一种驱动绳自动张紧的柔性检测机器人及其控制方法技术

本发明专利技术涉及一种驱动绳自动张紧的柔性检测机器人及其控制方法，具有可移动的机架，机架上设有可移动的牵引组件，机架左侧安装有驱动牵引组件移动的电机模组,机架右侧设有导向组件，导向组件上安装有弯曲关节，弯曲关节由若干个弯曲单元通过榫接头与卯接头连接而成，弯曲单元前端连接有检测探头，弯曲单元的中空通道外侧周向均布有控制弯曲关节动作的驱动绳，驱动绳通过导向组件导向后与牵引组件底端连接。本发明专利技术通过改变导向组件中压缩弹簧压缩量实现连续体机器人的驱动绳的张紧，并反馈补偿驱动绳的变形，具有减少更换驱动绳的频率、节约成本、提高效率和控制等优点。提高效率和控制等优点。提高效率和控制等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种驱动绳自动张紧的柔性检测机器人及其控制方法


[0001]本专利技术涉及自动化控制
，尤其是一种驱动绳自动张紧的柔性检测机器人及其控制方法。

技术介绍

[0002]绳驱动连续式柔性机器人被广泛应用于医疗、救援等领域，但驱动绳极易受拉力变长发生松弛，从而影响机器人的控制精度，甚至产生安全隐患，但为了尽量减小绳与弯曲体的耦合，提高系统精度，弯曲体的绳孔内径与驱动绳直径接近，导致驱动绳的更换相当困难；另一方面机器人的不同驱动绳在工作过程中受拉力影响，导致绳长变化量不同，容易造成弯曲单元在运行过程中摆动幅度大，对工作环境冲击大，现有的传统结构中，要求对电机进行协同控制，使得控制算法较复杂，实现成本较高。

