運(yùn)動(dòng)和剛度獨(dú)立可控軟體機(jī)器人的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及軟體機(jī)器人領(lǐng)域，尤其是一種仿生軟體機(jī)器人。
技術(shù)背景
[0002]隨著機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的不斷壯大，傳統(tǒng)的機(jī)器人由于其擁有的很大的剛性，局限了其與環(huán)境相互作用的能力，例如在非結(jié)構(gòu)化和相對(duì)擁擠的空間內(nèi)，剛性機(jī)器人的末端執(zhí)行器就會(huì)遇到很多困難，所以傳統(tǒng)的剛性機(jī)器人已經(jīng)不能滿足復(fù)雜多變的工作環(huán)境。然而軟體機(jī)器人具有很大的柔性，是柔性機(jī)器人的更高級(jí)的形式，它在復(fù)雜多變的環(huán)境下可以改變自身的形狀尺寸，與傳統(tǒng)的剛性機(jī)器人相比，仿生軟體機(jī)器人具有更多的新功能和新特性。
[0003]仿生軟體機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)是冗余的，它具有非常靈活的運(yùn)動(dòng)特性，由于它的變形的方式，使得仿生軟體機(jī)器人在理論上可以達(dá)到無限的自由度。相對(duì)于傳統(tǒng)的剛性機(jī)器人，仿生軟體機(jī)器人對(duì)外界輸出的壓力載荷更低，不會(huì)對(duì)環(huán)境中的施加對(duì)象造成損壞。
[0004]2009年2月由意大利、瑞士、以色列、英國(guó)、希臘5個(gè)國(guó)家的7所研究機(jī)構(gòu)成立的歐洲章魚項(xiàng)目組正式啟動(dòng)，研究了章魚傳感器和驅(qū)動(dòng)原理，進(jìn)而建立仿生章魚軟體機(jī)器人模型，提出了基于EAP人工肌肉的章魚觸手結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)由4個(gè)圓柱形軸向EPA肌肉和4個(gè)弧形EPA肌肉組成的橫向肌肉構(gòu)成，當(dāng)施加2000V的電壓時(shí)，仿生章魚觸手可以形成約20 %收縮量的運(yùn)動(dòng)；這種仿生軟體機(jī)器人可以模仿章魚觸手的運(yùn)動(dòng)和簡(jiǎn)單的抓持運(yùn)動(dòng)，但是其收縮量只有20%，運(yùn)動(dòng)的可控性不好，不適合彎曲要求高且運(yùn)動(dòng)復(fù)雜的環(huán)境中，且其剛度也是不可控的。
[0005]對(duì)于剛度可變的軟體機(jī)器人，國(guó)家實(shí)用新型專利申請(qǐng)?zhí)朇N201210546744.4公開了上海交通大學(xué)研究了剛度可變的柔性內(nèi)窺鏡機(jī)器人，其本體結(jié)構(gòu)成圓柱形，材料為硅膠，驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)由若干根驅(qū)動(dòng)繩線控制，當(dāng)驅(qū)動(dòng)不同的繩線或者繩線組合時(shí)，機(jī)器人可以完成相應(yīng)的變形動(dòng)作，其聲稱的剛度可變僅僅是依靠著拉著某一根或者多根繩線來控制的，且軟體機(jī)器人剛度可變是運(yùn)動(dòng)過程中伴隨產(chǎn)生的，與運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)耦合形成的，難以對(duì)軟體機(jī)器人的剛度進(jìn)行獨(dú)立的控制。
[0006]對(duì)于剛度可變的軟體機(jī)器人國(guó)家實(shí)用新型專利申請(qǐng)?zhí)朇N201220258024.3公開了一種磁流變連續(xù)體機(jī)器人操作器，它是基于模仿象鼻運(yùn)動(dòng)的原理，本體是長(zhǎng)管型結(jié)構(gòu)，外層通過4節(jié)圓柱形彈簧串聯(lián)而成，分別由4根線繩獨(dú)立驅(qū)動(dòng)，線繩引入到電機(jī)驅(qū)動(dòng)的滑輪上，從而帶動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)，彈簧之間通過脊骨盤連接，每個(gè)脊骨盤的中間連接通有磁流變液的軟管，軟管外繞有線圈，通過改變線圈的電流控制磁流變液磁場(chǎng)的強(qiáng)度，從而實(shí)現(xiàn)磁流變液的固液之間轉(zhuǎn)換，起到調(diào)節(jié)機(jī)器人剛度的作用；但是由于此結(jié)構(gòu)外層是彈簧，本身剛度就比較大，達(dá)不到一些軟體機(jī)器人特有材料的柔性的要求，且磁流變液在不通電的情況下本身就有一點(diǎn)的粘度，使得機(jī)器人柔性又減少許多，磁流變液在液固的轉(zhuǎn)化性能較好，但是其很難保證軟體機(jī)器人在擁有很好的剛度的情況下又保持很好柔性。
