[发明专利]一种具有刚度保持的半软体机器人模块及半软体机器人

说明书

本发明提出一种具有刚度保持的半软体机器人模块及半软体机器人，该模块主要包括：左气囊、中气囊、右气囊、纤维织物网、拉环、前曲柄、后曲柄、前连接轴、后连接轴、前摇杆、后摇杆、滑动轴、保护鳞。半软体机器人主要由左一气囊、左二气囊、左三气囊、左四气囊、中一气囊、右一气囊、左一模、左二模块、中一模块、中二模块、中三模块、右一模块、右二模块和右三模块组成，本发明结合了软体机器人与曲柄滑块机构的自锁特性，使得其在变形后具有较高的刚度，具有抵抗回复力的能力；通过多个模块组合可以形成多种形状的半软体机器人。本发明刚度变化是由于机械装置自动完成的，弯曲后刚度自然提高，伸直后恢复柔性状态，极大地增大了控制的简便性。

技术领域

本发明涉及一种具有刚度保持的半软体机器人模块及基于该模块的半软体机器人，属于软体机器人领域。

背景技术

软体机器人是柔性机器人的一种，它的模型大多来自于自然界的软体生物，如机器蛇、海洋水生动物机器人等。而其最突出的特点在于机器本体材料的选择主要是柔性的材料，而不是传统的刚性连接器和外壳。软体机器人相比刚性机器人有很多优势，它可以更好适应各种环境，受到外界冲击后也不会产生大的伤害，在空间狭小、非结构下的环境下都可以完成复杂的任务，例如医疗、军事及探测领域。另外，其材料可以用3D打印等方式来生产，成本也比刚性机器人要低得多。

但是软体机器人也存在着一些不足，软体机器人的定义决定了其制造材料必须是高弹性和低模量的柔软弹性体。同时，软体机器人的致动原理多为气动、电磁致动和电致聚合物等致动方式，这些致动方式与液压、电动推杆等刚性制动方式相比柔性较大。这些因素使得软体机器人在外力的作用下刚度较低，难以维持对应的形状。因此如何提高软体机器人的刚度一直是软体机器人领域的一个关键问题。

因为软体机器人的柔顺性与刚度存在着一定的矛盾，提升刚度意味着软体机器人的变形能力会受到削弱，因此传统提升软体机器人刚度的方法多通过刚度可变的方法，如申请号：201610339815.1，201711363921.4和201410406261.3所述的方法。其原理是在软体机器人需要承受外力时增加软体机器人刚度，而需要变形时再降低其刚度，这种方法需要在软体机器人上面增加用于驱动刚性变化的模块或结构，无疑增加了软体机器人的复杂性以及控制难度。

发明内容

本发明提出了一种具有刚度保持的半软体机器人模块及基于该模块的一种具有刚度保持的半软体机器人，该半软体机器人模块将气动软体机器人与曲柄-摇杆-滑块机构相结合。在该模块充气进入弯曲状态时，曲柄抬起并使滑块进入机械自锁的位置，气动软体结构在充气下的变形进一步增强了机械的自锁效应。使得该模块在变形后具有抵抗回复力的刚性。将多个上述模块按照一定排列进行组合，构成了一种软体机器人结构。将多个上述软体机器人结构组合，构成一个具有刚度保持的半软体抓取装置。除此之外，本发明通过增加辅助气囊进一步增强了半软体机器人模块的机械自锁特性。