连续体机器人制造技术

一种连续体臂机器人区段，其中该区段包括至少三个节段，以基部、至少一个中间节段和顶端节段为特征。每个节段对应于成对的相邻盘之间的至少一个互连部分，成对的相邻盘形成连续体臂机器人的区段的主干。基部节段具有比至少一个中间节段和顶端节段更大的刚度，并且至少一个中间节段具有比顶端节段更大的刚度。还提供了一种调整连续体臂的刚度的方法。该方法包括将第一加强部件施加到节段的步骤。将第二个加强部件施加到不同节段。第一加强装置导致基部节段具有比中间节段更大的刚度，并且第二加强装置导致中间节段具有比基部节段更低的刚度，但是比顶端节段更高。

Continuum robot

【技术实现步骤摘要】
连续体机器人
本专利技术涉及一种连续体机器人，特别是用于连续体机器人的臂区段的设计。该区段能够是形成全长臂的一部分或多个区段，其能够在密闭或危险的环境中检查或维修部件。
技术介绍
在复杂结构的制造、检查和维修中的机器人的使用正在增长，因为这些设备能够进入人类不能进入的点。为了执行这样的任务，存在大量机器人设计和配置，其期望用于不同目的。特别地，蛇臂或连续体机器人具有特别的意义。与传统的刚性连杆机器人不同，这些连续体机器人具有许多自由度，其允许它们特别适合进入密闭空间。这允许它们被用于从外科手术到航空发动机的现场维修的广泛范围的目的。连续体机器人大体由几个独立控制的区段构成，其中每个区段具有一个或两个自由度，其允许它们被容易地操纵。区段的每个元件通过刚性或顺应性关节连接，其能够通过拉动线缆或调整气动或液压致动器来被操纵；因此，允许它们被铰接至不同的目标定向。连续体机器人的最常见设计之一是由使用刚性连结区段构成，刚性连结区段使用旋转/万向/球形(R/U/S)关节联接在一起。但是，关于这种系统的使用存在问题；这是因为在使直径接近臂的内直径的输送管贯穿R/U/S关节中的困难。该问题是关节的弯折半径小的结果。该小半径能够导致在输送管中形成扭结，这能够妨碍工具的功能或材料沿管的输送。为了克服这个，连续体区段能够以刚性连杆之间的弹性体区段为特征；这用于将弯折均匀地分配在该区段的整个长度上。因此，弹性体区段的使用允许更连续的曲率，其允许输送管贯穿机器人臂的中间。因此，当与刚性关节的连续体臂相比时，通过在连续体机器人的区段中采用弹性体材料，允许机器人的臂具有更好的弯折能力。然而，这种类型的机器人的问题之一是，当使用运动学模型控制机器人的臂时，区段被认为是圆形曲线。在此情况下，运动学模型提供了一种控制/确定多个连结体的运动的手段。然而，物理测试表明，连续体区段不会以连续和圆形曲率半径弯折。因此，模型与臂的实际形状之间的差异能够致使机器人出现大量的位置误差。因此，存在需要来使连续体区段更好地匹配圆形曲率，使得连续体机器人的控制更加可靠。
技术实现思路
根据第一方面，提供了一种连续体臂机器人区段，其中该区段包括至少三个节段，以基部、至少一个中间节段和顶端节段为特征，其中每个节段对应于成对的相邻盘之间的至少一个互连部分，成对的相邻盘形成连续体臂机器人的区段的主干，其中基部节段具有比至少一个中间节段和顶端节段更大的刚度，并且至少一个中间节段具有比顶端节段更大的刚度。通过采用本公开的教导，连续体机器人能够具有在弯折时以圆形形状弯曲的区段，并且还适于形成其它弯折形状，如二次曲线。这样，当在密闭空间内导航时，或在其中需要臂的极端控制的情况下，这将为机器人提供更好的可达性。此外，由于这些区段具有固定设计，因此它们能够在现场被调整，以改进机器人臂的性能。每个节段可由顺应性和旋转关节对制成。关节的刚度可通过旋转关节的表面粗糙度来确定。关节的刚度可通过旋转关节内的盘的材料来确定。节段可由非恒定刚度关节制成，非恒定刚度关节包括通过具有2个自由度或1个自由度的互连部分分开的盘。互连部分可具有变化的厚度，其中基部节段是最厚的互连部分并且具有最硬的区段，中间节段具有中等厚度的互连部分，所述中等厚度的互连部分具有中等刚度，且顶端节段具有最薄的互连部分并具有最低的刚度。互连区段可由一种或多种金属材料制成，如钛、铝、钢、钨和/或碳化硅。互连区段可由一种或多种非金属材料制成，如尼龙、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或碳增强塑料。节段可具有围绕盘和互连部分的壁区段。壁区段可具有基本对应于每个节段的刚度的不同厚度。壁区段可由具有不同的刚度分布（profile）的材料制成，刚度分布对应于每个节段的不同的刚度。至少一个套筒可围绕节段设置，以便调整所述区段的刚度。套筒区段可由热塑性材料、形状记忆合金和形状记忆聚合物中的一种或多种制成。至少一个加强构件可设置在节段上，以便调整所述区段的刚度。加强构件可由热塑性材料、形状记忆合金和形状记忆聚合物中的一种或多种制成。根据第二方面，提供了一种具有一个或多个臂的连续体机器人，每个臂包括如前述任意权利要求中所述的至少一个连续体机器人臂区段。连续体机器人可用于气体涡轮发动机的检查和/或维修。根据第三方面，提供了一种调整连续体臂区段的刚度的方法，该连续体臂区段以基部、至少一个中间节段和顶端节段为特征，其中每个节段对应于成对的相邻盘之间的至少一个互连部分，成对的相邻盘形成连续体臂机器人的区段的主干，该方法包括以下步骤：将第一加强部件施加到节段；然后将第二加强部件施加到不同的节段，使得第一加强部件导致基部节段具有比中间节段更大的刚度，并且第二加强部件导致中间节段具有比基部节段更低的刚度，但是比顶端节段更高。第一加强部件的施加和/或将第二加强部件施加到不同的节段可包括在节段的外表面上增加套筒，或插入加强支柱。在本文中，连续体机器人是具有大量或无限多个自由度的超冗余机器人。这些机器人用作自我支承的连续弯曲操纵器。为了满足这些要求，机器人由单独的区段制成，每个区段都通过不同的腱组控制。这样的连续体机器人的实例在图1中示出。连续体机器人有两个区段；第一区段12和第二区段14。第一区段12通过线缆13控制，同时第二区段14通过线缆15控制。连续体臂机器人中的线缆被约束在盘部件11的孔中。通过拉动腱16，每个区段能够相对于彼此移动，使得机器人能够被操纵。线缆的移动由电机/人工肌肉致动。本领域技术人员将领会的是，除非其中相互排斥，否则关于以上方面中的任何一个描述的特征可加上必要的修正应用于任何其它方面。此外，除非其中相互排斥，否则本文描述的任何特征可应用于任何方面和/或与本文描述的任何其它特征组合。附图说明现在将参考附图仅通过实例的方式来描述实施例，在附图中：图1是以两个单独的臂区段为特征的连续体臂机器人的一部分的现有技术实例；图2是简单的顺应性关节结构的现有技术实例；图3A-3D是用于连续体臂机器人中的连续体区段的现有技术实例；图4A-B呈现了作为本公开的一部分的具有两个自由度的连续体区段的两个实施例；图4A呈现了使用单件互连件的本公开的实例，图4B呈现了其中互连件由多个互连部分形成的本公开的实例；图5A-B呈现了作为本公开的一部分的具有单个自由度的连续体区段的两个实施例；图5A呈现了使用单件互连件的本公开的实例，图5B呈现了其中互连件由多个互连部分形成的本公开的实例；图6A-B呈现了本公开的具有两个自由度的连续体区段的实施例，其中为每个分开的节段提供了壁区段；图6A呈现了实施例的外视图，同时图6B呈现了本公开的断面视图；图7A-D呈现了连续体区段的两个实施例，该连续体区段包括刚性旋转关节和顺应性关节；图7A呈现了这种关节的单个节段的断面，同时图7B呈现了关节结构的外侧视图；图7C呈现了本公开的实施例，其中旋转关节具有不同的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种连续体臂机器人区段，其中所述区段包括至少三个节段，以基部、至少一个中间节段和顶端节段为特征，其中每个节段对应于成对的相邻盘之间的至少一个互连部分，所述成对的相邻盘形成所述连续体臂机器人的区段的主干，其中所述基部节段具有比所述至少一个中间节段和顶端节段更大的刚度，并且所述至少一个中间节段具有比所述顶端节段更大的刚度。/n

