[发明专利]一种正向角度补偿的柔性机械臂

说明书

本发明公开了一种正向角度补偿的柔性机械臂。本发明柔性机械臂通过分节的柔性单元线性叠放，在使用时可以根据实际的需要选择叠放的节数来控制整个柔性机械臂的长度，长度调整设计非常简单；通过将每节柔性单元设计成由多个成环形排列的伸缩模块组成，各伸缩模块之间以及组成每个伸缩模块的四块等腰梯形片之间均铰接，从而可以根据需要设计多条牵引绳，在使用牵引绳控制柔性机械臂缩短时，可以通过控制不同牵引绳之间的工作实现柔性机械臂的不同部位伸缩长度不同，从而使得柔性机械臂可以向不同方向弯曲，而不局限于线性方向的伸缩。

技术领域

本发明涉及柔性机械臂的设计技术领域，特别是涉及一种正向角度补偿的柔性机械臂。

背景技术

折纸机器人是一种通过折纸技术研究制备的一种机器人，折纸机器人的灵感来源于日本的折纸技术，最初，科学家们通过研究通过折纸的方式，改变纸张形状的同时，又利用纸张的柔性和韧性，完成目标动作和指定任务，随后，越来越多的科学家都投入到了折纸机器人这一领域当中，但是，由于折纸机构的刚度较小，很难承受比较大的力和力矩。因此，折纸机器人很难实际应用。同时，折纸机器人的运动学模型，动力学模型都极其复杂，也由于折纸机器人的精度有限，因此，机器人的精确控制也难以得到保证。

比如，公开号为CN110394795A的发明申请公开了一种基于折纸理论的高收纳率自折叠气动软体机械臂，包括软体驱动器、上下端盖板及充气系统，所述的软体驱动器为类圆柱壳，两端与上下端盖板密封固定，内腔可充气，壳体为多层软体层合结构，由内向外依次是气密层、弹性层、限制层和热防护层。所述的软体驱动器壳体基于折纸理论设计拓扑形式，可实现轴向的大行程伸缩驱动，通过充气系统向内腔充气的方式驱动展开，通过内腔排气后弹性层弹性势能释放的方式实现自折叠。该装置还可包括约束索实现弯曲驱动。

再比如，公开号为CN112223259A的发明申请公开了一种基于折纸理论的高收纳率仿生气动软体蠕虫机器人，包括柔性驱动器、前后端盖板、气动足及充气系统。所述的柔性驱动器两端分别与前后端盖板粘接，通过充气系统向柔性驱动器充气的方式实现伸展，驱动前排气动足向前运动；通过抽气系统从柔性驱动器抽气的方式实现收缩，驱动后排气动足向前运动，从而实现轴向的大行程仿生爬行。所述的气动足通过气囊伸缩，调整合页连接件与地面的夹角，从而改变与地面的摩擦形式来实现单向运动。

上述现有技术中，折纸结构均是通过气动控制，只能进行简单的伸长和缩短，无法主动控制运动方向；并且折纸结构的设计长度是固定的，无法根据需要进行调整。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种基于折纸理论的正向角度补偿的柔性机械臂。

一种正向角度补偿的柔性机械臂，包括若干节线性叠放的柔性单元，以及用于驱动各柔性单元伸缩的驱动机构；

每节柔性单元包括多个成环形排列的伸缩模块，每个伸缩模块包括四块等腰梯形片，四块等腰梯形片侧面依次铰接形成四棱锥台结构的伸缩模块，每节柔性单元的多个伸缩模块环形排列时，四棱锥台结构的顶面朝向环形的内侧中心，四棱锥台结构的底面背离环形的内侧中心；

各节柔性单元中伸缩模块使用的等腰梯形片均为相同大小和形状，每节柔性单元中相邻伸缩模块之间通过相互贴靠的两块等腰梯形片的上底侧铰接；将等腰梯形片的高表示为h，上底为a，下底为b，每节柔性单元包括n个伸缩模块，则满足：

所述驱动机构包括：依次穿过各节柔性单元中的至少部分等腰梯形片、用于牵动柔性单元的至少一侧折叠缩短的牵引绳，以及位于最尾端的一节柔性单元的外侧、用于收放牵引绳的收放单元。