[发明专利]一种三自由度软机器人及其驱动方法

说明书

本发明公开了一种三自由度软机器人及其驱动方法。常规软机器人的伸长率受所用材料的轴向应变能力限制，不能实现长距离的延伸。本发明一种三自由度软机器人，包括移动组件和驱动组件。移动组件包括移动壳、基座、第一移动座、第二移动座、第三移动座、第四移动座、导向轴、第一滚筒和第二滚筒。驱动组件包括固定壳、换向阀、第一电机、第二电机、第三电机、第四电机、卷筒、第一溢流阀、第二溢流阀、气源和条状气管。本发明通过改变条状气管的释放量进行控制，能够实现移动组件横移、两向偏转三个自由度的控制。本发明对条状气管充气方式进行驱动，使得移动组件受到冲击或者磕碰时，能够较好的适应外界因素影响，不会产生损坏等。

技术领域

本发明属于软机器人技术领域，具体涉及一种三自由度软机器人及其驱动方法。

背景技术

机器人的使用已经成为工业生产和生活中不可或缺的产品，传统意义上的机器人主要是以刚性结构为主，但是其刚性结构材料导致它无法适应复杂的环境变化，这也使得它自身存在一些体型庞大，安全性低等缺点。随着人们越来越重视与非结构化环境的相互作用，机器人的运动必须变得不那么僵硬和固定。软体机器人具有良好的柔性，能够通过自身形变适应外部环境，能够在空间狭小的环境中进行作业，在救援、探测方面表现出广阔的应用前景。同时，软体机器人具有良好的生物兼容性，不会对生物组织造成伤害，逐渐受到医疗工作者的关注。软体机器人是新兴的研究领域，相关研究仍处于起步阶段。

软机器人中使用的执行器普遍由柔性材料制成，如硅树脂，软聚合物和水凝胶。常用的软致动器包括软气动执行器(SPA)，形状记忆聚合物，形状记忆合金执行器，流体纤维增强执行器，基于化学反应的执行器等。在这些方法中，SPA是最有前景的，因为它们易于制造，且制造效率高，成本低，重量轻。但SPA的位置精度和速度控制是具有挑战性的，而且许多SPA还存在另一个主要问题，它们的伸长率受所用材料的轴向应变能力限制，不能实现长距离的延伸。目前，已经提出了不同的致动方法来克服SPA的有限扩展能力。这些执行器主要设计应用于搜索和救援之中。它们普遍只能在预定义在一个或两个自由度的路径上移动。

发明内容

本发明的目的在于提供一种三自由度软机器人及其驱动方法。

本发明一种三自由度软机器人，包括移动组件和驱动组件。所述的移动组件包括移动壳、基座、第一移动座、第二移动座、第三移动座、第四移动座、导向轴、第一滚筒和第二滚筒。基座固定在移动壳内。所述的基座上支承有四个第一滚筒。四个第一滚筒沿基座中心轴线的周向均布。第一移动座、第二移动座、第三移动座、第四移动座均设置在基座上且沿基座中心轴线的周向均布。第一移动座、第二移动座、第三移动座、第四移动座上均支承有第二滚筒。四个第一滚筒与四个第二滚筒分别对齐。第一滚筒的轴线与对应第二滚筒的轴线相互平行。

所述的驱动组件包括固定壳、换向阀、第一电机、第二电机、第三电机、第四电机、卷筒、第一溢流阀、第二溢流阀、气源和条状气管。四根卷筒均支承在固定壳上，且与四根第二滚筒分别对应。四根卷筒由第一电机、第二电机、第三电机、第四电机分别驱动。条状气管的进气端安装有气嘴。四根条状气管的进气端均与固定壳固定，绕卷端分别缠绕在四根卷筒上。四根条状气管分别穿过对应的第一滚筒与第二滚筒之间的缝隙，并绕过对应的第二滚筒。所述第一溢流阀的进气口与气源的出气口连通。换向阀的进气口与气源的出气口连通，回气口与第二溢流阀的进气口连通，工作气口与四根条状气管上的气嘴均连通。

进一步地，所述的第一移动座、第二移动座、第三移动座、第四移动座均与基座构成滑动副。第一移动座、第二移动座、第三移动座、第四移动座的滑动方向与对应的第二滚筒的轴线方向垂直。基座上开设有与第一移动座、第二移动座、第三移动座、第四移动座分别对应的四个螺纹孔。四根调节螺栓分别穿过第一移动座、第二移动座、第三移动座、第四移动座，并与四个螺纹孔分别螺纹连接。四根调节螺栓的轴线与第一移动座、第二移动座、第三移动座、第四移动座的滑动方向分别平行。

进一步地，所述的第一电机、第二电机、第三电机、第四电机均固定在固定壳上，且输出轴与四根卷筒分别固定。