一种新型生长型柔性机器人制造技术

技术编号：40027390 阅读：14 留言：0更新日期：2024-01-16 17:42

本发明专利技术提供一种新型生长型柔性机器人，包括支撑架装置、气体驱动装置、绳索驱动装置、机械臂装置和网状手爪装置。其中气体驱动装置通过输出正气压控制机械臂装置刚度，绳索驱动装置通过丝杠机构控制机械臂装置姿态，该机械臂装置具备类似蚯蚓的伸长与缩短特性，增大了机械臂装置的运动空间，展现出运动范围大，运动灵活性高的优良特性。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及软体机器人与柔性机械臂，具体而言，尤其涉及一种新型生长型柔性机器人。

技术介绍

1、随着“机器人+”时代的即将到来，机器人面临的作业环境变得更加非结构化，面临的工作任务也变得更加多元化，此外，智能制造背景下“人-机-环境”共融的作业需求对机器人技术提出了运动灵活性和交互安全性的发展要求。传统的工业机械臂结构一般由几段刚性结构和关节组成，关节的数量决定了机械臂的自由度大小，但在面向一些多障碍物的非结构化环境下非合作目标的自适应性操作时，传统的刚性关节型机械臂及其携带的刚性机械手爪难以发挥自身的结构特点与性能优势，无法适用于此类作业场景。采用大量软体材料和柔性结构的柔性机械臂可以作为一个更好的解决方案，可以很好地契合这种非结构化环境下非合作目标的抓持作业需求。

2、柔性机械臂的作业形式灵活多样，既可以像传统机器人一样搭载末端执行器来对目标对象进行抓持与操作，又可以充分利用自身结构的可变性和高弹性来卷取目标物体，柔性机械臂属于机器人
近年来新兴的一个重要分支，其构型设计、运动建模、力学解析以及传感控制等理论与技术研究得到了快速发展。生长型柔性机器人以其优秀的收缩比、良好的柔顺性、灵巧性以及在空间受限、障碍较多的非结构化环境作业的优良适应性受到了广泛关注。

3、在此基础上，本专利技术重点面向非结构化环境下非合作目标自适应交互的发展需求，借鉴并解析了自然界中动植物捕食的行为机理，提出了具备大工作空间、高灵活运动、适应性能强的连续型柔性机器人(本专利技术定义为生长型柔性机器人)。

技术实现思路

1、根据上述提出的技术问题，而提供一种新型生长型柔性机器人。本专利技术结构新颖，操作方便，其具有动作灵活，运动空间大，环境适应性强等优点。

2、本专利技术采用的技术手段如下：

3、一种新型生长型柔性机器人，包括：支撑架装置、气体驱动装置、绳索驱动装置、机械臂装置和网状手爪装置，所述气体驱动装置和绳索驱动装置安装在支撑架装置上，为机器人整体提供动力供给；所述气体驱动装置与机械臂装置相连，用于输出高气压控制机械臂装置刚度；所述机械臂装置滑动连接在支撑架装置上，所述网状手爪装置连接在机械臂装置上，所述绳索驱动装置包括丝杠机构以及与丝杠机构相连的绳索，该绳索与机械臂装置相连，通过丝杠机构控制机械臂装置姿态与网状手爪装置开闭，通过控制气体驱动装置的输出气压与绳索驱动装置的绳索位移实现机械臂装置的多姿态变换。

4、进一步地，所述支撑架装置包括主体框架以及与主体框架滑动连接的移动滑框，所述气体驱动装置和绳索驱动装置安装于主体框架之内，所述机械臂装置安装在移动滑框上，所述主体框架和移动滑框均由铝合金型材经螺栓连接制成，所述移动滑框与主体框架的滑动通过之间配合的滑槽完成。

5、进一步地，所述气体驱动装置包括第一安装架、空压机和比例阀，所述空压机和比例阀均安装在第一安装架内部，所述第一安装架安装于支撑架装置的主体框架内，所述空压机与比例阀相连，所述比例阀与机械臂装置的气囊通过气管相连，所述空压机所输出的正气压由比例阀中转后可自行设置输出气压大小，控制机械臂装置整体刚度。

6、进一步地，所述绳索驱动装置还包括第二安装架和鲍登线，所述第二安装架安装于支撑架装置的主体框架内，所述丝杠机构设有十个，其中九个丝杠机构分三行三列安装于第二安装架内，另有一个丝杠机构安装在气体驱动装置的第一安装架内部上侧，所述丝杠机构与所述鲍登线相连，所述鲍登线内部的绳索与机械臂装置和网状手爪装置的绳索相连，由丝杠机构进行驱动。

7、进一步地，所述机械臂装置包括中心弹性体、安装板以及三个结构相同的运动关节，三个运动关节分别为运动关节ⅰ、运动关节ⅱ与运动关节ⅲ，所述运动关节ⅰ的左侧安装在安装板上，右侧与运动关节ⅱ与运动关节ⅲ依次首尾串联连接，所述中心弹性体从右至左贯穿三个运动关节且延伸出安装板，所述安装板滑动安装在支撑架装置的移动滑框上；所述网状手爪装置连接在运动关节ⅲ的右端。

