[发明专利]一种可变刚度的同心轴机器人及其控制方法

说明书

本发明提供一种可变刚度的同心轴机器人及其控制方法，包括同心轴机器人、电机平台、电机和刚度改变辅助环，所描述同心轴机器人成天线结构，前端为钳手工作部分，后端链接电机驱动部分，所述电机传送平台在同心轴机器人后端，所述电机加载平台内部有两个电机空间，所述电机有两个；所述辅助环有若干，可灵活装卸在同心轴机器人外轴上，在需要提高刚度的部位增加刚度，使机器人在整体上呈现不一样的弯曲情况和形态；本发明提供一种可改变刚度的同心轴机器人设计方案，该机器人可以通过刚度变化实现不同形态进而实现特定曲线行进与方向转变。

技术领域

本发明属于同心轴连续体机器人领域，特别是涉及一种可变刚度的同心轴机器人及其控制方法。

背景技术

同心轴机器人是一种新型的连续体机器人，能够按预定曲线轨道进行传送和旋转，在医疗领域、地质勘探领域有着广泛应用。目前，同心轴机器人调节行径曲线是当下研究的热点，主要在于需要考虑当前姿态以及外界环境的情况，调整下一时刻的机器人姿态与行径曲线。但是，受限于原本同心轴机器人结构内部的受力约束以及外部环境，调整曲线时往往存在死区，尤其在机器人负载情况下，使得同心轴机器人无法按照预定曲线行进，所以需要改变局部刚度增大其调节范围。为了减少整机大小以及保证转动灵活性，往往通过电机整合齿轮装置后置，同时传动模块、驱动模块在后置位一体化设计。但是目前同心轴机器人在实际工作中仍然存在姿态死区，即限定起点终点位置后无法按预定曲线行进。一种直接的方法为增加同心轴机器人的节数，然而这样的方法会增加控制难度，提高成本，提高制造难度，同时也无法全面地进行姿态调整。本发明针对以上问题，提出一种可变刚度的同心轴机器人设计方案，通过辅助装置改变局部位置的刚度改变行进曲线，从而降低控制和制造难度，并提高转动范围。

发明内容

针以上问题，本发明提供一种可变刚度的同心轴机器人及控制方法，该机器人可以通过局部刚度变化进行行进曲线和姿态的调整。

本发明提供一种可变刚度的同心轴机器人，包括同心轴机器人机体、工作钳手、电机平台、传动电机、自旋电机和刚度改变辅助环，所述同心轴机器人机体成天线结构且天线结构两端分别为钳手工作部分前端和电机驱动部分后端，所述电机平台位于同心轴机器人的后端，所述电机共有两个分别为自旋电机和传动电机，两个电机串行地放置在平台内部，通过直接控制同心轴机器人的机体自旋与传动进而改变同心轴机器人机体姿态；所述刚度改变辅助环有若干个，所述辅助环成张紧结构，由锁链、弹簧以及电磁铁构成，通过接入辅助环供电插口，改变电压正负与大小，控制两电磁铁之间磁力方向以及强弱，进而实现辅助环松紧占比调整，不同松紧占比可改变所在位置刚度大小进而改变前进的角度方向，每一个辅助环调紧后最大调节为60度，随着前端顺时针自或逆时针自旋产生效果不同，百分百调紧相应辅助环并以控制同心轴方向旋转60度，其余辅助环百分百调紧后均可在前一基础上调节60度，其余角度旋转情况通过调节松紧程度实现，依靠后方自旋电机实现机体角度调整，进而实现在空间内的行进角度改变，依靠后方传动电机实现机体沿行进角度前进后退，进而实现行进曲线的改变。

作为本发明可变刚度的同心轴机器人进一步改进，所述同心轴机器人机体为七段同心轴机器人，在七段结构中共使用六个辅助环，分别为第一辅助环、第二辅助环、第三辅助环、第四辅助环、第五辅助环和第六辅助环。

作为本发明可变刚度的同心轴机器人进一步改进，所述刚度改变辅助环根据前期计算结果拆卸和安装，前期计算过程主要包括同心轴机器人机体预弯曲计算、预弯曲基础上安装辅助环位置及辅助环供给电压。

作为本发明可变刚度的同心轴机器人进一步改进，所述同心轴机器人机体及其机身部分使用PC-ABS材料制成，辅助环由ABSplus材料制成。

本发明提供一种可变刚度的同心轴机器人转向控制方法，具体步骤如下：

在前期计算的基础上，通过控制电机控制转向：控制同心轴机器人传送时，调节传动电机装置，控制传动装置速度和方向，实现同心轴机器人机体沿行进角度前进后退功能；