【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及机器人，具体为一种可变刚度的刚柔软耦合连续臂。
技术介绍
1、传统刚性机器人历经半个多世纪发展，技术日趋成熟，传统刚性臂因其结构与材料特性，具有较高的精确性与可操控性，已实际应用在多种场合。但随着机器人的应用环境日益复杂，由工业拓展到医疗、勘探、服务等各行业，传统刚性机械臂暴露出来的人机交互安全性差，自由度低、对复杂环境适应性差等特性，局限了刚性机械臂的使用场景。而软体臂由于使用软体材料或柔性材料加工制作，由于自身材料的特性，具备传统刚性机器人无法具备的柔性、更高的灵活性、无损的操作性和人机交互安全性，且在受到一定程度的拉伸或挤压的情况下，仍能保持较好的工作性能，从而使其可以应用在许多特殊的场合。软体机器人的设计灵感来源于自然界中形态各异的软体动物或是软体器官，例如蠕虫、章鱼触手、象鼻、蛇身等。科学家从仿生学角度出发，研制了诸多基于软材料的仿生软体机器人，其中仿象鼻、仿章鱼手结构的臂式软体机器人，由于能实现高柔顺性和鲁棒性抓取和操作，值得进行深入的研究。但是，软体机器人也给设计、制造和控制带来了新的挑战。关键挑战之一是建模和控制软体机器人的运动和刚度，因为这一挑战，软体机器人一直无法在生活中得到广泛的应用。如何能够让软体机器人在不改变其高柔性和无限自由特点的同时可以快速的提高其刚度，这一直以来就是一个热门难题。
技术实现思路
1、本专利技术提供一种可变刚度的刚柔软耦合连续臂，解决了软体机器人在运动过程中刚度不足的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提供如
3、其中，所述柔性气动肌肉单元作为软体臂的驱动元件，所述气动肌肉驱动单元包括若干根气动肌肉并联而成，且所述气动肌肉通过设有的控制气道进行同步控制；
4、所述骨架整体通过设有的若干个相同的单关节模块拼接而成，单个的所述单关节模块包括肌肉套座、骨架模块中段以及刚度调控模块；所述刚度调控模块位于所述骨架模块中段前端位置，并被包裹在所述气动肌肉内侧，所述肌肉套座位于所述骨架模块中段四周位置，且若干所述气动肌肉两端分别与所述肌肉套座对应相连，并通过控制所述刚度调控模块，实现所述气动肌肉在运动状态中对刚度进行调节；
5、所述数据采集模块包括角度传感器，通过所述角度传感器监测指节的相对转动角度；
6、所述控制系统包括上位机、下位机以及气阀板，通过将设定的转动角度输入上位机软件中，上位机经过运算得到需要输入的气压差值，并通过can总线进行数据输送，发送给下位机，下位机连接着气阀板，控制气阀输出指定气压到气动肌肉发生相对转动到指定角度，同时通过霍尔传感器实时监测指节的相对转动角度，利用pid控制策略实时调整输入的气压值，实现系统的闭环反馈控制。
7、优选的，所述刚度调控模块包括四组骨架模块环锥、四个关节锁紧模块锥台和十字轴环，所述十字轴环作为所述刚度调控模块整体支架，四个所述关节锁紧模块锥台分别位于所述十字轴环四周，且四组所述骨架模块环锥分别对应位于所述十字轴环四周，所述骨架模块环锥内侧设有一环锥内锥面，所述环锥内锥面与所述关节锁紧模块锥台外壁转动相连。
8、优选的，所述关节锁紧模块锥台内部还设有一气囊膨胀模块，所述刚度调控模块的变刚度通过所述关节锁紧模块锥台、环锥内锥面以及气囊膨胀模块相互配合，所述气囊膨胀模块内的气囊膨出使所述关节锁紧模块锥台向上顶出，与所述环锥内锥面接触产生摩擦，通过控制气囊内部气压调节摩擦力的大小，进而调节变刚度。
9、优选的，所述骨架模块环锥顶部背面设有一角度传感器安装孔，所述角度传感器位于所述角度传感器安装孔内部，通过所述角度传感器获取两个指节相对转动角度。
10、优选的，所述角度传感器采用霍尔传感器。
11、优选的，所述关节锁紧模块锥台顶部设有一圆柱形的磁铁安装孔，所述磁铁安装孔内部设有一磁铁，通过所述磁铁为角度传感器提供所需要的磁场。
