[发明专利]基于电磁绳索驱动的柔性连续型机器人

说明书

本发明属于机器人技术领域，涉及一种基于电磁绳索驱动的柔性连续型机器人。该机器人主要由外部支撑装置、柔性电磁驱动装置和力矩放大装置组成；柔性电磁驱动装置和力矩放大装置正交布置在外部支撑装置内，实现机器人在水平面内的任意角度的弯曲。本发明可以使得连续型机器人具备更高的运动自由度，提高对环境的适应能力，运动更为灵活；同时也使得连续型机器人具备更高的防碰撞能力，在缠绕时能够更紧密的贴合被缠绕目标。

技术领域

本发明属于机器人技术领域，涉及一种基于电磁绳索驱动的柔性连续型机器人，可用于复杂环境探测，障碍搜救以及太空垃圾等的缠绕抓捕等，主要应用在机器人、机械制造、医疗、航空航天等领域。

背景技术

现有的连续型机器人的驱动形式主要有气动、形状记忆合金、内嵌线缆的电机-绳索驱动以及电磁驱动。气动驱动能够实现更为柔软的结构形式，通过在单节连续型机器人腔内通入不同气压的气体，实现弯曲，可以使得连续型机器人具备更高的柔性，但同时气动形式需要庞大的气压驱动装置，实际应用不够方便和廉价。形状记忆合金具备结构形式简单，驱动控制方便等优势，形状记忆合金在不同的温度下会发生不同的变形，在两条形状记忆合金的配合下驱动机器人向前爬行，但是形状记忆合金驱动延迟较大，动作缓慢。内嵌线缆的电机-绳索驱动方式可以获得较为柔性的主体结构，通过电机带动绳索拉动机器人上的刚性盘使机器人上的一段发生弯曲，多节串联构成整体机器人，驱动电机也是常见的控制对象，同时电机所占用的空间也较小，但是在进行多节连续型机器人串联拼接时会不可避免的引入刚性段即电机所占空间部分，同时对电机进行换向控制时会产生较大振动，会对控制精度造成较大影响。电磁驱动具有振动小，驱动装置小等优势，通过电磁驱动装置之间的相吸和相斥驱动机器人向前蠕动，但其也有作用距离短，蠕动缓慢，柔性不足的特点。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种基于电磁绳索驱动的柔性连续型机器人。本发明主要包含四个方面内容，其一设计了一种新型的柔性电磁驱动装置，主要实现功能是将内置的驱动器柔性化；其二是设计了一种力矩放大装置，主要功能是将驱动装置的作用力矩放大；其三是设计了一种驱动装置正交布置的结构形式，主要功能是能够使机器人实现水平面内任意方向的弯曲；其四，设计分布式的驱动装置布置方式，提高单节机器人的弯曲自由度和弯曲形式，使机器人能够实现多方向弯曲和螺旋弯曲。

本发明的技术方案：

一种基于电磁绳索驱动的柔性连续型机器人，主要由外部支撑装置、柔性电磁驱动装置和力矩放大装置组成；所述的柔性电磁驱动装置和力矩放大装置正交布置在外部支撑装置内，实现机器人在水平面内的任意角度的弯曲；

所述的外部支撑装置，用于实现机器人的多方向弯曲，包括连接卡盘11、支撑弹簧12和悬挂支架13；所述的连接卡盘11上设有螺旋形槽，两连接卡盘11设在支撑弹簧12的两端，支撑弹簧12旋转插在连接卡盘11上的螺旋形槽中；所述的悬挂支架13用于连接支撑弹簧12和柔性电磁驱动装置的柔性弹簧式铁芯25；悬挂支架13上设有两个螺旋形槽，支撑弹簧12和柔性弹簧式铁芯25分别旋转插入悬挂支架13上的两个螺旋形槽中，支撑弹簧12和柔性弹簧式铁芯25通过多个悬挂支架13相互交错成为一体；

所述的柔性电磁驱动装置，包括局部放大器23、柔性弹簧式铁芯25和电磁绕组26；所述的局部放大器23为凸台结构，位于柔性弹簧式铁芯25的一端，与柔性弹簧式铁芯25一体成型；所述的电磁绕组26缠绕在柔性弹簧式铁芯25上；

所述的力矩放大装置，包括力矩支架21、滑轮22、衔铁24和细绳27；所述的力矩支架21的顶部设有螺旋孔28；所述的滑轮22有三个，其中两个滑轮22分别通过滑轮支架固定在力矩支架21两侧，分别位于上部和下部，滑轮支架与力矩支架21的侧面相垂直；另一个滑轮22通过滑轮支架固定在力矩支架21顶部，滑轮支架与力矩支架21在同一平面内；所述细绳27一端固定在力矩支架21下部的滑轮22右侧的力矩支架21上，依次穿过力矩支架21上部的滑轮22和力矩支架21顶部的滑轮22，另一端与衔铁24连接；