一种具有缠绕绳结构的变刚度连续体机器人制造技术

本发明专利技术涉及连续体机器人领域，特别设计一种具有由形状记忆合金弹簧驱动的缠绕绳结构的可变刚度连续体机器人，它由具有两个两自由度弯曲的驱动模块组成，每个驱动模块中包含缠绕绳和形状记忆合金结构；当按照本发明专利技术的结构设计，可实现连续体机器人整体与局部的可变刚度特性。

【技术实现步骤摘要】
一种具有缠绕绳结构的变刚度连续体机器人
本专利技术设计一种新型变高刚度连续体机器人，具体涉及一种具有由形状记忆合金弹簧驱动的缠绕绳结构的变刚度连续体机器人。该机器人具体可应用于非结构化环境中的检测和维修，如工业焊接、深腔探测、手术机器人以及航空发动机检测等领域。
技术介绍
连续体机器人整体形状连续变化，结构单元多样，并且各个单元组合能够形成多元化的机构形态，由于其具有小型、灵活以及柔性等特点，使得其应用范围十分广泛，但是其柔性主体和较小的直径长度比也限制了机器人的负载能力。目前设计的可应用于连续体机器人中的变刚度结构多数属于刚性连杆结构，这使得连续体机器人的结构难以设计的紧凑微小。基于缠绕绳的摩擦力增强机构可应用于细小连续体机器人的设计中，它可以获得2倍于形状记忆合金弹簧拉力的摩擦力，使得连续体机器人具有较好的变刚度特性，以完成较大负载的操作任务。
技术实现思路
本专利技术要解决的问题是设计一种具有由形状记忆合金弹簧驱动的缠绕绳结构的变刚度连续体机器人。它具有两个两自由度的弯曲的驱动模块，每个驱动模块中包含缠绕绳和形状记忆合金结构，可实现连续体机器人整体和局部的刚度变化。解决其技术问题所采用的技术方案是：一种具有由形状记忆合金弹簧驱动的缠绕绳结构的新型变刚度连续体机器人，其特征在于：该机器人具有两个两自由度弯曲的驱动模块，分别为第一驱动模块(1)和第二驱动模块(2)；所有驱动模块(1、2)包含第一种缠绕绳结构(3)、第二种缠绕绳结构(4)以及形状记忆合金弹簧(5)。第一驱动模块(1)的结构组成为：第一种缠绕绳结构(3)、第二种缠绕绳(4)结构、形状记忆合金弹簧(5)、中心约束杆(6)、固定环(7)、驱动杆(1-1，1-2，1-3)和约束盘(1-4，1-5，1-6，1-7，1-8)。第二驱动模块(2)的结构组成为：第一种缠绕绳结构(3)、第二种缠绕绳(4)结构、形状记忆合金弹簧(5)、中心约束杆(6)、固定环(7)、驱动杆(2-1，2-2，2-3)和约束盘(2-4，2-5，2-6，2-7)。第一驱动模块(1)的连接：约束盘(1-4，1-5，1-6，1-7，1-8)等间距的与中心约束杆(6)通过固定环(7)固定连接，连接方式采用螺母径向止动的方式。驱动杆(1-1，1-2，1-3)在约束盘(1-4，1-5，1-6，1-7，1-8)周向均匀分布，其中驱动杆(1-1，1-2，1-3)通过固定环(7)与约束盘(1-8)固定连接，可以沿着约束盘(1-4，1-5，1-6，1-7)的轴向自由滑动和转动；约束盘(1-4，1-6，1-8)设计有第一种缠绕绳结构(3)，约束盘(1-5，1-7)设计有第二种缠绕绳结构(4)，驱动杆(1-1，1-2，1-3)分别穿过这两种缠绕绳结构(3，4)，但是约束盘(1-8)中不具有与驱动杆(1-1，1-2，1-3)连接的第一种缠绕绳结构(3)。形状记忆合金弹簧(5)一端固定连接于约束盘(1-4)中的第一种缠绕绳结构(3)的一端，另一端固定连接与约束盘(1-4)的第二种缠绕绳结构(4)的一端，以此类推连接形状记忆合金弹簧与缠绕绳结构(3，4)。其中第一种缠绕绳结构(3)另一端固定连接与约束盘(1-4)上，形状记忆合金弹簧(5)另一端固定连接与约束盘(1-8)的一侧。