[发明专利]一种线缆驱动的柔性机器人

说明书

本发明公开了一种线缆驱动的柔性机器人，该柔性机器人包括：空间柔性臂、控制箱及柔性表皮；所述空间柔性臂包括：弹性骨架、多个线缆及多个柔性臂模块；每个所述柔性臂模块包括多个固定板；所述多个固定板包括一个末端盘及多个间隔盘；所述末端盘通过多个所述线缆与所述控制箱连接；所述控制箱用于对所述线缆进行拉伸；所述柔性表皮设置于所述空间柔性臂的四周并与所述固定板的圆周面连接，用于保护空间柔性臂的内部结构。本发明所提供的线缆驱动的柔性机器人，通过柔性臂控制箱的驱动电机改变线缆的长度配置使柔性臂发生连续变形，从而改变末端的空间位置，实现末端精确控制，为柔性臂的末端安全抵达控制和在轨精细操作奠定基础。

技术领域

本发明涉及柔性机器人领域，具体涉及一种线缆驱动的柔性机器人。

背景技术

传统的空间机器人大多属于全刚体系统，采用“基座/平台+多自由度机械臂+机械手”的构型，但受机械臂长度和刚体灵活性的限制，操作时需要充分靠近目标，在执行失控卫星救助、轨道垃圾清理等目标捕获任务时灵活性较差，安全性不高、整体惯量较大、系统动态响应较差及在执行任务过程中能耗较高，为了弥补传统空间机器人存在的缺点，需要发展体积小、质量轻、操作灵活、柔顺性高、载荷比大、耗能少的空间柔性机器人。

柔性材料机器人包括基于线缆变长度、基于流体变压和基于智能材料变形等三种驱动方式。基于液体变压驱动的柔性机器人研究较少，技术成熟度低；气体变压力驱动的柔性机器人难以解决空间环境供气和温控等关键技术，且展开后难以收拢；智能材料驱动的柔性机器人依赖于外界物理场，存在温控难度大、驱动能力弱等问题，难以满足空间任务需求。而线缆变长度驱动的柔性机器人在航空、医疗等领域技术比较成熟，通过解决驱动系统的小型化和集成化问题，可具备一定的在轨应用条件。

发明内容

本发明的目的是提供一种线缆驱动的柔性机器人，以解决空间柔性机器人总体设计问题。

为达到上述目的，本发明提供了一种线缆驱动的柔性机器人，其包括：空间柔性臂和控制箱；所述空间柔性臂包括：一端固定在控制箱上的弹性骨架、多个线缆、柔性表皮及沿所述弹性骨架长度方向设置的多个柔性臂模块；每个所述柔性臂模块包括沿所述弹性骨架长度方向设置的多个固定板；所述多个固定板包括一个末端盘及多个设置于所述末端盘和所述控制箱之间的间隔盘；所述末端盘通过多个所述线缆与所述控制箱连接；所述线缆一端固定在所述末端盘上，另一端穿过所述末端盘与所述控制箱之间的固定板后与所述控制箱连接；所述控制箱用于对所述线缆进行拉伸；所述柔性表皮设置于所述空间柔性臂的四周并与所述固定板的圆周面连接，用于保护空间柔性臂的内部结构。

上述的线缆驱动的柔性机器人，其中，所述空间柔性臂包括5个所述柔性臂模块；每个所述柔性臂模块包括1个末端盘及9个间隔盘；每个末端盘由3个线缆驱动。

上述的线缆驱动的柔性机器人，其中，所述弹性骨架为碳纤维杆，所述线缆为钢丝绳，所述固定板为铝合金制成的圆盘。

上述的线缆驱动的柔性机器人，其中，所述固定板上设有一凸台，所述凸台上设有两个用于安装顶丝的小孔，所述顶丝用于将所述固定板固定在所述弹性骨架上。

上述的线缆驱动的柔性机器人，其中，所述固定板上设有多个用于布置线缆和弹性骨架的通孔，以及多个用于减轻圆盘质量的圆孔。

上述的线缆驱动的柔性机器人，其中，所述固定板等间距固连在所述弹性骨架上；所述多个线缆平行设置。

上述的线缆驱动的柔性机器人，其中，所述空间柔性臂上远离所述控制箱的一侧设置有用于深度测量的结构光手眼相机。

上述的线缆驱动的柔性机器人，其中，所述控制箱包括箱壳及设置于所述箱壳内的导向层和驱动层；所述导向层上设有多个与所述线缆一一对应的导向轮；所述驱动层上设有多个与所述线缆一一对应的伺服电机；所述伺服电机的输出端设有绕线盘；所述线缆穿过所述箱壳后经过所述导向轮牵引导向后缠绕在所述绕线盘上。