[发明专利]一种新型气线耦合结构的软体机器人

说明书

本发明提供一种新型气线耦合结构的软体机器人，所述软体机器人的主体包括线驱动单元、气驱动单元和耦合单元；其中，所述线驱动单元的几何结构呈锥形，其尾部预留预定长度的驱动线以连接动力系统；所述气驱动单元包括气动关节，所述气动关节采用折纸结构，并在上下表面开设第一通孔以实现通气以及线驱动单元的走线；所述耦合单元包括多个耦合关节，用于实现所述线驱动单元与所述气驱动单元的耦合。本发明结合两种驱动方式的优势，具有弯曲性能优、重量小、空间占用小的优点，极大优化了软体机器人整体的内部驱动结构和弯曲性能。

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种新型气线耦合结构的软体机器人。

背景技术

随着机器人运用领域持续扩大，医疗保健、复杂地形勘探等特殊领域对机器人的柔顺性提出了更加严苛的要求。近几年，软体机器人的出现解决了传统机器人在特定应用环境下的不足，凭借其不受约束的自由度、优良的变形效果、相对简单的控制等特点，在工业制造、医疗设备、航空航天等领域得到了广泛应用。

线驱动软体机器人凭借容易实现精准控制，受到各个机构的广泛关注。蒋万里等[蒋万里,唐斌,张平.线驱动柔性臂捕获装置的多体动力学特性分析[J].现代制造技术与装备,2021,57(07):28-29]以线驱动柔性机械臂捕获装置为研究对象，提出一种多柔体动力学建模方法，该模型能够较好地模拟线驱动柔性机械臂的运动轨迹和整体变形状态，捕获效果较好。盛林等[Sheng L,Bi C.AWire-Driven Soft Manipulator Based onFlexible Curved Beam Joints[J].Procedia Computer Science,2020,166:434-437]提出了一种基于柔性弯梁关节的钢丝绳驱动机械手，机械手臂由柔性弯梁节点组成，使用四根导线控制手臂的弯曲角度。线驱动方式反应速度快、控制精确，且排布灵活，几何空间占用少，可以使质量较大的驱动器(电机)远离末端执行机构，通过合理的排布，达到减轻末端执行器惯量、提升动态性能的目的。但是，采用单一线驱动方式驱动的软体机器人难以实现伸缩功能，使其应用场景受到限制。

气驱动方式则弥补了这一不足，使机器人具备伸缩功能。秦超等[秦超.基于气驱动的柔性手部功能康复机器人研究[D].哈尔滨工业大学,2021]设计一款基于气驱动的柔性手功能康复机器人，利用气驱动的伸缩功能，提高患者手部的康复训练效果。Hosovsky等[A.Hosovsky,J.Pitel,K.Zidek,et al.Dynamic Characterization and Simulation ofTwo-link Soft Robot Arm with Pneumatic Muscles[J].Mechanism and MachineTheory,2016,103:98-116]采用气动肌肉作为驱动设计一种二关节连杆的柔性机械臂，该机械臂采用气动肌肉对拉的结构形式，构成两组气动关节。气驱动方式调节方便、可伸缩、结构简单、成本低且寿命长，并且易于标准化、系列化和通用化。但是，采用单一气驱动方式进行控制具有时滞性，控制精度与线驱动相比较差。