[发明专利]一种线驱动可同时伸缩和弯曲的柔性机器人

说明书

本发明公开了一种线驱动可同时伸缩和弯曲的柔性机器人系统。该机器人系统包括驱动模块基座1、电机2、滑轮3、滑轮4、驱动连接盘5、驱动顶部连接盘6、连接杆7、中部驱动模块8、圆盘9、圆盘10、圆盘11、柔性管12、中部柔性管13、柔性管14、绳索15、气眼钉16；本发明机器人具有局部弯曲和伸缩的功能，且伸缩顺序和长度灵活可控。本发明的机器人关节灵活性好，实现方式简便，可控力强。

技术领域

本发明涉及一种线驱动可同时伸缩和弯曲的柔性机器人，属于机器人技术领域，具体为机器人结构设计。

背景技术

当前，兼具伸缩弯曲的柔性机器人的结构方式主要分为两类：弹簧支撑式和同心管支撑式。弹簧支撑式柔性机器人的原理主要为：弹簧的被动柔性特性使得机器人通过柔性绳索或腱的牵引产生灵活弯曲和伸缩功能。弹簧支撑式柔性机器人的主要问题是：弹簧构成的机器人系统缺乏足够的稳定性和承载力。同心管支撑式柔性机器人的原理主要为：中部同心管通过简单的推拉驱动实现伸缩功能，而机器人的弯曲特性则通过带有通孔的圆盘与同心管固定，再由类柔性绳索装置牵引实现。这种机器人结构形式的问题在于：同心管的半径不可无限缩小，致使柔性机器人的局部伸缩功能有限；另外，圆盘大多固定在同心管外壁上，这就使得机器人空间尺寸增大，无法适应狭窄的非线性通道等环境。

核心参考文献：作者＝{Manas M.Tonapi,Isuru S.Godage and Ian D.Walker},论文题目＝{Next Generation Rope-like Robot for In-Space Inspection},期刊名称＝{2014IEEE Aerospace Conference},年份＝{2014},页码＝{1-13}。

发明内容

本发明提出一种线驱动可同时伸缩和弯曲的柔性机器人，具有该结构特征的机器人的模块之间位于同一平面内，在运动过程中可以实现三维空间内的运动，通过驱动改变柔性绳索的长度可使机器人实现兼具伸缩和弯曲功能。

这种线驱动可同时伸缩和弯曲的柔性机器人，包括驱动模块基座、电机、滑轮、滑轮、驱动连接盘、驱动顶部连接盘、连接杆、中部驱动模块、圆盘、圆盘、圆盘、柔性管、中部柔性管、柔性管、绳索、气眼钉；

这种线驱动可同时伸缩和弯曲的柔性机器人系统由操纵模块和驱动模块构成。操纵模块是由三个兼具弯曲伸缩的柔性套管关节组成，任意两个内外套管关节可以实现相对滑动且顺序可控。每个兼具弯曲伸缩模块包含柔性套管、带有均布孔的圆盘、气眼孔及柔性绳索。套管表面分布有圆形通孔与气眼钉固定连接，3根柔性绳索通过气眼孔和套管固定连接或贯穿以引起轴向移动，实现伸缩功能。内外柔性套管的圆盘固定连接在套管表面，且均匀分布；中部套管的圆盘只在分布在套管中部以减少系统总体尺寸。除底部套管外每个套管的顶部圆盘与柔性绳索固定连接，绳索穿过其余圆盘的通孔进行轴向运动，通过改变绳索长度实现关节弯曲功能。

驱动模块通过连接杆将基座和驱动连接盘固定连接。大小滑轮和驱动连接盘固定连接，并且均匀分布在连接盘底部。基座表面相应的均匀分布有6个电机，柔性绳索通过大小滑轮与电机连接，为机器人弯曲功能供电。其余3根柔性绳索穿过中部驱动模块，为机器人伸缩功能供电。

本发明的优点在于：

(1)相邻内外套管模块可实现灵活弯曲、局部伸缩可调控；

(2)可以通过增加或减少套管模块数量来实现该类多关节柔性机器人长度的调节；

(3)在非线性狭窄通道内使用时，该类机器人可以更好的逼近规划路径；

附图说明

图1是本发明的柔性机器人整体结构示意图；

图2是本发明的柔性机器人拉伸原理示意图；

图3是本发明的柔性机器人典型弯曲状态示意图；