【技术实现步骤摘要】
本专利技术设计连续机器人领域，尤其设计一种消除两自由度柔性铰链轴漂的方法。
技术介绍
1、受自然界象鼻、章鱼爪、蛇等软体结构的启发，研究人员研发了连续机器人，该类机器人整体结构为单一的细长型，功能多且应用广泛。在医疗领域，连续体机器人可以作为外科手术机器人，通过微创的方式进入人体内部，进行精准的切割、缝合、植入等操作。在工业领域，连续体机器人可以作为灵活的操作工具，通过弯曲和扭转的方式，完成各种复杂的装配、检测、维修等任务。在抓取应用上，相对传统离散型机器人，连续机器人可实现非结构化物体缠绕抓取，且对操作空间要求较小，适应能力强。
2、在缠绕抓取连续机器人的研究中还存在刚柔不协调、抓取模式简单、曲率不能自适应等问题，主要体现在如下方面：(1)连续机器人主干呈现弱刚性特点。主要原因为柔性铰链的非功能方向刚度低。这使得抓取方向单一，抓取时连续机器人接触刚度小，容易变形，整体的承载性能低，结构稳定性差；(2)缠绕模式过于简单。现有可抓取连续机器人多为平面内的圆周缠绕，这限制了连续机器人的承载及缠绕抓取能力。主要原因为柔性铰链只有一个旋转自由度。
3、专利号202311145090.9公开了一种零轴漂多交叉柔性铰链，利用在五个方向上所产生的轴漂相同，在刚性套环作用下，径向上的轴漂量相互抵消，转动端的理想转动中心不会改变，实现零轴漂。
4、专利号201810530245.3公开了一种零轴漂簧片式柔性铰链，利用下转动件与上转动件通过右交叉簧片组连接形成另一组柔性铰链体，两组柔性铰链体的理想转动中心轴同轴，
5、有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
1、为解决上述技术问题，本专利技术一种消除两自由度柔性铰链轴漂的方法依靠板簧和柔性杆的空间布置，以实现弯曲和扭转两个自由度，同时通过调整柔性部分与刚性部分的比例，使铰链在受弯矩时，铰链的转动中心位于铰链中心，实现零轴漂，可以改善传统连续机器人的工作空间和转动精度问题。
2、为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、一种两自由度柔性铰链，包括：柔性部分，刚性部分，静平台和动平台；其中，所述静平台与柔性部分固连，所述柔性部分包括前侧板簧、后侧板簧、左侧柔性杆和右侧柔性杆，所述刚性部分包括四个刚性块，四个刚性块分别与两块板簧和两根柔性杆固连，所述动平台与刚性部分固连。
4、优选地，所述一种两自由度柔性铰链，两块板簧相互平行且垂直于静平台，两根柔性杆异面且与静平台的夹角相等，其公垂线位于铰链中心。
5、优选地，所述的一种两自由度柔性铰链，两根柔性杆和两块板簧的空间布置方式共同限制了动平台三个方向的移动和垂直板簧方向的转动，使的动平台具有转动和扭转两个自由度。
6、本专利技术还公开了一种消除两自由度柔性铰链轴漂的方法，采用上述的柔性铰链进行刚性部分与柔性部分的比例调整，包括以下步骤：
7、将所述两自由度柔性铰链施加一个纯弯矩，将板簧和柔性杆受力和变形以参数的形式表达，以此得到所述两自由度柔性铰链的载荷方程、几何相容方程和载荷-位移方程，联立以上方程，在所述两自由度柔性零轴漂的条件下解方程，得到刚性部分与柔性部分的比例，来消除所述两自由度柔性的轴漂。
8、优选地，根据所述一种消除两自由度柔性铰链轴漂的方法，所述刚性部分与柔性部分的比例包括：刚性块与柔性杆的比例和刚性块与板簧的比例，两个刚性块与两根柔性杆的比例相等，两个刚性块与两块板簧的比例相等。
9、优选地，根据所述一种消除两自由度柔性铰链轴漂的方法，铰链的载荷方程采用下式：
10、
11、式中，α为板簧与柔性杆的夹角，θ为铰链的转角，f1，p1和n1为左侧柔性杆所受的力，f2，p2和m2为板簧所受的力，两块板簧受力相等，f3，p3和m3为右侧柔性杆所受的力。
