一种模块化的三自由度柔性连续体机器人结构制造技术

本发明专利技术公开了一种模块化的三自由度柔性连续体机器人结构，包括柔性连续体模块、丝驱动模块、底座。柔性连续体模块包括上端盖板、柔性弹簧、夹具；所述上端盖板与夹具配合固定柔性弹簧；丝驱动模块包括四套的驱动组件和一个固定架；驱动组件包括直流减速电机、推动块、合金丝；所述直流减速电机的螺杆穿入推动块，推动块与合金丝的下端连接；所述直流减速电机安装在固定架上；柔性连续体模块与丝驱动模块通过固定架与上端盖板连接，丝驱动模块通过固定架与底座连接，本柔性连续体机器人采用丝驱动模块推拉四根合金丝实现柔性弹簧的弯转和伸缩，模块化的驱动结构使机器人体积小而紧凑且易于拆装，每根丝能够独立驱动与控制。每根丝能够独立驱动与控制。每根丝能够独立驱动与控制。

【技术实现步骤摘要】
一种模块化的三自由度柔性连续体机器人结构


[0001]本专利技术涉及连续体机器人领域，具体是指一种模块化的三自由度柔性连续体机器人结构。

技术介绍

[0002]连续体机器人因可发生连续变形而具有良好的柔顺性、灵活性，能够在视野受限、操作受限的非结构化的狭小空间内代替人类执行工作，在灾害救援、医疗手术、管道探测等领域有广阔的应用前景。
[0003]连续体机器人常见的驱动方式有索驱动、气动驱动、SMA驱动、混合驱动等，其中研究最多的索驱动包括线驱动和丝驱动。然而现有的多自由度索驱动连续体机器人都有着繁杂笨重的驱动结构，相互分散的各根索的驱动结构更占据了庞大的空间，导致连续体机器人组装复杂，难以实现便携化使用、整体比例失调。另外，连续体机器人的本体也在不断的更新中，等间距串联的圆盘、表面有不规则切口的金属管、橡胶软管都被用来制作连续体，但均缺乏伸缩变形的能力，限制了连续体机器人的运动空间。
[0004]因此具有大变形能力、结构简单、轻便、易拆装的这类模块化的多自由度连续体机器人更加能够满足应用需求。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种模块化的三自由度柔性连续体机器人结构，旨在解决目前市场上连续体机器人驱动结构复杂、体积大、质量大、使用不便捷及运动空间小的问题。
[0006]一种模块化的三自由度柔性连续体机器人结构，包括柔性连续体模块、丝驱动模块、底座，其特征在于：所述丝驱动模块上端与柔性连续体模块相连，所述丝驱动模块下端与底座相连。
[0007]进一步地，所述丝驱动模块包括四个独立的驱动组件：驱动组件Ⅰ、驱动组件Ⅱ、驱动组件Ⅲ、驱动组件Ⅳ、固定架，每个所述的驱动组件包括：直流减速电机Ⅰ、推动块Ⅰ、合金丝Ⅰ。所述固定架上设有滑道Ⅰ、滑道Ⅱ、滑道Ⅲ与滑道Ⅳ，所述固定架固连带有确定弧度的定位块Ⅰ、定位块Ⅱ、定位块Ⅲ、定位块Ⅳ、定位块
Ⅴ
和定位块
Ⅵ
，所述定位块Ⅱ分别与定位块Ⅰ、定位块Ⅲ成对贴合固定直流减速电机Ⅰ和直流减速电机Ⅳ，所述定位块
Ⅴ
分别与定位块Ⅳ、定位块
Ⅵ
成对贴合固定直流减速电机Ⅱ、直流减速电机Ⅲ，所述直流减速电机Ⅰ和直流减速电机Ⅳ的减速箱的下端面与定位块Ⅱ的上端面重合，所述直流减速电机Ⅱ、直流减速电机Ⅲ的减速箱的下端面与定位块
Ⅴ
的上端面重合，所述直流减速电机Ⅰ、直流减速电机Ⅱ、直流减速电机Ⅲ、直流减速电机Ⅳ的减速箱的上端面分别与滑道Ⅰ的下方端面重合以轴向固定。所述直流减速电机Ⅰ、直流减速电机Ⅱ、直流减速电机Ⅲ、直流减速电机Ⅳ的输出螺杆分别穿入推动块Ⅰ、推动块Ⅱ、推动块Ⅲ、推动块Ⅳ上的螺纹孔中，所述推动块Ⅰ、推动块Ⅱ、推动块Ⅲ及推动块Ⅳ分别套在滑道Ⅰ、滑道Ⅱ、滑道Ⅲ与滑道Ⅳ中，所述推动块Ⅰ、推动块Ⅱ、推动块Ⅲ、推动块Ⅳ尖端通过焊接分别与合金丝Ⅰ、合金丝Ⅱ、合金丝Ⅲ、合金丝Ⅳ的一
