[发明专利]一种用于绳驱动机器人的变刚度控制装置

说明书

本发明公开了一种用于绳驱动机器人的变刚度控制装置，包括用于驱动活动关节运动的绳索，绳索具有第一连接端和第二连接端，在第一连接端和第二连接端之间串联有菱形伸缩机构，菱形伸缩机构具有驱动其收缩以向第一连接端和第二连接端之间施加拉力的弹簧。本发明采用驱动绳索中串联菱形伸缩机构的方式，通过绳索的拉力与弹簧的拉力控制菱形伸缩机构的伸缩状态，使绳驱动机器人的活动关节达到柔性控制。并利用菱形伸缩机构的力与位移具有非线性关系的特点，可以实现活动关节不同刚度级别的控制。

技术领域

本发明涉及机器人驱动控制技术，具体地说是一种用于绳驱动机器人的变刚度控制装置。

背景技术

近年来，随着新材料与快速加工制造技术的发展，软体机器人技术已成为机器人技术领域的研究热点。软体机器人技术涉及仿生学，软物质学和机器人学等学科，与传统的刚性机器人相比，具有多方面优势：在理论上具有无限多个自由度，不需要复杂的机构，易实现多功能性；能够通过变形更好地适应未知或复杂非结构化作业环境；与作业对象之间为柔性接触，能够操作形状复杂各异的物体，对自身与操作对象的损伤很小等，在物理辅助医疗康复、微创手术、复杂环境搜索与探测等方面具有广阔的应用前景。

然而，目前软体机器人通常以硅橡胶等柔性材料为主体，以牺牲机器人刚度为代价提高柔顺性。对于一些特殊的应用场合，纯软体机器人会带来末端震颤、抖动以及作用力小等问题，限制了软体机器人的应用范围。因此，刚度主动可变的软体机器人具有重要的研究意义。

绳驱动机器人是一种由绳索驱动运动平台运动的特殊的混联机构，由若干单自由度或多自由度绳驱动关节组成。绳驱动机器人具有轻量化，惯量小，承重能力强，柔顺性好等优点，因此非常适合应用于服务机器人，具有很高的研究价值。为了保证绳驱动服务机器人的安全性，绳驱动关节是需要变刚度控制的，现有技术中还未有控制绳驱动关节刚度的技术方案。

发明内容

本发明针对上述现有技术现状，而提供一种用于绳驱动机器人的变刚度控制装置，解决了绳驱动关节不易调节刚度的技术问题。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种用于绳驱动机器人的变刚度控制装置，包括用于驱动活动关节运动的绳索，绳索具有第一连接端和第二连接端，在第一连接端和第二连接端之间串联有菱形伸缩机构，菱形伸缩机构具有驱动其收缩以向第一连接端和第二连接端之间施加拉力的弹簧。

作为一种优化的技术方案，本发明还包括以下改进的技术方案。

上述的菱形伸缩机构包括两个控制菱形伸缩机构张开角度的第一刚性调节臂和第二刚性调节臂。弹簧包括向第一刚性调节臂施加拉力的第一拉簧和向第二刚性调节臂施加拉力的第二拉簧。

上述的菱形伸缩机构具有安装座，第一刚性调节臂和第二刚性调节臂转动设置在安装座上。第一拉簧的第一端和第二拉簧的第一端分别与安装座相连接，第一拉簧的第二端和第二拉簧的第二端分别与对应的第一刚性调节臂和第二刚性调节臂相连接。

上述的第一刚性调节臂、第二刚性调节臂和安装座通过第一销轴转动连接。

上述的第一刚性调节臂通过第二销轴与安装座转动连接。第二刚性调节臂通过第三销轴与安装座转动连接。

上述的菱形伸缩机构包括与第一刚性调节臂、第二刚性调节臂构成菱形结构的第三臂和第四臂，第三臂和第四臂是刚性臂或绳索段。

作为另一种优化的技术方案，本发明还包括以下改进的技术方案。

上述的菱形伸缩机构包括与第一刚性调节臂、第二刚性调节臂呈菱形排列的第三刚性调节臂和第四刚性调节臂。第一拉簧的两端分别与第一刚性调节臂的第一延伸部和第三刚性调节臂的第三延伸部相连接。第二拉簧的两端分别与第二刚性调节臂的第二延伸部和第四刚性调节臂的第四延伸部相连接。