技术实现思路

[0003]本专利技术要解决的技术问题是：为了克服现有技术中之不足，本专利技术提供一种驱动绳自动张紧的柔性检测机器人及其控制方法，实现对绳驱动连续体机器人在运行过程中绳长张紧，并对发生变形的连续体机器人的绳长进行补偿与零位回复。
[0004]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种驱动绳自动张紧的柔性检测机器人，具有可移动的机架，所述的机架上设有可移动的牵引组件，机架左侧安装有驱动牵引组件移动的电机模组,机架右侧设有导向组件，导向组件上安装有弯曲关节。
[0005]所述电机模组：具有转动设置在机架的左、右侧板之间的传动丝杠，机架左侧板端安装有无刷直流电机，无刷直流电机通过联轴器与传动丝杠传动连接；
[0006]所述牵引组件:具有定支架、与定支架中部铰接的动支架，所述的定支架中心位置固定有与传动丝杠传动连接的丝杠螺母，定支架上端固定有检测点与动支架连接的拉力传感器；
[0007]所述导向组件：固定架、动滑轮及定滑轮，动滑轮和定滑轮通过各自的轴承座转动设在固定架上，其中固定架上安装动滑轮的轴承座所在的滑槽内设有压缩弹簧；
[0008]所述弯曲关节：由若干个弯曲单元通过榫接头与卯接头连接而成，位于弯曲单元的中空通道内设有贯穿弯曲关节的芯柱弹簧，所述弯曲单元的前端连接有检测探头，弯曲单元的中空通道外侧周向均布有控制弯曲单元动作的驱动绳，所述驱动绳通过导向组件的定滑轮、动滑轮导向后与牵引组件的动支架底端连接；
[0009]所述拉力传感器与动支架连接的检测点位置到定支架中部铰接点之间的距离，与驱动绳和动支架固接的连接点到定支架中部铰接点之间的距离相同。
[0010]具体说，所述的机架底部设有推动机架移动的移动平台，所述移动平台具有底座，底座上安装有驱动丝杠，位于驱动丝杠两侧的底座上固定有滑轨，底座一侧安装有步进电机，步进电机通过联轴器与驱动丝杠传动连接，驱动丝杠上转动连接有与机架底部固接的滑块，所述的滑块与滑轨滑动配合。
[0011]优选地，所述的弯曲关节具有两节，检测探头安装在前一节弯曲关节的弯曲单元的前端面，所述弯曲单元的中空通道外侧周向均布有十二个用于穿过驱动绳的驱动绳孔，一个弯曲关节通过间隔120
°
分布的三根驱动绳控制。
[0012]进一步地，为防止芯柱弹簧在中空通道内产生转动，影响控制精度，所述的弯曲关节首末位置的两个弯曲单元的中空通道的直径比中部弯曲单元的中空通道直径小，芯柱弹簧的首末两端与弯曲单元的顶端与尾端固定。
[0013]所述的榫接头和卯接头呈十字交叉分设在弯曲单元两侧，所述弯曲单元前后交错装配，以实现一节弯曲关节的两个自由度转动。
[0014]为确保经过动滑轮两侧的驱动绳路径与压缩弹簧平行，所述的动滑轮与定滑轮安装后在水平方向上的轴心距为两滑轮的半径之和。
[0015]所述动滑轮可下降的最低位置高于定滑轮的位置，由于驱动绳的张紧是针对控制过程中无刷直流电机无法协同控制时，不同驱动绳各自进给量不同，可利用压缩弹簧的弹性特征，驱动绳间接作用于安装在动滑轮下放的压缩弹簧，压缩弹簧根据驱动绳拉力自动调节压缩量来保持驱动绳张紧，防止拉力过大损伤驱动绳或驱动绳松弛弯曲单元摆动幅度过大。
[0016]一种采用上述驱动绳自动张紧的柔性检测机器人的控制方法，具有以下步骤：
[0017]S1、检测前，将连续体检测机器人推进到指定位置，在驱动绳的作用下将检测探头送到指定位置；
[0018]S2、根据所组装的弯曲单元的节数与驱动绳的材料，选择刚度合适的压缩弹簧，然后根据所选择的压缩弹簧与弯曲关节所对应的驱动绳之间的最大变化量，确定压缩弹簧的预压缩量，并把竖直状态下穿过的弯曲关节的驱动绳与牵引组件的动支架连接，让驱动绳有一定的预张紧力，将此时对应的位置标定为零位，拉力传感器将此时检测到的驱动绳拉力值发送至上位机并保存为阈值N0；
[0019]S3、在每次检测机器人开机后，先由无刷直流电机驱动牵引组件回到零位，然后将此时拉力传感器的检测值N与阈值N0比较，若与阈值N0不等，表明压缩弹簧与弯曲关节不是零位状态，则控制无刷直流电机牵引驱动绳直至压缩弹簧回复零位，完成零位回复；
[0020]S4、完成零位回复后，机架移动将连续体检测机器人移动到指定位置，然后系统上位机根据目标点利用逆运动学计算驱动绳的模型变化量ΔL1，并根据反馈的驱动绳的拉力值，计算需要补偿的进给量ΔL2,ΔL2＝2*(N
‑
N0)/K，最后计算驱动绳的实际绳长进给量为ΔL并输出，则ΔL＝ΔL1+ΔL2。
[0021]本专利技术的有益效果是：本专利技术弯曲单元利用卯榫结构连接成刚性部件，提高了连续体检测机器人的刚度与负载，中空通道加装芯柱弹簧，提供弹性支撑并起到弯曲单元左右限位的功能，独特的榫卯连接与芯柱弹簧设计便于后续的轻型化和快速装配，相较于传统铆接更加便捷且质量更轻；导向组件的动滑轮下放安装压缩弹簧，利用压缩弹簧的特性保持运行过程中驱动绳的张紧，并提高刚性连续体整体系统的弹性，考虑驱动绳换装的不便与其独特的张紧结构，提出了驱动绳补偿和零位回复方法，减少驱动绳的更换频率，并提高控制精度。
附图说明
[0022]下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。
[0023]图1是本专利技术的结构示意图。
[0024]图2是本专利技术所述移动平台的结构示意图。
[0025]图3是本专利技术所述牵引组件的结构示意图。
[0026]图4是本专利技术所述导向组件的结构示意图。
[0027]图5是本专利技术所述弯曲关节的结构示意图。
[0028]图6是本专利技术所述弯曲单元的装配结构示意图。
[0029]图中：
[0030]1.移动平台，1
‑
1.底座，1
‑
2.驱动丝杠，1
‑
3.滑轨，1
‑
4.步进电机，1
‑
5.滑块；
[0031]2.电机模组，2
‑
1.传动丝杠，2
‑
2.无刷直流电机；
[0032]3.牵引组件，3
‑
1.定支架，3
‑
2.动支架，3
‑
3.丝杠螺母，3<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种驱动绳自动张紧的柔性检测机器人，具有可移动的机架，其特征是：所述的机架上设有可移动的牵引组件，机架左侧安装有驱动牵引组件移动的电机模组,机架右侧设有导向组件，导向组件上安装有弯曲关节；电机模组：具有转动设置在机架的左、右侧板之间的传动丝杠，机架左侧板端安装有无刷直流电机，无刷直流电机通过联轴器与传动丝杠传动连接；牵引组件:具有定支架、与定支架中部铰接的动支架，所述的定支架中心位置固定有与传动丝杠传动连接的丝杠螺母，定支架上端固定有检测点与动支架连接的拉力传感器；导向组件：固定架、动滑轮及定滑轮，动滑轮和定滑轮通过各自的轴承座转动设在固定架上，其中固定架上安装动滑轮的轴承座所在的滑槽内设有压缩弹簧；弯曲关节：由若干个弯曲单元通过榫接头与卯接头连接而成，位于弯曲单元的中空通道内设有贯穿弯曲关节的芯柱弹簧，所述弯曲单元的前端连接有检测探头，弯曲单元的中空通道外侧周向均布有控制弯曲单元动作的驱动绳，所述驱动绳通过导向组件的定滑轮、动滑轮导向后与牵引组件的动支架底端连接；所述拉力传感器与动支架连接的检测点位置到定支架中部铰接点之间的距离，与驱动绳和动支架固接的连接点到定支架中部铰接点之间的距离相同。2.如权利要求1所述的驱动绳自动张紧的柔性检测机器人，其特征是：所述的机架底部设有推动机架移动的移动平台，所述移动平台具有底座，底座上安装有驱动丝杠，位于驱动丝杠两侧的底座上固定有滑轨，底座一侧安装有步进电机，步进电机通过联轴器与驱动丝杠传动连接，驱动丝杠上转动连接有与机架底部固接的滑块，所述的滑块与滑轨滑动配合。3.如权利要求1所述的驱动绳自动张紧的柔性检测机器人，其特征是：所述的弯曲关节具有两节，检测探头安装在前一节弯曲关节的弯曲单元的前端面，所述弯曲单元的中空通道外侧周向均布有十二个用于穿过驱动绳的驱动绳孔，一个弯曲关节通过间隔120
°
分布的三根驱动绳控制。4.如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐飞，朱靖，张恒，窦小明，裴海珊，蒋威，
申请(专利权)人：常州大学，
类型：发明
国别省市：