[实用新型]一种磁流变连续体机器人操作器

说明书

技术领域

本发明涉及一种磁流变连续体机器人操作器。

传统的串联机器人模拟人的关节骨骼运动系统，由有限数量的关节和连杆串联构成。此类机器人按照是否存在冗余自由度可以分为非冗余自由度机器人和冗余自由度机器人两大类型。非冗余自由度机器人的关节空间维数等于其任务空间维数，存在着灵活性较差的缺点，即在规定末端位姿轨迹后，不能避免关节空间中存在的奇异点或运动灵活性差的区域、在某些情况下动力学性能差。冗余自由度机器人正是为解决灵活性问题而提出的，它通过增加冗余关节使关节空间维数大于任务空间维数，使机器人在实现期望的末端位姿的同时具有更高的灵活性。然而冗余度机器人并没有突破传统的关节-连杆式结构，改进效果有限。本发明基于象鼻的仿生原理,提出一种磁流变连续体机器人操作器。

本发明目的是提供一种磁流变连续体机器人操作器，该机器人操作器能够连续弯曲变形，运动灵活，适于抓取不规则形状物体，是对传统关节式机器人的有益补充。本发明由端盖1、驱动线绳2、I型脊骨盘3、软管4、磁流变液5、线圈6、弹簧7、II型脊骨盘8、线绳导管9、操作对象10、软管套箍11、粘接胶12、导线套管13，连接盘14、磁流变液调压及补液装置15、驱动装置箱体16、线绳导管支架17、滑轮18、步进电机19、盖板20构成。其整体为类似象鼻的长管型结构，外层为多节圆柱弹簧7串联而成，任意两个相邻弹簧6之间采用脊骨盘3或8相联接。每个脊骨盘3或8的中心开有圆形通孔，内充磁流变液5的软管4从所有脊骨盘3或8的通孔中穿过，软管4的首端和磁流变液调压及补液装置15通过螺纹相连接，磁流变液调压及补液装置15由壳体21、活塞22、密封23、调压弹簧24、压盘25、上盖26、调压螺杆27组成，上盖26和壳体21之间为螺纹联接，调压螺杆27和上盖26之间也为螺纹连接，调压螺杆27和压盘25固连，可以通过旋转调压螺杆27使其带动压盘25沿轴向上下移动从而调节调压弹簧24的预紧力，从而调节磁流变液的压力，另外打开上盖26，拿出活塞22后，可以直接向壳体内补充磁流变液。软管4的末端固联在端盖1上。软管外径略小于脊骨盘中心通孔的内径，软管4和脊骨盘3或8连接处都套有软管套箍11，软管套箍11外表面和脊骨盘3或8内孔表面之间存在径向间隙，此间隙内注入粘结胶12将软管套箍11和脊骨盘3和8粘结在一起。另外软管4的外面缠绕有线圈6,软管4内部设置阻流隔28,通过改变线圈6的电流可以调节作用在软管内的磁流变液的磁场强度，从而控制磁流变液的流变特性，起到调节整个操作器刚度和阻尼的作用。

外层圆柱弹簧的串联体（总体呈长管状）的首端的脊骨盘通过连接盘14固联在驱动箱体底面上。圆柱弹簧的串联体共分为4段，每段包括四个弹簧，弹簧之间由I型脊骨盘3连接，而每段的首、末端的脊骨盘则为II型脊骨盘8。每段分别由四根线绳2独立驱动。各段的线绳2都从驱动箱体16内的滑轮18引出，依次穿过各个脊骨盘3或8中心通孔直到该段末端的的I型脊骨盘(但第四段末端为端盖)。线绳分段驱动具体实现为：每四节相邻的圆柱弹簧构成一段，每段采用独立的线驱动。在每个脊骨盘8的中圆(半径为脊骨盘外径一半的圆)上设有周向均布的4个通孔（以下称为主导线孔），驱动线绳2引自操作器首端的驱动装置18，依次穿过各脊骨盘主导线孔连接到各段末端的脊骨盘上。由驱动装置中的步进电机带动滑轮转动来驱动线绳收缩实现弯曲变形。驱动线绳外套有线绳导管9，在每个脊骨盘上接近外缘的圆周上开有4个均布的小通孔(称为分支导线孔)，用来固定线绳导管9。线绳导管9在每段段首的脊骨盘之前分出用于该段的分支套管9，分支套管9引到段首脊骨盘的分支导线孔处，而此分支导线孔处带有一个固定分支套管的小凸起平台，分支套管的端部带有铁套，上有螺纹，而凸起平台上由螺纹孔，可以用螺母联结上述两螺纹，将分支套管末端固定在凸起平台上。驱动线绳从分支套管中引出经过此段中间脊骨盘的分支导线孔最后连接在此段末端的脊骨盘上。驱动时利用套管和驱动线绳之间的相对位移带动段中的所有脊骨盘，可避免对驱动线绳所经过各段产生附加弯矩。

该机器人操作器采用分段线驱动方式，可根据需要对其中任何一段进行不同曲率的弯曲操作，可以实现类似象鼻的卷绕动作。而且配合线绳驱动，可以根据卷绕动作的需要调节线圈6的电流可以使软管内的磁流变液处于液态或固态，控制整个操作器刚度，配合线绳驱动完成卷绕动作。

本发明是对传统关节杆式机器人的补充，但不同于一般的冗余或超冗余关节式机器人，它可以任意连续柔性变形，实现灵活运动，而且可对不规则形状物体的实现抓取操作。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。