【技术特征摘要】
20181214 GB 1820398.41.一种连续体臂机器人区段，其中所述区段包括至少三个节段，以基部、至少一个中间节段和顶端节段为特征，其中每个节段对应于成对的相邻盘之间的至少一个互连部分，所述成对的相邻盘形成所述连续体臂机器人的区段的主干，其中所述基部节段具有比所述至少一个中间节段和顶端节段更大的刚度，并且所述至少一个中间节段具有比所述顶端节段更大的刚度。


2.如权利要求1中所述的连续体臂机器人区段，其中每个节段由顺应性和旋转关节对制成。


3.如权利要求2中所述的连续体臂机器人区段，其中所述关节的刚度通过所述旋转关节的表面粗糙度确定。


4.如权利要求2或权利要求3中所述的连续体臂机器人区段，其中所述关节的刚度通过所述旋转关节内的盘的材料确定。


5.如权利要求1中所述的连续体臂机器人区段，其中所述节段由非恒定刚度关节制成，所述非恒定刚度关节包括通过具有2个自由度或1个自由度的互连部分分开的盘。


6.如权利要求5中所述的连续体臂机器人区段，其中所述互连部分具有变化的厚度，其中所述基部节段是最厚的互连部分并且具有最硬的区段，所述中间节段具有中等厚度的互连部分，所述中等厚度的互连部分具有中间刚度，且所述顶端节段具有最薄的互连部分并具有最低的刚度。


7.如权利要求5或权利要求6中所述的连续体臂机器人区段，其中所述节段具有围绕所述盘和互连部分的壁区段。


8.如权利要求7中所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：X董，AD诺顿，S洛思，
申请(专利权)人：劳斯莱斯有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB