[发明专利]一种可重配置的主动柔性软体机械臂

说明书

本发明公开一种可重配置的主动柔性软体机械臂，涉及机器人技术领域，包括柔性机械臂本体，所述柔性机械臂本体包括弹性体结构和驱动测控模块，所述驱动测控模块安装于所述弹性体结构的上方；所述弹性体结构的顶部固定有安装板，所述安装板的上方设置有柔性连接件，用于与所述驱动测控模块连接。本发明在实现各段弹性机械臂驱动控制的同时，可以测得力与位置反馈，配合机器人控制器及相应控制算法，可实现较为精确力与位置混合控制；从而使该机器人同时具备被动柔性和主动柔性，使得机械臂在人机协作中能够执行更加复杂的任务，同时具备更加可靠的安全性。

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，特别是涉及一种可重配置的主动柔性软体机械臂。

背景技术

软体机器人指一类由柔性结构件组成的机械臂，在发生碰撞时可以通过自身的被动的弹性变形，避免产生较大的碰撞接触力从而避免伤害发生，具有本质上的安全性，相较传统工业机器人具有更高的安全性，更加适合人机协作、医疗操作等任务场景。

随着机器人技术的发展以及控制技术的日趋成熟，传统的工业机器人日趋成熟，常见工业机器人通常由驱动关节和连杆构成6～7自由度的串联型机械臂结构，其关节和连杆通常采用刚性结构件。传统工业机器人已经得到广泛应用，但在使用中通常需要严格的安全防护，以防止造成周围人与环境的碰撞伤害，因此只能在限定工作范围和工作对象的条件下运行，无法满足一些较为复杂任务场景需求，如人机协作任务或需要进行力控制的场景。

随着人机协作以及安全性需求的提出，协作型机器人得到了快速发展。目前市场上已有的协作型机械臂大多基于传统的串联刚性机械臂，通过对末端接触力进行检测或估计，实现主动的柔性控制以保证人机协同工作时的安全性，从而可以完成人机协作类型的任务，但是其机械本体是刚性的，其安全性主要依赖可靠的控制算法与软件设计，在人机协作时仍然具有与人体产生刚性碰撞的概率，一旦发生异常碰撞，仍会导致严重安全问题。

针对刚性机械臂的本质安全问题，已经提出了一些柔性机械臂，通过结构上的被动柔性，可实现本质上的安全性，一般这类机器被设计为多段软体结构或弹性结构相连的，一般具有超冗余的自由度，可以实现较为灵活的运动轨迹，又称为连续体机器人。目前已有的连续体机器人通常通过绳驱动进行位置控制，但由于缺乏力的检测与控制，无法对工作时的接触力进行主动控制，若用于人机协作场合，其安全性主要取决于机械结构材料的柔性，属于被动安全。缺乏对力的控制也导致其不能适应力和位置需要同时控制的任务场合。

例如，中国专利CN108393876A提出一种线驱动连续体机器人，用线拉动由虎克铰连接的机械臂；中国专利CN108237524A提出一种线驱动连续性型机器人，通过驱动线拉上下板铰链的关节块产生侧向弯曲或伸缩变形；中国专利CN108481307A提出一种面向大承载的连续型机器人，通过驱动绳驱动弹性机械臂，实现大力承载。中国专利CN108393876A提出一种线驱动连续体机器人，该机构实际机械臂部分为刚体，弯曲范围有限，中国专利CN108237524A提出一种线驱动连续性型机器人，其实际机械结构部分也为刚体，均不适于人机协作场合；中国专利CN108481307A提出一种面向大承载的连续型机器人，虽然能实现一些连续机器人的功能。已提出的连续体机器人中通常是固定结构和长度的，也均未提到力的检测与控制，不具备接触力控制能力，在使用中仍然有较多限制。

所提出的可重配置的主动柔性软体机械臂，通过模块化设计，可以实现机械臂长度的按需配置，同时结合刚性协作机器人主动柔顺控制和软体机器人的本体柔性特征，对人机协作任务中的安全性提供更加可靠保障，以解决现有技术中所存在的上述问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种可重配置的主动柔性软体机械臂，以解决上述现有技术存在的问题，在实现各段弹性机械臂驱动控制的同时，可以测得力与位置反馈，从而可实现较为精确的全闭环的力与位置控制；同时具备被动柔性和主动柔性，使得机械臂在人机协作中能够在可靠保证安全的前提下实现更多复杂的任务。