[0007]對(duì)于剛度可變的軟體機(jī)器人國(guó)家實(shí)用新型專利申請(qǐng)?zhí)朇N201410406336.8公開了浙江工業(yè)大學(xué)研究的主動(dòng)可變剛度長(zhǎng)臂式仿生軟體機(jī)器人，軟體機(jī)器人本體由基節(jié)和尾節(jié)組成，基節(jié)的基體由硅膠材料制成，設(shè)置3個(gè)側(cè)驅(qū)動(dòng)腔和I個(gè)中心驅(qū)動(dòng)腔，各驅(qū)動(dòng)腔兩端封閉，由通氣管輸入高壓氣體以驅(qū)動(dòng)機(jī)器人伸長(zhǎng)或彎曲，為防止充氣后發(fā)生徑向變形，在各驅(qū)動(dòng)腔內(nèi)外壁埋置約束彈簧，同時(shí)可增大整體剛度。該結(jié)構(gòu)為模塊化結(jié)構(gòu)，兩端設(shè)置連接結(jié)構(gòu)，可多節(jié)串聯(lián)，各節(jié)的通氣管可由走管通道統(tǒng)一走到基節(jié)的一端；尾節(jié)的結(jié)構(gòu)和基節(jié)類似，但是尾節(jié)是逐漸縮小的；該結(jié)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)過程中可實(shí)現(xiàn)剛度獨(dú)立可調(diào)，但是該結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)控制和剛度控制全部是由氣壓來控制的，在抓持物體的時(shí)候運(yùn)動(dòng)控制和剛度控制會(huì)有耦合，很難對(duì)于軟體機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為了克服已有軟體機(jī)器人的無法兼顧柔性和剛度、無法實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)調(diào)控的不足，本實(shí)用新型提供一種兼顧柔性和剛性、有效進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)的運(yùn)動(dòng)和剛度獨(dú)立可控軟體機(jī)器人。
[0009]本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
[0010]一種運(yùn)動(dòng)和剛度獨(dú)立可控軟體機(jī)器人，包括基體和尾體，所述基體的后部與所述尾體的前部相連接，所述基體包括第一硅膠體、第一剛度控制腔和第一鋼絲驅(qū)動(dòng)腔，所述第一硅膠體呈圓柱形，所述第一硅膠體中間設(shè)有所述的第一剛度控制腔，在所述第一剛度控制腔的外側(cè)周圍的硅膠體一圈上等弧度間隔地設(shè)有所述第一鋼絲驅(qū)動(dòng)腔，所述第一剛度控制腔為封閉腔，所述的第一剛度控制腔與第一通氣導(dǎo)管相連接，所述第一通氣管與用于動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)剛度的外接氣源連接；所述第一鋼絲驅(qū)動(dòng)腔里面設(shè)有第一驅(qū)動(dòng)鋼絲，所述第一驅(qū)動(dòng)鋼絲的尾端固定在固定底盤上，所述的第一驅(qū)動(dòng)鋼絲的首端固定在用于纏繞所述第一驅(qū)動(dòng)鋼絲的第一卷筒上，所述第一卷筒的轉(zhuǎn)軸與基體驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電機(jī)軸聯(lián)接，所述基體驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝在電機(jī)安裝盤上，所述固定底盤安裝在所述第一硅膠體的后部，所述電機(jī)安裝盤安裝在所述第一硅膠體的前部；
[0011]所述尾體包括第二硅膠體、第二剛度控制腔和第二鋼絲驅(qū)動(dòng)腔，所述第二硅膠體的尾端逐漸縮小，所述第二硅膠體的前部安裝在所述固定底盤上，所述第二硅膠體中間設(shè)有所述第二剛度控制腔，所述二剛度控制腔為封閉腔，所述的第二剛度控制腔與第二通氣導(dǎo)管相連接，所述第二通氣管與所述外接氣源連接；在所述第二剛度控制腔的外側(cè)周圍的硅膠體一圈上等弧度間隔地設(shè)有所述第二鋼絲驅(qū)動(dòng)腔，所述的第二剛度控制腔與所述第一剛度控制腔連通，所述第二鋼絲驅(qū)動(dòng)腔里面設(shè)有第二驅(qū)動(dòng)鋼絲，所述第二驅(qū)動(dòng)鋼絲的前端固定在所述第二鋼絲驅(qū)動(dòng)腔內(nèi)，所述第二驅(qū)動(dòng)鋼絲的后端穿過所述固定底盤與固定在用于纏繞所述第二驅(qū)動(dòng)鋼絲的第二卷筒上，所述第二卷筒的轉(zhuǎn)軸與尾部驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸連接，所述尾部驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝在電機(jī)安裝盤上。
[0012]進(jìn)一步，所述基體有至少兩個(gè)，前后基體之間連接。該處的基體可以為模塊化，兩兩相鄰的模塊之間通過固定底板連接，硅膠體、剛度控制腔和鋼絲驅(qū)動(dòng)腔的結(jié)構(gòu)與基體是相同的。
[0013]優(yōu)選的，所述第一剛度控制腔和第二剛度控制腔的內(nèi)外壁設(shè)有約束彈簧。
[0014]更進(jìn)一步，在所述第一剛度控制腔的外側(cè)周圍的硅膠體一圈上設(shè)有供所述第二驅(qū)動(dòng)鋼絲穿過的走鋼絲通道。對(duì)于基體有至少兩個(gè)的情況，位于后部的基體上設(shè)有位于前部的基體和尾體的走鋼絲通道。
[0015]本實(shí)用新型的技術(shù)構(gòu)思為:本實(shí)用新型運(yùn)用氣壓來獨(dú)立控制軟體機(jī)器人的剛度，電機(jī)-繩索來使得機(jī)器人擁有很好的運(yùn)動(dòng)性能，軟體硅膠保證軟體機(jī)器人的柔性。
[0016]本實(shí)用新型的有益效果主要表現(xiàn)在:兼顧柔性和剛性、有效進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。
【附圖說明】
[0017]圖1是本實(shí)用新型的基體結(jié)構(gòu)圖。
[0018]圖2是圖1的側(cè)視圖。
[0019]圖3是本實(shí)用新型的尾體結(jié)構(gòu)圖。
[0020]圖4是