[发明专利]一种双节McKibben肌肉变刚度软体机器人手臂

说明书

技术领域

本发明涉及软体机器人领域，特别是涉及一种变刚度软体机器人。

背景技术

随着机器人行业的发展，机器人应用领域越来越广，机器人从传统工业应用逐步拓展到服务、农业、医疗、灾难救援等行业。机器人的应用正朝着人类与机器人近距离的物理交互领域的发展。工作中有些时候需要人与机器人直接接触，协同合作，机器人与人类交互的安全性问题引起了各界的注意。提高机器人的灵活性，实现其变刚度特性，减轻机器人质量等是提高人机合作安全性的有效解决方案。变刚度软体机器人手臂是由气动McKibben肌肉组成，气动McKibben肌肉的主要优点在于工作方式、响应时间、伸缩范围与生物肌肉较为相似，其非线性特性与人体骨骼肌相近，并且具备电机等驱动器不具备的柔顺性。由McKibben肌肉组成的软体机器人手臂在与外部物体接触时，具有被动适应性，更高的灵活性，尤其适合于非结构环境需求，有利于增加人机合作安全性，受到全世界研究学者和研究机构的广泛青睐。

McKibben气动肌肉手臂，难以实现手臂刚度和位置的解耦，这种刚度调节的应用意义在于，当遇到外部干扰时能够增加自身刚度来减少自身的变形，从而增加鲁棒性；当手臂与工作人员发生碰撞时，能够增加自身的柔顺性，从而增加安全性。因此，McKibben肌肉驱动的软体手臂的刚度与位置解耦问题是关键技术环节。

发明内容

本发明的目的在于提供一种McKibben肌肉驱动的变刚度软体机器人手臂，不但可以实现负载变化及位置变化时的刚度改变，同样还可以实现在负载不变及位置不变的情况下，调节手臂的刚度，即实现刚度与位置的解耦。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种双节McKibben肌肉变刚度软体机器人手臂，包括变刚度McKibben手臂；所述变刚度McKibben手臂包括分别设置在中心位置和外围位置McKibben肌肉，所述中心位置和外围位置的McKibben肌肉属性相反；外围位置的McKibben肌肉为多根，均匀布置且与中心位置的McKibben肌肉通过结扣固定。

还包括顶端平台、圆盘；所述顶端平台设置在单节变刚度McKibben手臂的上端；圆盘设置在一段单节变刚度McKibben手臂的下端及另外一段单节变刚度McKibben手臂的末端。

优选地，所述收缩型McKibben肌肉为6根，共分为两组，每组三根，一组通过结扣与伸长型McKibben肌肉相连，彼此成120°均布在伸长型McKibben肌肉周围：另一组收缩型McKibben肌肉通过结扣与第一组收缩型McKibben肌肉相连。

本发明的优点是：本发明通过打节的方式，使得伸长型及收缩型McKibben肌肉相互连接在一起，工作时，通过控制伸长型及收缩型McKibben肌肉内气压，实现位置及刚度的解耦。

附图说明

图1是本发明的双节McKibben肌肉变刚度软体机器人手臂的整体结构图；

图2是单节McKibben肌肉变刚度软体机器人手臂示意图；

图3为刚度和位置的解耦原理示意图；

图4为顶端平台结构示意图；

图5为圆盘结构示意图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，该双节McKibben肌肉变刚度软体机器人手臂由以下部分组成：一个顶端平台1，两组单节McKibben肌肉变刚度软体机器人手2，两个圆盘3。

从图2所示，单节McKibben肌肉变刚度软体机器人手臂由三部分组成：若干结扣4，一根伸长型McKibben肌肉5，六根收缩型McKibben肌肉6。收缩型McKibben肌肉6共分为两组，每组三根，一组通过结扣4与伸长型McKibben肌肉5相连，彼此成120°均布在伸长型McKibben肌肉5周围：另一组McKibben肌肉同样通过结扣4与第一组收缩型McKibben肌肉相连。本实施例中，收缩型McKibben肌肉6围绕伸长型McKibben肌肉5，也可以将收缩型McKibben肌肉与伸长型McKibben肌肉互换位置，其效果是一样的。