端相连。
[0008]进一步地，所述柔性连续体模块包括：上端盖板，所述上端盖板上固连的异形夹块与夹具组合固定柔性弹簧的下端，所述上端盖板上有通孔Ⅰ、通孔Ⅱ、通孔Ⅲ、通孔Ⅳ和轴承孔Ⅰ、轴承孔Ⅱ、轴承孔Ⅲ、轴承孔Ⅳ，所述轴承孔Ⅰ、轴承孔Ⅱ、轴承孔Ⅲ和轴承孔Ⅳ分别固定轴承Ⅰ、轴承Ⅱ、轴承Ⅲ及轴承Ⅳ，所述柔性弹簧从上到下打有通孔
Ⅴ
、通孔
Ⅵ
、通孔
Ⅶ
和通孔
Ⅷ
。
[0009]进一步地，所述合金丝Ⅰ、合金丝Ⅱ、合金丝Ⅲ、合金丝Ⅳ的一端分别与推动块Ⅰ、推动块Ⅱ、推动块Ⅲ、推动块Ⅳ连接，所述合金丝Ⅰ、合金丝Ⅱ、合金丝Ⅲ、合金丝Ⅳ的另一端分别穿过上端盖板上的通孔Ⅰ、通孔Ⅱ、通孔Ⅲ、通孔Ⅳ进入柔性弹簧中，再分别穿进柔性弹簧的通孔
Ⅴ
、通孔
Ⅵ
、通孔
Ⅶ
和通孔
Ⅷ
，所述合金丝Ⅰ、合金丝Ⅱ、合金丝Ⅲ、合金丝Ⅳ的另一端伸至柔性弹簧的上端平面并与柔性弹簧在上端胶接，所述合金丝Ⅰ与合金丝Ⅲ的伸缩实现柔性弹簧的弯曲，所述合金丝Ⅱ和合金丝Ⅳ的伸缩实现柔性弹簧的旋转，所述合金丝Ⅰ、合金丝Ⅱ、合金丝Ⅲ、合金丝Ⅳ的协同伸缩实现柔性弹簧的伸缩。
[0010]进一步地，所述固定架与上端盖板通过螺钉相连，所述固定架下端伸入底座的凹槽中并用螺钉限制其纵向的相对运动，所述上端盖板上安装的轴承Ⅰ、轴承Ⅱ、轴承Ⅲ及轴承Ⅳ分别与直流减速电机Ⅰ、直流减速电机Ⅱ、直流减速电机Ⅲ、直流减速电机Ⅳ的输出螺杆的光轴配合，所述直流减速电机Ⅰ、直流减速电机Ⅱ、直流减速电机Ⅲ、直流减速电机Ⅳ的外壳分别与底座上的弧形面Ⅰ、弧形面Ⅱ、弧形面Ⅲ和弧形面Ⅳ贴合起周向固定作用。
[0011]进一步地，所述柔性弹簧采用3D打印制作，更换材料可获得不同刚度的柔性弹簧，达到不同的连续体的运动效果。
[0012]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0013]1、本专利技术中，借助紧凑的模块化结构设计，将四根合金丝的驱动结构集成到一个驱动模块中，使得连续体机器人结构轻便、易于拆装。
[0014]2、本专利技术中，采用了可伸缩、弯曲和旋转的柔性弹簧作为连续体机器人的本体，可预先设定其刚度，通过控制电机旋转实现变刚度连续体机器人伸缩、弯曲及旋转的三自由度运动。
附图说明
[0015]图1为本专利技术连续体机器人结构的整体示意图；
[0016]图2
‑
1、图2
‑
2、图2
‑
3、图2
‑
4为本专利技术驱动模块结构示意图；
[0017]图3
‑
1、图3
‑
2、图3
‑
3为本专利技术柔性连续体模块结构示意图；
[0018]图4为底座结构示意图；
[0019]图5
‑
1、图5
‑
2、图5
‑
3为本专利技术连续体机器人弯曲、旋转、压缩示意图；
具体实施方式
[0020]如图1
‑
图5所示，一种模块化的三自由度柔性连续体机器人结构，包括柔性连续体模块1、丝驱动模块2、底座3，其特征在于：所述丝驱动模块2上端与柔性连续体模块1相连，所述丝驱动模块2下端与底座3相连。
[0021]图2所述驱动模块2包括如图2
‑
2所述四个独立的驱动组件：驱动组件Ⅰ201、驱动组
的外壳分别与底座3上的弧形面Ⅰ3
‑
1、弧形面Ⅱ3
‑
2、弧形面Ⅲ3
‑
3和弧形面Ⅳ3
‑
4贴合起周向固定作用。
[0027]图3
‑
3所述柔性弹簧103采用3D打印制作，更换材料可获得不同刚度的柔性弹簧，达到不同的连续体的运动效果。
[0028]如图1
‑
图5所示，一种模块化的三自由度柔性连续体机器人结构，具体工作方式是：
