[发明专利]仿生软体机器人的可变刚度模块

说明书

技术领域

本发明涉及机器人领域，尤其是一种仿生软体机器人。

背景技术

近年来，软体机器人成为机器人领域的一个新兴且极具前景的研究方向。传统的刚性机器人以其高刚度、高强度、高精度、高速度的特点在工业领域得到广泛应用，然而，当众多的科研和技术人员付出巨大努力试图将刚性机器人从工业生产线应用扩展到其他领域(如家政服务、助老助残、农业自动化、医疗康复等)时，却发现严重依赖结构化环境和精确数学模型的刚性机器人在上述的非结构复杂环境中与难以用准确的数学模型加以描述的复杂多变对象进行交互作业时，刚性机器人的高刚度、高强度、高精度特点反而成为导致其不能胜任此类任务的缺点。在这种情况下，软体机器人研究逐渐兴起，科研工作者和工程技术人员借助于智能材料(如：硅橡胶、形状记忆合金SMA、电活性聚合物EPA等)和新型驱动技术(如：SMA、气动、磁流变、EPA等)，研究开发完全不用或少用刚性机构的新型机器人结构，这类软体机器人一般具有充分的柔顺性、适应性、超冗余或无限自由度，甚至可以任意改变自身形状和尺寸以适应环境和目标。

然而工业机器人在设计的过程中为了满足某种特定的功能，往往需要耗费巨大的时间和精力，在任务要求比较明确的情况下，我们可以根据任务要求来设计我们需要的机器人，但是对于一些不可预知的工作任务，我们就无法完成一个机器人的最佳设计，在这种情况下如果能有一个机器人模块，它能够根据工作任务及工作环境的变化而自动改变自身的结构配置，构成与其相适应的最佳构形，完成操作任务，不但扩大了机器人的应用范围，更由于模块的均一性和互换性降低了制造及维护成本，提高了操作的可靠性。

发明内容

为了克服已有仿生软体机器人在抓持运动过程中无法实现刚度独立可变和动态可控的不足，本发明提供一种在抓持运动过程中有效实现刚度独立可变和动态可控的仿生软体机器人的可变刚度模块。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种仿生软体机器人的可变刚度模块，所述可变刚度模块包括弹性基体、通气管、中心驱动腔和侧驱动腔，所述弹性基体的截面呈圆形，所述弹性基体的中部设有中心驱动腔，在所述中心驱动腔外的弹性基体的一圈上等圆弧间隔地设有至少三个侧驱动腔，所述中心驱动腔和侧驱动腔的两端均封闭，所述中心驱动腔、侧驱动腔均与通气管连通；在所述中心驱动腔的内壁和外壁安装中心约束件，在所述侧驱动腔的内壁和外壁安装侧约束件。

进一步，所述模块的前端和后端分别设有连接件，前后相连的模块之间通过连接件连接。

更进一步，在所述中心驱动腔外的弹性基体的一圈上与所述侧驱动腔错位布置走管通道，所述通气管位于所述走管通道内。

再进一步，所述中心约束件包括中心约束弹簧和中心约束环，所述中心驱动腔的内壁安装中心约束弹簧，所述中心驱动腔的外壁安装中心约束环，所述侧约束件包括侧约束弹簧和侧约束环，所述侧驱动腔的内壁安装侧约束弹簧，所述侧驱动腔的外壁安装侧约束环。

或者是：所述中心约束件、侧约束件均为约束弹簧。

再或者是：所述中心约束件、侧约束件均为约束环。

所述弹性基体的前端设有榫头，后端设有与所述榫头配合的槽口。

所述弹性基体为圆柱形，所述可变刚度模块为基节。

所述弹性基体为圆台形，所述可变刚度模块为尾节。

本发明的技术构思为：可重构模块机器人可以随着人们的意愿来进行各种形状的变换，本发明提出的仿生软体机器人的可变刚度模块可以根据工作任务的需求组合成各种最佳的构形。仿生软体机器人的可变刚度模块本身是一种集控制、驱动、通讯、传动一体化的单元，所以各个模块的组合并不是简单的机械组合，还包括运动学和动力学组合，以及控制系统的组合。

本发明在着眼于目前软体机器人的结构只是能够完成某种单一的任务，面对复杂多变且不可预知的任务往往不能够达到最佳的效果，提出了仿生软体机器人的可变刚度模块，是软体机器人研究的一种新探索，有望解决目前仿生软体机器人目标任务比较单一，设计成本过高、结构复杂且不具有可组合性的问题。

本发明的有益效果主要表现在：使软体机器人具有很好的柔软性和弯曲性，能够有效的抓取不同结构外形的目标物体，并且可以使软体机器人能够实时的控制和改变自身的刚度、保持稳定的抓取动作。

附图说明

图1是本发明的仿生软体机器人的可变刚度模块的结构图。

图2是图1的侧视图。

图3是本发明的可变刚度形成的尾节结构图。

图4是图3的侧视图。