[发明专利]一种基于等容积变化原理的软体变刚度机器人

说明书

一种基于等容积变化原理的软体变刚度机器人，可充气外壳的两端分别设有圆形均匀分布的三个充气膨胀孔，在可充气外壳的两端的内部设有螺纹，前固定端和后固定端外壁设有螺纹，前固定端、后固定端分别与可充气外壳的两端通过螺纹连接，弯曲装置包括可充气外壳、防径向膨胀线圈和内圈隔离鞘，刚度调控装置由输电线圈、C形薄膜、可伸缩金属管、磁流变液组成，输电线圈的两端分别延伸至前固定端、后固定端的外部，C形薄膜嵌在可伸缩金属管内侧槽口内，磁流变液设在C形薄膜内部。本发明整体为柔性，实现机器人连续的刚度控制，通过控制电流的大小能够实现机器人的锁定，能够实现柔性和刚性之间的灵活调节，用于定位和固定物体等操作。

技术领域

本发明涉及一种变刚度机器人领域，特别是共融机器人领域。

背景技术

随着科技的发展，机器人在各个场合都有充分的运用，根据不同的工况需求，机器人可辅助进行搬运、分拣、定位、测量等一系列操作。相较于刚性机器人，柔性或软体机器人则有很多与众不同的优势，工作空间大，空间占有率小，能够变化多种不同的姿态。

德国的费斯托(FESTO)的专利CN201080057286.7公开了一种气力驱动的仿象鼻柔性机器人手臂，该手臂结构复杂，体积庞大，成本高，而且整体结构为半柔性，即关节处为柔性，其他地方为刚性。

陈松盛在2017年11月8日提出专利CN201711090873.6，该专利公开了一种基于万向节的柔性机械臂，包括有万向节、经万向节转动连接的前关节和后关节、控制前关节和后关节之间相对转角的动力单元，该机械臂结构原理较为简单，能够实现全向转动，但难以做到小型化，弯曲能力有限，而且无法调节刚度。

天津大学康荣杰提出专利CN201710386114.8，公开了一种基于机械锁定的丝牵引变刚度机构，该机构能够进行弯曲、刚度调节及锁定，其变刚度锁紧机构是以每个中间连接盘为机架，由滑动斜齿轮、弹簧、不完全齿轮等刚性连接件构成的单自由度机构，但是该发明无法进行拉伸，机构的连接件为刚性且体积较大，控制比较繁琐。

近年来，随着共融机器人的发展，对机器人的要求越来越多，特别是在人机协作时，为确保人的安全，需要机器人能够整体为柔性，刚度可控，可完成弯曲拉伸等一系列操作。

发明内容

本发明的目的是提供可弯曲和伸缩、刚度可控、能够自锁、满足共融机器人要求的基于等容积变化原理的软体变刚度机器人。

本发明主要包括前固定端、输电线圈、可充气外壳、防径向膨胀线圈、内圈隔离鞘、C形薄膜、可伸缩金属管、磁流变液、后固定端、充气膨胀孔和金属管。

其中，可充气外壳为中空的柱形壳体，可充气外壳使用模具成型后利用软体材料浇筑而成，接口处利用连接胶和密封胶连接。可充气外壳的两端分别设有圆形均匀分布的三个充气膨胀孔。在可充气外壳的两端的内部设有螺纹，前固定端与后固定端结构相同，前固定端与后固定端为圆柱体，在前固定端与后固定端中部设有径向通孔，前固定端和后固定端外壁设有螺纹，前固定端、后固定端分别与可充气外壳的两端通过螺纹连接。弯曲装置包括可充气外壳、防径向膨胀线圈和内圈隔离鞘。防径向膨胀线圈嵌在可充气外壳内部，内圈隔离鞘通过粘合与可充气外壳内表面连在一起，将内部的刚度调节装置外圈与充气外壳分隔开来。刚度调控装置由输电线圈、C形薄膜、可伸缩金属管、磁流变液组成。可伸缩金属管的主体部分由S形金属片卷制而成，可伸缩金属管的主体部分呈螺旋状，可伸缩金属管主体部分的两端分别固定连接带螺纹的金属管。输电线圈卡在可伸缩金属管S形口外侧、与磁流变液相邻的槽口内，输电线圈的两端分别延伸至前固定端、后固定端的外部。C形薄膜嵌在可伸缩金属管内侧槽口内，磁流变液设在C形薄膜内部。

优选的，可伸缩金属管内侧槽口是等容积变化的，弯曲装置在发生弯曲或伸缩变化时装有磁流变液的槽口的容积是不变的。

优选的，内圈隔离鞘由普通橡胶制成，可以有效的防止可充气外壳内部径向膨胀对变刚度装置的影响。