8、进一步地，每个运动关节包括膨胀气囊、绳索、导线盘、固定盘和运动盘，每个运动关节的两端各设置一组同轴安装在中心弹性体上的固定盘和运动盘，相邻两个运动关节之间共用一组固定盘和运动盘，每组中的固定盘和运动盘固连且固定盘位于运动盘的左侧，所述运动关节ⅰ的左侧固定盘连接在安装板上；

9、每个运动关节的左侧运动盘和右侧固定盘之间还等距设置有多个导线盘，左侧运动盘和左侧导线盘之间、相邻两个导线盘之间、右侧导线盘和右侧固定盘之间均安装有膨胀气囊，通过膨胀气囊的膨胀驱动导线盘和运动盘沿中心弹性体向前移动，三个绳索布置在运动关节的外围，每个导线盘、固定盘和运动盘的圆周方向上各开有三个绳孔，用于绳索穿过，通过三根绳索的协同驱动，实现单个运动关节模块的弯曲运动；两个导线盘起到绳索的导向作用，避免运动关节转向角度过大时绳索与膨胀气囊之间发生运动干涉；所述膨胀气囊与气体驱动装置的比例阀相连。

10、进一步地，所述固定盘、导线盘和运动盘均通过直线轴承安装在中心弹性体上，在中心弹性体上进行滑动。

11、进一步地，相邻两个运动关节连接处的固定盘和运动盘之间通过螺栓连接；相邻两个运动关节连接处的运动盘和固定盘的中间布置有止动气囊，当关节连接处运动到目标位置时，通过止动气囊的膨胀使关节连接处不再沿着中心弹性体滑动；所述止动气囊与气体驱动装置的比例阀相连。

12、进一步地，还包括导线管，所述运动盘、固定盘和导线盘的中心均开设有同轴通孔，用于运动关节的导线管与膨胀气囊的气管通过；单个运动关节的绳索通过导线管实现绳索驱动装置与运动关节之间的远程驱动，导线管的一端安装在驱动器上，另一端安装在运动关节的上一级运动盘上，其中，运动关节ⅱ的导线管另一端安装在运动关节ⅰ的右侧运动盘上，运动关节ⅲ的导线管另一端安装在运动关节ⅱ的右侧运动盘上；绳索从导线管中穿出后，沿着安装在右侧运动盘上的带槽轴承以及安装在右侧固定盘上的带槽轴承进行导向，然后从右侧固定盘的绳孔中穿出，依次穿过多个导线盘中对应的绳孔，直至与运动关节中的左侧运动盘相固连。

13、进一步地，所述三个运动关节的结构组成、绳索布局以及驱动原理完全相同，其中，运动关节ⅰ的左侧固定盘与安装板进行适配连接，运动关节ⅲ的右侧运动盘与网状手爪装置进行适配连接。

14、较现有技术相比，本专利技术具有以下优点：

15、1、相比于常规的连续体机械臂，本专利技术的柔性机器人具备向前伸长的特性，极大程度的，增大了机械臂的运动空间，展现出了运动范围大，运动灵活性高的优良特性。

16、2、为实现生长型捕获机器人的运动灵巧性需求，本专利技术对柔性机器人进行轻量化设计，采用气驱绳控的驱动布局方式，通过气囊控制机械臂的伸长，通过绳索控制机械臂的弯曲方向，多个驱动器各司其职，运动控制较为简单，且绳索的变形小，控制精度较高。

17、3、本专利技术所公开的生长型柔性机器人收缩比大，初始状态下，生长型柔性机器人处于收缩状态，使生长型柔性机器人的结本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种新型生长型柔性机器人，其特征在于，包括：支撑架装置(1)、气体驱动装置(2)、绳索驱动装置(3)、机械臂装置(4)和网状手爪装置(5)，所述气体驱动装置(2)和绳索驱动装置(3)安装在支撑架装置(1)上，为机器人整体提供动力供给；所述气体驱动装置(2)与机械臂装置(4)相连，用于输出高气压控制机械臂装置(4)刚度；所述机械臂装置(4)滑动连接在支撑架装置(1)上，所述网状手爪装置(5)连接在机械臂装置(4)上，所述绳索驱动装置(3)包括丝杠机构(32)以及与丝杠机构(32)相连的绳索，该绳索与机械臂装置(4)相连，通过丝杠机构(32)控制机械臂装置(4)姿态与网状手爪装置(5)开闭，通过控制气体驱动装置(2)的输出气压与绳索驱动装置(3)的绳索位移实现机械臂装置(4)的多姿态变换。

