[发明专利]一种连续变刚度柔性机器人

说明书

本发明公开了一种连续变刚度柔性机器人，包括变刚度装置、安装固定装置和控制装置；变刚度装置包括第一波纹管、第二波纹管、第一磁体、第二磁体、第三磁体、第四磁体和磨砂铁球，第一磁体和第二磁体分别固定于第一波纹管两端的硬质管内，第一波纹管中部的软质波纹管内填充有若干磨砂铁球；第二波纹管固定于第一波纹管顶部，第三磁体和第四磁体分别固定于第二波纹管两端的硬质管内，第二波纹管中部的软质波纹管内也填充有若干磨砂铁球；本发明通过控制磁场强弱来改变磨砂铁球间的相互作用力，进而改变整体的刚度，达到变刚度的目的，机器人主体形状不会发生变化，而且具有原理简单、刚度可无级调控且刚度变化范围大，承载力大，弯曲性能好等优点。

技术领域

本发明涉及柔性机器人技术领域，特别是涉及一种连续变刚度柔性机器人。

背景技术

随着机器人技术的发展，软体机器人已经逐步进入我们的视野，相较于刚性机器人，软体机器人拥有着弯曲性能好，占地面积小，安全指数高等特点，但是现阶段的软体机器人都存在无法承受大载荷，控制精度差等问题。变刚度软体机器人的出现为解决这一问题提供了思路。

中国科学院宁波材料技术与工程研究所介绍了一种变刚度柔顺抓取装置(申请号201810616196.5)，该设计通过齿轮传动机构调整各个柔性机构支链的分布角度以调整变刚度柔性并联机构的刚度状态，能够连续地改变其开合运动方向上的夹持刚度，适应对不同形状、不同质量物体的夹持作业。但该发明整体结构为刚性，不具有软体机器人弯曲性能好，占地面积小等特点。

目前，申请号为201810414556.3的发明专利公开了一种空心玻璃微珠组成的软体机器人，包括堵头、形变套、开合弹性基体、支撑骨架、端封板、弹性阻隔板和收紧弹簧。该装置能够通过填充的空心玻璃微珠改变刚度，既能具有较大柔性，又能具有较大刚性。但该发明对空心玻璃微珠填充和削减方式实现困难，而且在填充过程中容易改变软体机器人原有的形状。

申请号为201810630451.1的发明专利公开了一种变刚度的柔性连续并联机器人。由动平台、柔性连续驱动器、定平台和组合致动器组成，除了具有并联机构较高的承载能力和定位精度以外，还具有柔性连续机器人固有的柔顺性和小质量，该发明通过连续体驱动材料进行扭转，可增强驱动支腿的刚度。但该发明体积较大，而且在改变刚度时并联机器人的主体会产生大变形，无法实现变刚度锁死的目的。

因而，提供一种改变刚度时机器人主体不会产生变形的软体机器人是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种连续变刚度柔性机器人，以解决上述现有技术存在的问题，该机器人在刚度变化时，机器人主体形状不会发生变化，而且具有原理简单、刚度可无级调控且刚度变化范围大，承载力大，弯曲性能好等优点，适合运用在人机协作中的精准控制和定位。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种连续变刚度柔性机器人，包括变刚度装置、安装固定装置和控制装置；

其中所述变刚度装置包括第一波纹管、第二波纹管、第一磁体、第二磁体、第三磁体、第四磁体和磨砂铁球，所述第一波纹管和所述第二波纹管的两端为硬质管段，中部为软质波纹管段，所述第一磁体和所述第二磁体分别固定于所述第一波纹管两端的硬质管内，且所述第一波纹管中部的软质波纹管内填充有若干所述磨砂铁球；所述第二波纹管通过一连接部固定于所述第一波纹管顶部，所述第三磁体和所述第四磁体分别固定于所述第二波纹管两端的硬质管内，且所述第二波纹管中部的软质波纹管内也填充有若干所述磨砂铁球；

所述安装固定装置能够将所述变刚度装置固定于指定工位；所述控制装置能够控制所述第一磁体、所述第二磁体、所述第三磁体和所述第四磁体的磁场。