[0029]在柔性弹簧103保持原长且竖直的初始状态本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种模块化的三自由度柔性连续体机器人结构，包括柔性连续体模块(1)、丝驱动模块(2)、底座(3)，其特征在于：所述丝驱动模块(2)上端与柔性连续体模块(1)相连，所述丝驱动模块(2)下端与底座(3)相连。2.根据权利要求1所述一种模块化的三自由度柔性连续体机器人结构，其特征在于：所述丝驱动模块(2)包括四个独立的且布局紧凑的驱动组件：驱动组件Ⅰ(201)、驱动组件Ⅱ(202)、驱动组件Ⅲ(203)、驱动组件Ⅳ(204)、固定架(205)，每个所述的驱动组件包括：直流减速电机Ⅰ(201
‑
1)、推动块Ⅰ(201
‑
2)、合金丝Ⅰ(201
‑
3)。所述固定架(205)上设有滑道Ⅰ(205
‑
1)、滑道Ⅱ(205
‑
2)、滑道Ⅲ(205
‑
3)与滑道Ⅳ(205
‑
4)，所述固定架(205)固连带有确定弧度的定位块Ⅰ(205
‑
5)、定位块Ⅱ(205
‑
6)、定位块Ⅲ(205
‑
7)、定位块Ⅳ(205
‑
8)、定位块
Ⅴ
(205
‑
9)和定位块
Ⅵ
(205
‑
10)，所述定位块Ⅱ(205
‑
6)分别与定位块Ⅰ(205
‑
5)、定位块Ⅲ(205
‑
7)成对贴合固定直流减速电机Ⅰ(201
‑
1)和直流减速电机Ⅳ(204
‑
1)，所述定位块
Ⅴ
(205
‑
9)分别与定位块Ⅳ(205
‑
8)、定位块
Ⅵ
(205
‑
10)成对贴合固定直流减速电机Ⅱ(202
‑
1)、直流减速电机Ⅲ(203
‑
1)，所述直流减速电机Ⅰ(201
‑
1)和直流减速电机Ⅳ(204
‑
1)的减速箱的下端面与定位块Ⅱ(205
‑
6)的上端面重合，所述直流减速电机Ⅱ(202
‑
1)、直流减速电机Ⅲ(203
‑
1)的减速箱的下端面与定位块
Ⅴ
(205
‑
9)的上端面重合，所述直流减速电机Ⅰ(201
‑
1)、直流减速电机Ⅱ(202
‑
1)、直流减速电机Ⅲ(203
‑
1)、直流减速电机Ⅳ(204
‑
1)的减速箱的上端面分别与滑道Ⅰ(205
‑
1)的下方端面重合以轴向固定。所述直流减速电机Ⅰ(201
‑
1)、直流减速电机Ⅱ(202
‑
1)、直流减速电机Ⅲ(203
‑
1)、直流减速电机Ⅳ(204
‑
1)的输出螺杆分别穿入推动块Ⅰ(201
‑
2)、推动块Ⅱ(202
‑
2)、推动块Ⅲ(203
‑
2)、推动块Ⅳ(204
‑
2)上的螺纹孔中，所述推动块Ⅰ(201
‑
2)、推动块Ⅱ(202
‑
2)、推动块Ⅲ(203
‑
2)、推动块Ⅳ(204
‑
2)分别套在滑道Ⅰ(205
‑
1)、滑道Ⅱ(205
‑
2)、滑道Ⅲ(205
‑
3)与滑道Ⅳ(205
‑
4)中，所述推动块Ⅰ(201
‑
2)、推动块Ⅱ(202
‑
2)、推动块Ⅲ(203
‑
2)、推动块Ⅳ(204
‑
2)尖端通过焊接分别与合金丝Ⅰ(201
‑
3)、合金丝Ⅱ(202
‑
3)、合金丝Ⅲ(203
‑
3)、合金丝Ⅳ(204
‑
3)的一端相连。3.根据权利要求1所述一种模块化的三自由度柔性连续体机器人结构，其特征在于：所述柔性连续体模块(1)包括：上端盖板(101)，所述上端盖板(101)上固连的异形夹块(101
‑
1)与夹具(102)组合固定柔性弹簧(103)的下端，所述上端盖板(101)上有通孔Ⅰ(101
‑
2)、通孔Ⅱ(101
‑
3)、通孔Ⅲ(101
‑
4)...

【专利技术属性】
技术研发人员：于慧君，檀兰兰，魏敦文，杨佳，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：