[实用新型]运动和刚度独立可控软体机器人

说明书

技术领域

本实用新型涉及软体机器人领域，尤其是一种仿生软体机器人。

技术背景

随着机器人产业的不断壮大，传统的机器人由于其拥有的很大的刚性，局限了其与环境相互作用的能力，例如在非结构化和相对拥挤的空间内，刚性机器人的末端执行器就会遇到很多困难，所以传统的刚性机器人已经不能满足复杂多变的工作环境。然而软体机器人具有很大的柔性，是柔性机器人的更高级的形式，它在复杂多变的环境下可以改变自身的形状尺寸，与传统的刚性机器人相比，仿生软体机器人具有更多的新功能和新特性。

仿生软体机器人的运动是冗余的，它具有非常灵活的运动特性，由于它的变形的方式，使得仿生软体机器人在理论上可以达到无限的自由度。相对于传统的刚性机器人，仿生软体机器人对外界输出的压力载荷更低，不会对环境中的施加对象造成损坏。

2009年2月由意大利、瑞士、以色列、英国、希腊5个国家的7所研究机构成立的欧洲章鱼项目组正式启动，研究了章鱼传感器和驱动原理，进而建立仿生章鱼软体机器人模型，提出了基于EAP人工肌肉的章鱼触手结构，其结构由4个圆柱形轴向EPA肌肉和4个弧形EPA肌肉组成的横向肌肉构成，当施加2000V的电压时，仿生章鱼触手可以形成约20％收缩量的运动；这种仿生软体机器人可以模仿章鱼触手的运动和简单的抓持运动，但是其收缩量只有20％，运动的可控性不好，不适合弯曲要求高且运动复杂的环境中，且其刚度也是不可控的。

对于刚度可变的软体机器人，国家实用新型专利申请号CN201210546744.4公开了上海交通大学研究了刚度可变的柔性内窥镜机器人，其本体结构成圆柱形，材料为硅胶，驱动结构由若干根驱动绳线控制，当驱动不同的绳线或者绳线组合时，机器人可以完成相应的变形动作，其声称的刚度可变仅仅是依靠着拉着某一根或者多根绳线来控制的，且软体机器人刚度可变是运动过程中伴随产生的，与运动的驱动结构强耦合形成的，难以对软体机器人的刚度进行独立的控制。

对于刚度可变的软体机器人国家实用新型专利申请号CN201220258024.3公开了一种磁流变连续体机器人操作器，它是基于模仿象鼻运动的原理，本体是长管型结构，外层通过4节圆柱形弹簧串联而成，分别由4根线绳独立驱动，线绳引入到电机驱动的滑轮上，从而带动机器人运动，弹簧之间通过脊骨盘连接，每个脊骨盘的中间连接通有磁流变液的软管，软管外绕有线圈，通过改变线圈的电流控制磁流变液磁场的强度，从而实现磁流变液的固液之间转换，起到调节机器人刚度的作用；但是由于此结构外层是弹簧，本身刚度就比较大，达不到一些软体机器人特有材料的柔性的要求，且磁流变液在不通电的情况下本身就有一点的粘度，使得机器人柔性又减少许多，磁流变液在液固的转化性能较好，但是其很难保证软体机器人在拥有很好的刚度的情况下又保持很好柔性。

对于刚度可变的软体机器人国家实用新型专利申请号CN201410406336.8公开了浙江工业大学研究的主动可变刚度长臂式仿生软体机器人，软体机器人本体由基节和尾节组成，基节的基体由硅胶材料制成，设置3个侧驱动腔和1个中心驱动腔，各驱动腔两端封闭，由通气管输入高压气体以驱动机器人伸长或弯曲，为防止充气后发生径向变形，在各驱动腔内外壁埋置约束弹簧，同时可增大整体刚度。该结构为模块化结构，两端设置连接结构，可多节串联，各节的通气管可由走管通道统一走到基节的一端；尾节的结构和基节类似，但是尾节是逐渐缩小的；该结构在运动过程中可实现刚度独立可调，但是该结构驱动控制和刚度控制全部是由气压来控制的，在抓持物体的时候运动控制和刚度控制会有耦合，很难对于软体机器人的运动进行控制。

发明内容

为了克服已有软体机器人的无法兼顾柔性和刚度、无法实现动态调控的不足，本实用新型提供一种兼顾柔性和刚性、有效进行动态调节的运动和刚度独立可控软体机器人。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：