[发明专利]一种基于内外芯颗粒阻塞变刚度的蛇形臂机器人

说明书

本发明公开了一种基于内外芯颗粒阻塞变刚度的蛇形臂机器人，包括气动驱动装置、拉绳驱动装置、蛇形臂本体；蛇形臂本体包括均填充颗粒的内芯和包裹在内芯外的外芯；气动驱动装置能够分别改变内芯的内腔和外芯的内腔真空度；内芯径向外侧嵌有丝线，拉绳驱动装置通过单独拉动一根丝线实现蛇形臂的相应方向的转向。本发明利用粒子阻塞技术，通过对内、外芯的颗粒间隙分别控制进行刚度控制，通过控制丝线可实现机器人的转向和通过对内芯和外芯独立的刚度变化实现延伸。到达目标后，内芯外芯同时抽气至真空或负压，机器人可获得较大刚度。本发明的机器人变刚度响应速率快，驱动源少，刚度变化范围广，可在环境复杂、狭窄的条件下灵活作业。

技术领域

本发明涉及机器人领域，具体涉及一种变刚度的蛇形臂机器人。

背景技术

随着科学技术的不断发展，机器人在各个领域都得到了广泛的应用，蛇形机器人由于其具有稳定性好、灵活度高、环境适应性强等优点，蛇形臂机器人可以应用在飞机检修、核环境探测及空间狭窄的领域内，更是得到了人们的重视。

但是在空间比较狭小的环境内，尺寸较大的蛇形臂是难以顺利进入的。然而，若蛇形臂的尺寸过小，将会造成机器人的刚度不足，难以保证机器人的作业精度。刚度与柔顺性在蛇形机器人的设计制作上彰显的较为矛盾。

现有技术中一种采用通过增加刚性关节的数量来增加机器人的灵活性，但这将使驱动器不得不控制大量的电机，造成机器人控制难度大、精度较差、体积庞大等问题。这样往往以牺牲机器人的刚度来提升柔顺性，导致了机器人在实际工作中的刚度较低，难以有较大的载荷能力。另一种是采取较为柔软的材料来制作蛇形臂机器人，但是由于机器人的超冗余以及受力后产生的非线性形变，给机器人的控制精度与载荷能力带来了困难。

基于此问题，亟需一种可变刚度的蛇形臂机器人，其在柔软的时候可以实现连续性变形弯曲，并在弯曲后通过刚度变化机制以较大的刚度保持机器人的空间姿态，提升机器人的作业能力。

发明内容

本发明的目的是提供一种灵活性强、刚度变化范围广的基于内外芯颗粒阻塞变刚度的蛇形臂机器人，以解决技术中的上述不足之处。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于内外芯颗粒阻塞变刚度的蛇形臂机器人，包括气动驱动装置、拉绳驱动装置、蛇形臂本体；

所述蛇形臂本体包括内芯和包裹在所述内芯外的外芯；

所述内芯的内腔和所述外芯的内腔均填充有颗粒；

所述气动驱动装置能够分别改变所述内芯的内腔和所述外芯的真空度；

所述内芯径向外侧固定有三根丝线，所述丝线与所述拉绳驱动装置连接；

所述拉绳驱动装置的拉绳部件通过拉动所述丝线实现所述蛇形臂的相应方向的转向；

所述拉绳驱动装置的位移驱动部件通过分别驱动所述内芯和所述外芯运动实现所述蛇形臂的延伸；

所述丝线的固定端与所述内芯连接，所述丝线的自由端与所述拉绳驱动装置连接；

所述固定端位于所述内芯的头部；所述拉绳驱动装置靠近所述内芯的尾部；

所述拉绳部件包括与所述丝线数量对应的绕线轮盘和驱动对应的所述绕线轮盘转动的电机；

所述丝线与所述绕线轮盘对应连接；所述电机通过带动所述绕线轮盘转动完成对相应的所述丝线的收放。

进一步的，所述内芯具有由内软体薄膜围成的第一内腔，所述内软体薄膜上设有第一抽真空通道；

所述气动驱动装置与所述第一抽真空通道相连通并能够将所述第一内腔的气体抽出，使所述第一内腔形成真空或负压。