括分别设置在中心位置和外围位置McKibben肌肉，所述中心位置和外围位置的McKibben肌肉属性相反；外围位置的McKibben肌肉为多根，均匀布置且与中心位置的McKibben肌肉通过结扣固定。还包括顶端平台、圆盘；所述顶端平台设置在单节变刚度McKibben手臂的上端；圆盘设置在一段单节变刚度McKibben手臂的下端及另外一段单节变刚度McKibben手臂的末端。优选地，所述收缩型McKibben肌肉为6根，共分为两组，每组三根，一组通过结扣与伸长型McKibben肌肉相连，彼此成120°均布在伸长型McKibben肌肉周围：另一组收缩型McKibben肌肉通过结扣与第一组收缩型McKibben肌肉相连。本专利技术的优点是：本专利技术通过打节的方式，使得伸长型及收缩型McKibben肌肉相互连接在一起，工作时，通过控制伸长型及收缩型McKibben肌肉内气压，实现位置及刚度的解耦。附图说明图1是本专利技术的双节McKibben肌肉变刚度软体机器人手臂的整体结构图；图2是单节McKibben肌肉变刚度软体机器人手臂示意图；图3为刚度和位置的解耦原理示意图；图4为顶端平台结构示意图；图5为圆盘结构示意图。具体实施方式下面对本专利技术的实施例作详细说明，本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。如图1所示，该双节McKibben肌肉变刚度软体机器人手臂由以下部分组成：一个顶端平台1，两组单节McKibben肌肉变刚度软体机器人手2，两个圆盘3。从图2所示，单节McKibben肌肉变刚度软体机器人手臂由三部分组成：若干结扣4，一根伸长型McKibben肌肉5，六根收缩型McKibben肌肉6。收缩型McKibben肌肉6共分为两组，每组三根，一组通过结扣4与伸长型McKibben肌肉5相连，彼此成120°均布在伸长型McKibben肌肉5周围：另一组McKibben肌肉同样通过结扣4与第一组收缩型McKibben肌肉相连。本实施例中，收缩型McKibben肌肉6围绕伸长型McKibben肌肉5，也可以将收缩型McKibben肌肉与伸长型McKibben肌肉互换位置，其效果是一样的。本专利技术的原理是：由于本专利技术通过打节的方式，使得伸长型及收缩型McKibben肌肉相互连接在一起，工作时，通过控制伸长型及收缩型McKibben肌肉内气压，气压增大刚性也增加，而由于伸长型及收缩型McKibben肌肉相互连接在一起，因此，整体肌肉的位置并没有发生变化，保证了在位置不变的情况下刚性增加；反之，则可以保证刚度不变的情况下的位置变化，即实现了位置及刚度的解耦。如图3所示，当手臂到达某一位置，同时调节伸长型及收缩型McKibben肌肉内部气压，实现手臂在不改变位置的情况下，调节刚度，使手臂刚度与位置的关系解耦。在保证手臂长度相同情况下，(a)对中间伸长型McKibben肌肉充气，其余三根收缩型McKibben肌肉不充气，实现手臂低刚度工作状态；(b)增加中间McKibben肌肉的充气压力，同时对其余三根收缩型McKibben肌肉充入一定压力的气体，产生收缩力，保持位置不变，而实现手臂高刚度工作状态。同样，手臂弯曲运动时，通过调节三根收缩型McKibben肌肉内部压力及伸长型McKibben肌肉内部压力实现刚度的调节。图3中，Fea与Feb为中间伸长型McKibben肌肉产生的输出力，Fcb1、Fcb2和Fcb3为三根收缩型McKibben肌肉产生的输出力。本专利技术中，顶端平台、圆盘的结构如图4、图5所示，均设置中间位置的圆孔及围绕其的圆孔，分别用来固定中间位置的McKibben肌肉和围绕在外侧的McKibben肌肉；由于设置了圆盘、顶端平台，可以保证围绕的McKibben肌肉受力均匀。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双节McKibben肌肉变刚度软体机器人手臂，其特征在于：包括变刚度McKibben手臂；所述变刚度McKibben手臂包括分别设置在中心位置和外围位置McKibben肌肉，所述中心位置和外围位置的McKibben肌肉属性相反；外围位置的McKibben肌肉为多根，均匀布置且与中心位置的McKibben肌肉通过结扣固定。

【技术特征摘要】
1.一种双节McKibben肌肉变刚度软体机器人手臂，其特征在于：包括变刚度McKibben手臂；所述变刚度McKibben手臂包括分别设置在中心位置和外围位置McKibben肌肉，所述中心位置和外围位置的McKibben肌肉属性相反；外围位置的McKibben肌肉为多根，均匀布置且与中心位置的McKibben肌肉通过结扣固定。2.根据权利要求1所述的双节McKibben肌肉变刚度软体机器人手臂，其特征在于：还包括顶端平台，圆盘；所述顶端平台设置在...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝丽娜，项超群，张颖，高席峰，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21