2.根据权利要求1所述的新型生长型柔性机器人，其特征在于，所述支撑架装置(1)包括主体框架(11)以及与主体框架(11)滑动连接的移动滑框(12)，所述气体驱动装置(2)和绳索驱动装置(3)安装于主体框架(11)之内，所述机械臂装置(4)安装在移动滑框(12)上，所述主体框架(11

3.根据权利要求1所述的新型生长型柔性机器人，其特征在于，所述气体驱动装置(2)包括第一安装架(21)、空压机(22)和比例阀(23)，所述空压机(22)和比例阀(23)均安装在第一安装架(21)内部，所述第一安装架(21)安装于支撑架装置(1)的主体框架(11)内，所述空压机(22)与比例阀(23)相连，所述比例阀(23)与机械臂装置(4)的气囊通过气管相连，所述空压机(22)所输出的正气压由比例阀(23)中转后可自行设置输出气压大小，控制机械臂装置(4)整体刚度。

4.根据权利要求1所述的新型生长型柔性机器人，其特征在于，所述绳索驱动装置(3)还包括第二安装架(31)和鲍登线(33)，所述第二安装架(31)安装于支撑架装置(1)的主体框架(11)内，所述丝杠机构(32)设有十个，其中九个丝杠机构(32)分三行三列安装于第二安装架(31)内，另有一个丝杠机构(32)安装在气体驱动装置(2)的第一安装架(21)内部上侧，所述丝杠机构(32)与所述鲍登线(33)相连，所述鲍登线(33)内部的绳索与机械臂装置(4)和网状手爪装置(5)的绳索(44)相连，由丝杠机构(32)进行驱动。

5.根据权利要求1所述的新型生长型柔性机器人，其特征在于，所述机械臂装置(4)包括中心弹性体(41)、安装板(42)以及三个结构相同的运动关节，三个运动关节分别为运动关节Ⅰ、运动关节Ⅱ与运动关节Ⅲ，所述运动关节Ⅰ的左侧安装在安装板(42)上，右侧与运动关节Ⅱ与运动关节Ⅲ依次首尾串联连接，所述中心弹性体(41)从右至左贯穿三个运动关节且延伸出安装板(42)，所述安装板(42)滑动安装在支撑架装置(1)的移动滑框(12)上；所述网状手爪装置(5)连接在运动关节Ⅲ的右端。

6.根据权利要求5所述的新型生长型柔性机器人，其特征在于，每个运动关节包括膨胀气囊(43)、绳索(44)、导线盘(46)、固定盘(47)和运动盘(49)，每个运动关节的两端各设置一组同轴安装在中心弹性体(41)上的固定盘(47)和运动盘(49)，相邻两个运动关节之间共用一组固定盘(47)和运动盘(49)，每组中的固定盘(47)和运动盘(49)固连且固定盘(47)位于运动盘(49)的左侧，所述运动关节Ⅰ的左侧固定盘(47)连接在安装板(42)上；

7.根据权利要求6所述的新型生长型柔性机器人，其特征在于，所述固定盘(47)、导线盘(46)和运动盘(49)均通过直线轴承(412)安装在中心弹性体(41)上，在中心弹性体(41)上进行滑动。

8.根据权利要求6所述的新型生长型柔性机器人，其特征在于，相邻两个运动关节连接处的固定盘(47)和运动盘(49)之间通过螺栓(48)连接；相邻两个运动关节连接处的运动盘(49)和固定盘(47)的中间布置有止动气囊(410)，当关节连接处运动到目标位置时，通过止动气囊(410)的膨胀使关节连接处不再沿着中心弹性体(41)滑动；所述止动气囊(410)与气体驱动装置(2)的比例阀(23)相连。

9.根据权利要求6所述的新型生长型柔性机器人，其特征在于，还包括导线管(45)，所述运动盘(49)、固定盘(47)和导线盘(46)的中心均开设有同轴通孔，用于运动关节的导线管(45)与膨胀气囊(43)的气管通过；单个运动关节的绳索(44)通过导线管(45)实现绳索驱动装置(3)与运动关...

【技术特征摘要】

2.根据权利要求1所述的新型生长型柔性机器人，其特征在于，所述支撑架装置(1)包括主体框架(11)以及与主体框架(11)滑动连接的移动滑框(12)，所述气体驱动装置(2)和绳索驱动装置(3)安装于主体框架(11)之内，所述机械臂装置(4)安装在移动滑框(12)上，所述主体框架(11)和移动滑框(12)均由铝合金型材经螺栓(48)连接制成，所述移动滑框(12)与主体框架(11)的滑动通过之间配合的滑槽实现。

5.根据权利要求1所述的新型生长型柔性机器人，其特征在于，所述机械臂装置(4)包括中心弹性体(41)、安装板(42)以及三个结构相同的运动关节，三个运动关节分别为运动关节ⅰ、运动关节ⅱ与运动关节ⅲ，所述运动关节ⅰ的左侧安装在安装板(42)上...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈新博，赵无眠，张帅，朱坤明，何逢春，宋佳逸，姚建涛，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：

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