[发明专利]一种可变刚度软体执行器系统及控制方法

说明书

本发明公开的一种可变刚度软体执行器系统，包括至少一个软体执行器，其包括硅胶主体，以及设置其上的双螺旋结构的纤维线、真空腔和气腔；在硅胶主体上设置多个独立控制的气腔，通过控制气腔的气压使软体执行器实现弯曲，利用软体执行器的弯曲变形能力进入狭小空间进行探测。同时在硅胶主体上设置真空腔，并在其内部填充柔性填充物，通过抽真空对填充物进行挤压使其具有移动的刚度，进而改变软体执行器的强度，使其保持在当前的状态下，其次将多个软体执行器进行首尾连接，增加软体执行器的长度提高探测范围。解决现有软体末端执行器的形状功能单一、刚性不足等问题，加快了软体机器人的应用与发展。

技术领域

本发明涉及软体机器人技术领域，更具体的，涉及一种可变刚度软体执行器系统及控制方法。

背景技术

软体机器人是当今机器人技术的新兴热点和未来发展前沿，与传统刚性机器人相比，软体机器人自身可连续变形，能够实现大幅度弯曲、伸缩和扭转，表现出了前所未有的灵活性、交互性和适应性。在许多学者的研究下，目前软体机器人已经在工业、医疗、军事等各方面有了一些应用，如软体末端执行器、医疗的辅助康复运动设备、仿生机器人等。

末端执行器是连接机器人与操作对象的重要媒介，与传统的刚性末端执行器相比，软体末端执行器在狭窄空间作业和复杂易碎品抓持、人机交互等方面更具有无可比拟的优势，是未来末端执行器发展的重要趋势。但这些优势同样给软体机器人带来了变形不确定、响应速度缓慢、执行效率低等弊端。为了解决上述问题，国内外很多学者、技术人员针对软体执行器的设计和实际应用做了大量的研究工作，并取得了很好的进展。但是软体末端执行器的形状功能单一、响应缓慢、刚性不足等问题依然没有彻底解决，这极大限制了软体机器人和软体执行器的应用与发展。

因此，针对上述技术问题，本发明设计了一种适应性高、多自由度、可变刚度的末端软体执行器系统。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种可变刚度软体执行器系统及控制方法，其能够连接在机械臂等机器人主体结构上，利用软体末端执行器的弯曲变形能力进入狭小空间进行探测。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种可变刚度软体执行器系统，包括至少一个软体执行器，其包括硅胶主体，以及设置其上的双螺旋结构的纤维线、真空腔和气腔；

所述双螺旋结构的纤维线设置在硅胶主体的外壁上，真空腔沿硅胶主体轴向设置并圆周均布，真空腔中填充有柔性填充物，多个气腔沿硅胶主体的轴向设置并圆周均布在真空腔的外侧；

所述气腔与充气泵连接，并且多个气腔中的气压单独控制，真空腔与真空泵连接。

优选的，所述填充物为金属丝或固体粉末。

优选的，所述硅胶主体的一端设置有用于对气腔和真空腔密封的执行器顶部连接件，另一端设置有执行器底部连接件；

所述执行器底部连接件上设置用于与气腔和真空腔密封配合的气腔连接结构和真空腔连接结构，气腔连接结构上设置有用于连接气路的气腔气体通道，真空腔连接结构上设置有用于真空管的真空腔气体通道。

优选的，所述软体执行器为多个，多个软体执行器呈线性排布，相邻两个软体执行器通过套筒连接；

所述执行器底部连接件和执行器顶部连接件上均设置有与套筒配合的配合部，套筒的一端与一个软体执行器的执行器顶部连接件连接，套筒的另一端与相邻的软体执行器的执行器底部连接件连接。

优选的，首端的软体执行器的端部连接有固定底座，末端的软体执行器的端部设置有末端连接结构，末端连接结构中设置有图像获取装置。

优选的，所述软体执行器的端部设置有姿态传感器。

优选的，所述软体执行器、执行器顶部连接件和执行器底部连接件上均设置有管线孔。