12、优选的，所述关节锁紧模块锥台外侧与所述十字轴环之间通过设有的轴承相连，减小摩擦。
13、优选的，所述角度传感器监测的数据通过设有的数采板输出信号。
14、与现有技术相比，本专利技术的有益效果：
15、1、本专利技术中设计的可变刚度刚柔软耦合连续臂能够实现快速高效的改变软体机器人在运动中的刚度，运动到精确的位置并保证人类的安全性。
16、2、本专利技术中连续臂的骨架在未变刚时对外部气动肌肉的运动没有任何的影响；骨架在变刚时不改变连续臂臂的实际运动状态，并且该变刚度的过程有效且高效。
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1.一种可变刚度的刚柔软耦合连续臂，其特征在于：包括柔性气动肌肉驱动单元、骨架整体、数据采集模块以及控制系统；
2.根据权利要求1所述的一种可变刚度的刚柔软耦合连续臂，其特征在于：所述刚度调控模块包括四组骨架模块环锥、四个关节锁紧模块锥台和十字轴环，所述十字轴环作为所述刚度调控模块整体支架，四个所述关节锁紧模块锥台分别位于所述十字轴环四周，且四组所述骨架模块环锥分别对应位于所述十字轴环四周，所述骨架模块环锥内侧设有一环锥内锥面，所述环锥内锥面与所述关节锁紧模块锥台外壁转动相连。
3.根据权利要求2所述的一种可变刚度的刚柔软耦合连续臂，其特征在于：所述关节锁紧模块锥台内部还设有一气囊膨胀模块，所述刚度调控模块的变刚度通过所述关节锁紧模块锥台、环锥内锥面以及气囊膨胀模块相互配合，所述气囊膨胀模块内的气囊膨出使所述关节锁紧模块锥台向上顶出，与所述环锥内锥面接触产生摩擦，通过控制气囊内部气压调节摩擦力的大小，进而调节变刚度。
4.根据权利要求3所述的一种可变刚度的刚柔软耦合连续臂，其特征在于：所述骨架模块环锥顶部背面设有一角度传感器安装孔，所述角度传感
5.根据权利要求4所述的一种可变刚度的刚柔软耦合连续臂，其特征在于：所述角度传感器采用霍尔传感器。
6.根据权利要求5所述的一种可变刚度的刚柔软耦合连续臂，其特征在于：所述关节锁紧模块锥台顶部设有一圆柱形的磁铁安装孔，所述磁铁安装孔内部设有一磁铁，通过所述磁铁为角度传感器提供所需要的磁场。
7.根据权利要求6所述的一种可变刚度的刚柔软耦合连续臂，其特征在于：所述关节锁紧模块锥台外侧与所述十字轴环之间通过设有的轴承相连。
8.根据权利要求7所述的一种可变刚度的刚柔软耦合连续臂，其特征在于：所述角度传感器监测的数据通过设有的数采板输出信号。
...【技术特征摘要】
1.一种可变刚度的刚柔软耦合连续臂，其特征在于：包括柔性气动肌肉驱动单元、骨架整体、数据采集模块以及控制系统；
2.根据权利要求1所述的一种可变刚度的刚柔软耦合连续臂，其特征在于：所述刚度调控模块包括四组骨架模块环锥、四个关节锁紧模块锥台和十字轴环，所述十字轴环作为所述刚度调控模块整体支架，四个所述关节锁紧模块锥台分别位于所述十字轴环四周，且四组所述骨架模块环锥分别对应位于所述十字轴环四周，所述骨架模块环锥内侧设有一环锥内锥面，所述环锥内锥面与所述关节锁紧模块锥台外壁转动相连。
3.根据权利要求2所述的一种可变刚度的刚柔软耦合连续臂，其特征在于：所述关节锁紧模块锥台内部还设有一气囊膨胀模块，所述刚度调控模块的变刚度通过所述关节锁紧模块锥台、环锥内锥面以及气囊膨胀模块相互配合，所述气囊膨胀模块内的气囊膨出使所述关节锁紧模块锥台向上顶出，与所述环锥内锥面接触产生摩擦，通过控制气囊内部气压调节摩擦力的大...
【专利技术属性】
技术研发人员：鲍官军，赵家东，王文彪，
申请(专利权)人：杭州闻名智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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