第二驱动模块(2)的连接：约束盘(2-4，2-5，2-6，2-7)等间距的与中心约束杆(6)通过固定环(7)固定连接，连接方式采用螺母径向止动的方式。驱动杆(2-1，2-2，2-3)在约束盘(2-4，2-5，2-6，2-7)周向均匀分布，其中驱动杆(2-1，2-2，2-3)通过固定环(7)与约束盘(2-7)固定连接，可以沿着约束盘(2-4，2-5，2-6)的轴向自由滑动和转动；约束盘(2-4，2-6)设计有第二种缠绕绳结构(4)，约束盘(2-5)设计有第一种缠绕绳结构(3)，驱动杆(2-1，2-2，2-3)分别穿过这两种缠绕绳结构(3，4)。形状记忆合金弹簧(5)一端固定连接于约束盘(1-8)中的第一种缠绕绳结构(3)的一端，另一端固定连接与约束盘(2-4)的第二种缠绕绳结构(4)的一端，以此类推连接形状记忆合金弹簧与缠绕绳结构(3，4)。其中形状记忆合金弹簧(5)另一端固定连接与约束盘(2-7)的一侧。第一种缠绕绳结构(3)、第二种缠绕绳(4)和形状记忆合金弹簧(5)，其特征在于：第一种缠绕绳结构(3)顺时针缠绕，第二种缠绕绳结构(4)逆时针缠绕，缠绕连接驱动杆(1-1，1-2，1-3，2-1，2-2，2-3)。形状记忆合金弹簧(5)连接与缠绕绳两端，并且为缠绕绳的收紧提供拉力，从而增加约束盘(1-4，1-5，1-6，1-7，1-8，2-4，2-5，2-6，2-7)与驱动杆(1-1，1-2，1-3，2-1，2-2，2-3)之间的摩擦力，使得连续体机器人具有变刚度的特性。约束盘(1-4，1-5，1-6，1-7，1-8，2-4，2-5，2-6，2-7)，其特征在于：所有约束盘都为对称的轴向均匀分布的结构，约束盘与中心约束杆(6)通过固定环(7)等距固定连接，驱动杆(1-1，1-2，1-3，2-1，2-2，2-3)与约束盘(1-4，1-5，1-6，1-7，1-8)周向均匀连接，驱动杆(2-1，2-2，2-3)与约束盘(2-4，2-5，2-6，2-7)周向均匀连接，第一种缠绕绳结构(3)和第二种缠绕绳结构(4)可以穿过约束盘内部结构与形状记忆合金弹簧(5)固定连接。第一驱动模块(1)和第二驱动模块(2)之间的连接方式，其特征在于：驱动杆(2-1，2-2，2-3)除了在约束盘(2-4，2-5，2-6，2-7)的周向均匀分布，还穿过约束盘(1-4，1-5，1-6，1-7，1-8)，且与驱动杆(1-1，1-2，1-3)周向均匀分布。驱动杆(2-1，2-2，2-3)分别穿过位于约束盘(1-4，1-5，1-6，1-7，1-8)中的缠绕绳结构(3，4)。约束盘(1-8)中不具有与驱动杆(1-1，1-2，1-3)连接的第一种缠绕绳结构(3)，但是具有与驱动杆(2-1，2-2，2-3)连接的第一种缠绕绳结构(3)。约束盘(1-4)中的第一种缠绕绳结构(3)一端与形状记忆合金弹簧(5)一端固定连接，另一端固定连接与约束盘(1-4)的另一侧；约束盘(1-8)上位于驱动杆(1-1，1-2，1-3)支链上的形状记忆合金弹簧(5)一端固定连接与约束盘(1-8)一侧；约束盘(2-7)上位于驱动杆(2-1，2-2，2-3)支链上的形状记忆合金弹簧(5)一端固定连接与约束盘(2-7)一侧；其余约束盘(1-5，1-6，1-7)上位于驱动杆(1-1，1-2，1-3，2-1，2-2，2-3)支链上的形状记忆合金弹簧(5)两端均与缠绕绳结构(3，4)固定连接，约束盘(2-4，2-5，2-6)上位于驱动杆(2-1，2-2，2-3)支链上的形状记忆合金弹簧(5)两端均与缠绕绳结构(3，4)两端依次固定连接。附图说明图1是新型变刚度连续体机器人的整体结构示意图图2是第一驱动模块的结构示意图图3是第二驱动模块的结构示意图...

