[发明专利]一种气动锁紧变刚度软体臂骨架结构及软体臂形机器人

说明书

本发明公开了一种关节气动锁紧型变刚度软体臂骨架结构及软体臂形机器人，旨在解决现在的软体臂型机器人在运动过程中刚度低下的不足。该发明包括若干个铰接单元，相邻两个铰接单元分别连接在一个万向节连接器上，所述铰接单元与万向节连接处之间设有锁紧模块，锁紧模块包括锁止环片和膨胀气囊；所述铰接单元包括两平行的主骨以及连接在两主骨间的交叉骨。本发明的关节气动锁紧型变刚度软体臂骨架结构将锁紧模块和万向节连接器组合，具有可变刚度能力，实现在软体臂内部的跟随运动，可内嵌在软体机器人内部，在不影响软体臂的运动下，能跟随软体臂实现共同运动。

技术领域

本发明涉及机器人领域，更具体地说，它涉及一种气动锁紧变刚度软体臂骨架结构及软体臂形机器人。

背景技术

自第一台工业机器人问世以来，已经历了大半个世纪，刚体机器人研究体系已经十分成熟，且在工业方面，机器人的应用得到了全面的发展和推广。随着人类生活品质的提高，希望机器人不仅能在工业方面得到运用，在日常生活中也能有实际的运用。但由于目前刚体机器人的交互性不强，且驱动方式大多为电机驱动，运动时会产生较大的惯性，在与外界环境接触时不可避免的会发生刚性碰撞，产生一定的危险。我们希望机器人能够和人、环境进行直接交互。这类机器人能在康复、协助老人、人机协作等方面有广泛的运用。因此，近年来科学家设计了各种软体触手型机器或连续触手型机器人来解决这一问题。软体触手型机器人由柔性材料制作而成，软体触手型机器人可实现很多刚性机器人不能实现的运动，如卷曲、扭转、伸展、柔性接触等操作。正是由于软体机器人的高柔性与无限自由度的特点，是牺牲其自身刚度换来的。也正是因为软体机器人自身刚度不足的原因使得，其在日常生活中很难得到运用。如何有效且快速的提高软体机器人的刚度一直是一个热门话题。亟需一种允许软体机器人能够实现快速高效的改变自身刚度从而提高其交互性，扩展其运用领域。

本发明设计的变刚度骨架能实现快速高效的改变软体机器人在运动过程中的刚度。

中国专利公告号CCN107263525A，名称为一种可用于外骨骼及步行机器人的变刚度绳驱动关节，该申请案公开了一种可用于外骨骼及步行机器人的变刚度绳驱动关节，包括骨架、驱动盘、传力绳、驱动绳与刚度调节机构。其中，骨架包括上骨架与下骨架；两者间通过转动轴相连形成转动副；驱动盘同轴套接于转动轴上，两者间形成转动副；驱动盘上缠绕有一根传力绳与两根驱动绳；传力绳两端分别连接刚度调节机构，由刚度调节机构调节上骨架与下骨架间的驱动刚度；两根驱动绳反向缠绕，一端固定于驱动盘上，另一端连接驱动组件，由驱动组件驱动两根驱动绳带动驱动盘的转动，通过传力绳转变为驱动力，驱动上下骨架间的相互转动。该结构通过绳体改变关节强度，这会影响在低刚度下的软体机械臂的自由度，限定了其使用范围。

发明内容

本发明克服了现在的软体臂型机器人在运动过程中刚度低下的不足，提供了关节气动锁紧型变刚度软体臂骨架，它能在未改刚度时对外部启动肌肉的运动影响可以忽略，在变刚度时不影响软体臂的实际运动状态。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种关节气动锁紧型变刚度软体臂骨架结构，包括若干个铰接单元，相邻两个铰接单元分别连接在一个万向节连接器上，所述铰接单元与万向节连接处之间设有锁紧模块，锁紧模块包括锁止环片和膨胀气囊；所述铰接单元包括两平行的主骨以及连接在两主骨间的交叉骨。

本发明为设置在软体机械臂内部的变刚度骨架。铰接单元设置在软体机械臂以内，通过万向节连接器连接。相邻铰接单元通过万向节连接器连接在一起，并设置单一铰接单元的长度较短，通过该方式，实现了未改刚度时对外部启动肌肉的运动影响可以忽略。当软体机械臂完成定位，需要其具有一定刚度以传递力时，锁紧模块工作，实现铰接单元与万向节之间的锁紧，通过若干个锁紧模块之间的配合，使得铰接单元之间维持当前的相对位置。由上文可知，铰接单元可能会承受来自各个方向的力矩和力，为了提高整体强度，设置了两主骨以及二者之间的交叉骨，该结构在各个方向均具有较高的强度。