一种仿生刚柔耦合可变刚度的连续体机器人及控制方法技术

一种仿生刚柔耦合可变刚度的连续体机器人及控制方法，所述的连续体机器人包括机体、连续体机构、主骨架、刚度调节机构、驱动机构、传感器单元、控制处理模块和电源模块，所述的连续体机构包括连续体机构一、连续体机构二、连续体机构三，均由多个圆形刚性节片、弹性棒、压缩弹簧组成，所述的刚度调节机构由多组摩擦滑块、弹簧、压块、拉杆、连杆、连接轴、转盘、扭簧及拉绳组成，所述控制方法包括位姿控制方法和刚度控制方法。所述的连续体机器人具有结构紧凑、轻便、柔顺、刚度可控等优点，可实现物体缠绕抓取。绕抓取。绕抓取。

【技术实现步骤摘要】
一种仿生刚柔耦合可变刚度的连续体机器人及控制方法


[0001]本专利技术属于机器人学、控制科学、计算机科学、传感技术的交叉领域，具体为一种仿生刚柔耦合可变刚度的连续体机器人及控制方法。

技术介绍

[0002]传统工业机械臂是由刚性连杆和离散关节组成，模拟人的手臂在大范围工作空间内实现给定的轨迹使机械臂末端到达指定的工作位置。但是这类刚性机械臂拥有自由度少，柔顺性不足，在面对复杂的工作环境时会发生不可避免的刚性碰撞，存在安全性隐患。而连续体机器人是一种新型仿生机器人，不同于传统的操作机械臂，仿生连续体机器人的模仿对象是象鼻、章鱼触手等柔性生物器官。仿生连续体机器人的主要运动形式表现为弹性结构的伸缩、弯曲变形，相对于传统工业机械臂具有更好的适应性和灵活性，在复杂狭小的环境中可以根据环境产生弯曲变形，避免与复杂操作环境产生碰撞，具有很强的避障能力和环境适应能力，在救援、医疗、深腔探测等传统工业机械臂难以工作的应用场景中具有很大的运用价值。然而连续体机器人的刚度有限，在面对部分精确及刚度要求较高的操作场合时，难以完成任务，因此研究人员提出了刚度调节的方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种仿生刚柔耦合可变刚度的连续体机器人，由机体(1)、连续体机构(2)、主骨架(3)、刚度调节机构(4)、驱动机构(5)、控制处理模块(6)、传感器单元(7)、电源(8)组成，所述机体(1)用于安装、固定和支撑所述的机构、单元和模块，所述连续体机构(2)实现机器人的弯曲缠绕功能，所述主骨架(3)穿过连续体机构(2)的中心作为骨架，所述刚度调节机构(4)实现机器人的刚度调节功能，所述驱动机构(5)实现连续体机构(2)、主骨架(3)和刚度调节机构(4)的控制，所述控制处理模块(6)实现驱动机构(5)的驱动，以及传感器单元(7)的传感器数据处理保存，所述传感器单元(7)实现机器人位姿的检测，所述电源(8)为机器人的各个机构、单元和模块供电；所述的机体(1)包括电机座一(1
‑
1)、电机座二(1
‑
2)、电机座三(1
‑
3)、基座(1
‑
4)、外壳一(1
‑
5)、外壳二(1
‑
6)和外壳三(1
‑
7)组成，所述的电机座一(1
‑
1)安装在外壳一(1
‑
5)下端和外壳二(1
‑
6)上端，所述的电机座二(1
‑
2)安装在外壳二(1
‑
6)下端和外壳三(1
‑
7)上端，所述的电机座三(1
‑
3)安装在外壳三(1
‑
7)下端，所述的基座(1
‑
4)安装在外壳一(1
‑
5)上端；所述的连续体机构(2)由连续体机构一(2
‑
1)、连续体机构二(2
‑
2)、连续体机构三(2
‑
3)，由圆形刚性节片(2
‑
4)、弹性棒(2
‑
5)、压缩弹簧(2
‑
6)组成，所述的弹性棒(2
‑
5)穿过至少2个所述的圆形刚性节片(2
‑
4)上的槽孔，将至少2个圆形刚性节片(2
‑
4)串接在一起，所述的压缩弹簧(2
‑
6)套在弹性棒(2
‑
5)上，设置在每个圆形刚性节片(2
‑
4)之间，所述连续体机构一(2
‑
1)、连续体机构二(2
‑
2)、连续体机构三(2
‑
3)依次串联组成三节组合体；所述的主骨架(3)穿过连续体机构一(2
‑
1)、连续体机构二(2
‑
2)、连续体机构三(2
‑
3)的所有圆形刚性节片(2
‑
4)上的中心孔，其最远端与连续体机构三(2
‑
3)最远端的圆形刚性节片(2
‑
4)固定，最近端与连续体机构一(2
‑
1)最近端的圆形刚性节片(2
‑
4)固定，并且在所有圆形刚性节片(2
‑
4)之间设置有套在主骨架(3)上的压缩弹簧(2
‑
5)。2.根据权利要求1所述的一种仿生刚柔耦合可变刚度的连续体机器人，其特征在于：所述连续体机构二(2
‑
2)的近端圆形刚性节片(2
‑
4)与连续体机构一(2
‑
1)的远端圆形刚性节片(2
‑
4)相邻，所述连续体机构三(2
‑
3)的近端圆形刚性节片(2
‑
4)与所述的连续体机构二(2
‑
2)的远端圆形刚性节片(2
‑
4)相邻，并且连续体机构二(2
‑
2)相对于连续体机构一(2
‑
1)沿着轴向扭转四十度，所述连续体机构三(2
‑
3)相对于连续体机构二(2
‑
2)沿着轴向扭转四十度，所述连续体机构一(2
‑
1)的三根弹性棒(2
‑
5)其一端固定在连续体机构一(2
‑
1)的所有圆形刚性节片(2
‑
4)中最远端一个圆形刚性节片(2
‑
4)上的槽孔，其另一端伸出所有圆形刚性节片(2
‑
4)中最近端一个圆形刚性节片(2
‑
4)上的槽孔，连续体机构二(2
‑
2)的三根弹性棒(2
‑
5)其一端固定在连续体机构二(2
‑
2)的所有圆形刚性节片(2
‑
4)中最远端一个圆形刚性节片(2
‑
4)上的槽孔，其另一端伸出连续体机构二(2
‑
2)的所有圆形刚性节片(2
‑
4)的槽孔后，又穿过连续体机构一(2
‑
1)的所有圆形刚性节片(2
‑
4)，并与连续体机构一(2
‑
1)的三根弹性棒(2
‑
5)的另一端平齐，连续体机构三(2
‑
3)的三根弹性棒(2
‑
5)其一端固定在连续体机构三(2
‑
3)的所有圆形刚性节片(2
‑
4)中最远端一个圆形刚性节片(2
‑
4)上的槽孔，其另一端伸出连续体机构三(2
‑
3)的所有圆形刚性节片(2
‑
4)的槽孔后，又穿过连续体机构二(2
‑
2)的所有圆形刚性节片(2
‑
4)，以及穿过连续体机构一(2
‑
1)的所有圆形刚性节片(2
‑
4)，并与连续体机构一(2
‑
1)的三根弹性棒(2
‑
5)的另一端平齐。3.根据权利要求1所述的一种仿生刚柔耦合可变刚度的连续体机器人，其特征在于：所
述的刚度调节机构(4)包括摩擦滑块(4
‑
4)、弹簧(...

【专利技术属性】
技术研发人员：张军，陈浩云，初晓昱，张强，宋爱国，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：