【技术保护点】
1.一种具有由形状记忆合金弹簧驱动的缠绕绳结构的新型变刚度连续体机器人，其特征在于：该机器人具有两个两自由度弯曲的驱动模块，分别为第一驱动模块(1)和第二驱动模块(2)；所有驱动模块(1、2)包含第一种缠绕绳结构(3)、第二种缠绕绳结构(4)以及形状记忆合金弹簧(5)./n第一驱动模块(1)的结构组成为：第一种缠绕绳结构(3)、第二种缠绕绳(4)结构、形状记忆合金弹簧(5)、中心约束杆(6)、固定环(7)、驱动杆(1-1，1-2，1-3)和约束盘(1-4，1-5，1-6，1-7，1-8)/n第二驱动模块(2)的结构组成为：第一种缠绕绳结构(3)、第二种缠绕绳(4)结构、形状记忆合金弹簧(5)、中心约束杆(6)、固定环(7)、驱动杆(2-1，2-2，2-3)和约束盘(2-4，2-5，2-6，2-7)。/n

【技术特征摘要】
1.一种具有由形状记忆合金弹簧驱动的缠绕绳结构的新型变刚度连续体机器人，其特征在于：该机器人具有两个两自由度弯曲的驱动模块，分别为第一驱动模块(1)和第二驱动模块(2)；所有驱动模块(1、2)包含第一种缠绕绳结构(3)、第二种缠绕绳结构(4)以及形状记忆合金弹簧(5).
第一驱动模块(1)的结构组成为：第一种缠绕绳结构(3)、第二种缠绕绳(4)结构、形状记忆合金弹簧(5)、中心约束杆(6)、固定环(7)、驱动杆(1-1，1-2，1-3)和约束盘(1-4，1-5，1-6，1-7，1-8)
第二驱动模块(2)的结构组成为：第一种缠绕绳结构(3)、第二种缠绕绳(4)结构、形状记忆合金弹簧(5)、中心约束杆(6)、固定环(7)、驱动杆(2-1，2-2，2-3)和约束盘(2-4，2-5，2-6，2-7)。


2.根据权力要求1所述的第一驱动模块(1)的连接为：约束盘(1-4，1-5，1-6，1-7，1-8)等间距的与中心约束杆(6)通过固定环(7)固定连接，连接方式采用螺母径向止动的方式。驱动杆(1-1，1-2，1-3)在约束盘(1-4，1-5，1-6，1-7，1-8)周向均匀分布，其中驱动杆(1-1，1-2，1-3)通过固定环(7)与约束盘(1-8)固定连接，可以沿着约束盘(1-4，1-5，1-6，1-7)的轴向自由滑动和转动；约束盘(1-4，1-6，1-8)设计有第一种缠绕绳结构(3)，约束盘(1-5，1-7)设计有第二种缠绕绳结构(4)，驱动杆(1-1，1-2，1-3)分别穿过这两种缠绕绳结构(3，4)，但是约束盘(1-8)中不具有与驱动杆(1-1，1-2，1-3)连接的第一种缠绕绳结构(3)。形状记忆合金弹簧(5)一端固定连接于约束盘(1-4)中的第一种缠绕绳结构(3)的一端，另一端固定连接与约束盘(1-4)的第二种缠绕绳结构(4)的一端，以此类推连接形状记忆合金弹簧与缠绕绳结构(3，4)。其中第一种缠绕绳结构(3)另一端固定连接与约束盘(1-4)上，形状记忆合金弹簧(5)另一端固定连接与约束盘(1-8)的一侧。


3.根据权力要求1所述的第二驱动模块(2)的连接为：约束盘(2-4，2-5，2-6，2-7)等间距的与中心约束杆(6)通过固定环(7)固定连接，连接方式采用螺母径向止动的方式。驱动杆(2-1，2-2，2-3)在约束盘(2-4，2-5，2-6，2-7)周向均匀分布，其中驱动杆(2-1，2-2，2-3)通过固定环(7)与约束盘(2-7)固定连接，可以沿着约束盘(2-4，2-5，2-6)的轴向自由滑动和转动；约束盘(2-4，2-6)设计有第二种缠绕绳结构(4)，约束盘(2-5)设计有第一种缠绕绳结构(3)，驱动杆(2-1，2-2，2-3)分别穿过这两种缠绕绳结构(3，4)。形状记忆合金弹簧(5)一端固定连接于约束盘(1-8)中的第一种缠绕绳结构(3)的一端，另一端固定连接与约束盘(2-4)的...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭盛，汪培义，王向阳，陈光荣，宋马军，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：北京;11