[发明专利]柔性驱动结构、柔性驱动器及驱动系统

说明书

本发明柔性机器人技术领域，尤其涉及一种柔性驱动结构、柔性驱动器及驱动系统，柔性驱动结构包括连接件和至少一个驱动组件，驱动组件包括弹性约束件、柔性驱动件和预紧件，柔性驱动件的内部设有沿其轴向延伸的用于通入流体的空腔，弹性约束件围设于柔性驱动件的外壁，连接件设置于弹性约束件轴向上的两端，弹性约束件通过预紧件与连接件连接，且预紧件沿柔性驱动件的轴向延伸设置。本发明的柔性驱动结构可使柔性机器人在体积、形状和刚度上实现较大变化，使柔性机器人具有可控刚度调制的能力，低刚度使柔性机器人具有对环境的适应性和顺应性，保证交互的安全性，而高刚度则可用于形成刚性操作平台，传递力和承受载荷，提高控制精度。

技术领域

本发明涉及柔性机器人技术领域，尤其涉及一种柔性驱动结构、柔性驱动器及驱动系统。

背景技术

由可变形或刚性较低的材料制成的柔性机器人与传统刚性机器人相比，在与环境的交互中具有良好的适应性、一致性和安全性。目前柔性体机器人已被应用于各个不同领域，如运动机器人、仿生机器人、康复训练机器人、微创手术等。由于柔性机器人是由柔性、顺应性的材料制成，可以顺应周围环境进行变形，是与非结构化环境交互的理想结构，然而柔性机器人由于输出力小、可控性较差、缺乏感知能力等局限性，在应用中仍面临许多挑战。

柔性机器人面对的任务具有复杂性和不可预知性，为了扩大柔性机器人的应用范围，在实际应用中方便、快捷地构建适应任务和环境的柔性机器人构型，设计通用的、具有完整功能的、便于扩展的柔性机器人模块至关重要，均一的、可互换的柔性机器人模块还可降低制造和维护的成本，提高操作的可靠性。

发明内容

本发明提供一种柔性驱动结构、柔性驱动器及驱动系统，用以解决现有技术中柔性机器人的刚度难以控制调节的缺陷，实现柔性机器人在体积、形状和刚度上实现较大变化，使柔性机器人具有可控刚度调制的能力，低刚度使柔性机器人具有对环境的适应性和顺应性，保证交互的安全性，而高刚度则可用于形成稳定的刚性操作平台，传递力和承受载荷，提高控制精度。

本发明提供一种柔性驱动结构，包括连接件和至少一个驱动组件，所述驱动组件包括弹性约束件、柔性驱动件和预紧件，所述柔性驱动件的内部设有沿其轴向延伸的用于通入流体的空腔，所述弹性约束件围设于所述柔性驱动件的外壁，所述连接件设置于所述弹性约束件轴向上的两端，所述弹性约束件通过所述预紧件与所述连接件连接，且所述预紧件沿所述柔性驱动件的轴向延伸设置。

根据本发明提供的一种柔性驱动结构，所述空腔与所述柔性驱动件同轴或偏心设置于所述柔性驱动件的内部。

根据本发明提供的一种柔性驱动结构，所述预紧件为预紧线，所述连接件设有安装孔，所述弹性约束件上设置通孔，所述预紧线的一端与一个所述连接件的所述安装孔连接，所述预紧线的另一端穿过所述弹性约束件上的所述通孔，并由另一个所述连接件的所述安装孔穿出。

根据本发明提供的一种柔性驱动结构，所述驱动组件还包括流体管道，所述流体管道与所述空腔连通。

根据本发明提供的一种柔性驱动结构，所述弹性约束件为弹簧，所述弹簧同轴套设于所述柔性驱动件的外壁。

本发明还提供一种柔性驱动器，包括柔性套和如上所述的柔性驱动结构，至少三个所述驱动组件沿所述柔性套的轴向嵌入所述柔性套的内部，且所述驱动组件沿所述柔性套的周向均匀分布，所述驱动组件与所述柔性套的端部通过所述连接件连接。

根据本发明提供的一种柔性驱动器，所述柔性套沿其轴向设有用于器械通过的通道。

本发明还提供一种驱动系统，包括上位机和与所述上位机连接的预紧件控制装置和流体驱动装置，以及如上所述的柔性驱动结构或如上所述的柔性驱动器，所述预紧件控制装置与所述预紧件连接，所述流体驱动装置通过流体管道与所述空腔连通。

根据本发明提供的一种驱动系统，在所述预紧件为预紧线的情况下，所述预紧件控制装置包括直线驱动件和线圈，所述预紧线缠绕于所述线圈上并与所述直线驱动件连接。