12、优选地，根据所述一种消除两自由度柔性铰链轴漂的方法，铰链的几何相容方程采用下式：
13、
14、式中，δx1和δz1为左侧柔性杆的位移，δx2和δz2为两块板簧的位移，δx3和δz3为右侧柔性杆的位移。
15、优选地，根据所述一种消除两自由度柔性铰链轴漂的方法，铰链的载荷-位移方程采用下式：
16、
17、式中，i＝1，2，3，a1为左侧柔性杆与刚性块的比例，α2为板簧与刚性块的比例，两块板簧与刚性块的比例相等，a3为右侧柔性杆与刚性块的比例。
18、与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：本专利技术依靠板簧和柔性杆的空间布置，以实现弯曲和扭转两个自由度，同时通过调整柔性部分与刚性部分的比例，使铰链在受弯矩时，铰链的转动中心位于铰链中心，实现零轴漂，可以改善传统连续机器人的工作空间和转动精度问题。本专利技术具有高精度、结构简单、体积小等优点，非常适合在工业机器人领域、医疗机器人领域推广。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种两自由度柔性铰链，其特征在于，包括：柔性部分，刚性部分，静平台和动平台；其中，所述静平台与柔性部分固连，所述柔性部分包括前侧板簧、后侧板簧、左侧柔性杆和右侧柔性杆，所述刚性部分包括四个刚性块，四个刚性块分别与两块板簧和两根柔性杆固连，所述动平台与刚性部分固连。
2.根据权利要求1所述的一种两自由度柔性铰链，其特征在于，两块板簧相互平行且垂直于静平台，两根柔性杆异面且与静平台的夹角相等，其公垂线位于铰链中心。
3.根据专利要求1所述的一种两自由度柔性铰链，其特征在于：两根柔性杆和两块板簧的空间布置方式共同限制了动平台三个方向的移动和垂直板簧方向的转动，使的动平台具有转动和扭转两个自由度。
4.一种消除两自由度柔性铰链轴漂的方法，其特征在于，采用如权利要求1-3任一项所述的柔性铰链进行刚性部分与柔性部分的比例调整，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的一种消除两自由度柔性铰链轴漂的方法，其特征在于，所述刚性部分与柔性部分的比例包括：刚性块与柔性杆的比例和刚性块与板簧的比例，两个刚性块与两根柔性杆的比例相等，两个刚性块与两块板簧
6.根据权利要求4所述的一种消除两自由度柔性铰链轴漂的方法，其特征在于，铰链的载荷方程采用下式：
7.根据权利要求4所述的一种消除两自由度柔性铰链轴漂的方法，其特征在于，铰链的几何相容方程采用下式：
8.根据权利要求4所述的一种消除两自由度柔性铰链轴漂的方法，其特征在于，铰链的载荷-位移方程采用下式：
...【技术特征摘要】
1.一种两自由度柔性铰链，其特征在于，包括：柔性部分，刚性部分，静平台和动平台；其中，所述静平台与柔性部分固连，所述柔性部分包括前侧板簧、后侧板簧、左侧柔性杆和右侧柔性杆，所述刚性部分包括四个刚性块，四个刚性块分别与两块板簧和两根柔性杆固连，所述动平台与刚性部分固连。
2.根据权利要求1所述的一种两自由度柔性铰链，其特征在于，两块板簧相互平行且垂直于静平台，两根柔性杆异面且与静平台的夹角相等，其公垂线位于铰链中心。
3.根据专利要求1所述的一种两自由度柔性铰链，其特征在于：两根柔性杆和两块板簧的空间布置方式共同限制了动平台三个方向的移动和垂直板簧方向的转动，使的动平台具有转动和扭转两个自由度。
4.一种消除两自由度柔性铰链轴漂的方...
【专利技术属性】
技术研发人员：李守忠，匡新宇，李军利，张文龙，马冲，于天放，
申请(专利权)人：中国农业大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。