CN111251316A - 一种拉弯型连续体机器人抗扭单元及机器人 - Google Patents

Abstract

一种拉弯型连续体机器人抗扭单元及机器人，包括带有C型臂的下基座、竖直柔性片段、带有C型臂的上基座和水平柔性片段；带有C型臂的下基座和带有C型臂的上基座相对设置，竖直柔性片段位于带有C型臂的下基座和带有C型臂的上基座之间，且连接带有C型臂的下基座和带有C型臂的上基座，带有C型臂的下基座和带有C型臂的上基座互相不接触；两个水平柔性片段对称设置在竖直柔性片段两侧的带有C型臂的下基座和带有C型臂的上基座之间。本发明单个单元具有很高的抗扭刚度；单个单元可以承受很大的压载荷而不发生屈曲失效，这就意味着整体连续体机器人可以承载较大负载。

Description

一种拉弯型连续体机器人抗扭单元及机器人

技术领域

本发明属于连续体机器人领域，特别涉及一种拉弯型连续体机器人抗扭单元及机器人。

背景技术

连续体机器人具有小直径和多自由度的特点，能够适应多障碍物的复杂结构环境和狭小受限的工作环境，在诸多领域和场合得到了广泛的应用。柔性单元具有良好的自适应性，易于加工，没有摩擦等优点，因此，现阶段大部分连续体机器人单元采用柔性单元。大部分柔性单元存在受到压载荷作用容易发生屈曲失效，抗扭能力差的缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种拉弯型连续体机器人抗扭单元及机器人，以解决上述问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种拉弯型连续体机器人抗扭单元，包括带有C型臂的下基座、竖直柔性片段、带有C型臂的上基座和水平柔性片段；带有C型臂的下基座和带有C型臂的上基座相对设置，竖直柔性片段位于带有C型臂的下基座和带有C型臂的上基座之间，且连接带有C型臂的下基座和带有C型臂的上基座，带有C型臂的下基座和带有C型臂的上基座互相不接触；两个水平柔性片段相对设置在竖直柔性片段两侧，连接在带有C型臂的下基座和带有C型臂的上基座之间。

进一步的，带有C型臂的下基座包括下基座和C型臂组；C型臂组的一端固定设置在下基座的上表面；带有C型臂的上基座包括上基座和C型臂组；C型臂组的一端固定设置在上基座的下表面，C型臂组的另一端通过竖直柔性片段固定连接。

进一步的，两个C型臂组的内凹侧相对设置；C型臂组包括若干个C型臂，若干个C型臂并排设置形成C型臂组。

进一步的，上基座和下基座上均沿边缘周向设置有一圈穿线孔。

进一步的，竖直柔性片段和水平柔性片段均为等截面或变截面的板状弹性体。

进一步的，一种拉弯型连续体机器人，还包括绳索，若干拉弯型连续体机器人单元依次固定连接，若干根绳索依次穿过穿线孔，形成拉弯型连续体机器人。

与现有技术相比，本发明有以下技术效果：

本发明的单元当拉动绳子对单元末端施加压力时，上、下基座之间受压而竖直柔性片段受拉，水平柔性片段保证竖直柔性片段只会发生弯曲变形而不发生扭转变形，从而带动带C型臂上基座运动，使带C型臂的上基座相对于带C型臂的下基座产生相对运动。通过绳索的收放，可以实现连续体机器人的空间变形和变刚度。

单个单元具有很高的抗扭刚度；单个单元可以承受很大的压载荷而不发生屈曲失效，可以实现变刚度，这就意味着整体连续体机器人可以抓取很重的物体；结构精简，造价较低，不需要通过复杂的加工方式；易于模块化，可集成度高。通过改变带C型臂的上下基座和柔顺片段的尺寸适应不同刚度和狭小限制空间的要求。

附图说明

图1是本发明水平柔性片段固连在上、下基座侧面示意图

图2是本发明水平柔性片段为矩形环示意图

图3是本发明组装成连续体机器人示意图

图中，1、穿线孔；2、带C型臂的下基座；3、竖直柔性片段；4、带C型臂的上基座；5、水平柔性片段。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进一步说明：

请参阅图1至图3，一种拉弯型连续体机器人抗扭单元，包括带有C型臂的下基座2、竖直柔性片段3、带有C型臂的上基座4和水平柔性片段5；带有C型臂的下基座2和带有C型臂的上基座4相对设置，竖直柔性片段3位于带有C型臂的下基座2和带有C型臂的上基座4之间，且连接带有C型臂的下基座2和带有C型臂的上基座4，带有C型臂的下基座2和带有C型臂的上基座4互相不接触；两个水平柔性片段5对称设置在竖直柔性片段3两侧的带有C型臂的下基座2和带有C型臂的上基座4之间。水平柔性片段成对出现，固定连接在上、下基座的C型臂的侧面；水平柔性片段会增加连续体机器人单元的弯曲刚度，但不影响其弯曲变形。在工作时，在载荷作用下，水平柔性片段保证了竖直柔性片段只会发生弯曲变形而不发生扭转变形，使带C型臂的上基座、下基座之间产生相对运动，而设计中引入的水平柔性片段极大的提高了拉弯型连续体机器人单元的抗扭刚度，对弯曲刚度影响很小。

带有C型臂的下基座2包括下基座和C型臂组；C型臂组的一端固定设置在下基座的上表面；带有C型臂的上基座4包括上基座和C型臂组；C型臂组的一端固定设置在上基座的下表面，C型臂组的另一端通过竖直柔性片段3固定连接。水平柔性片段与C型臂的连接为固连或者通过机械装配的方式连接。水平柔性片段与C型臂的连接为固连或者通过机械装配的方式连接。

两个C型臂组的凹面相对设置；C型臂组包括若干个C型臂，若干个C型臂并排设置形成C型臂组。

上基座和下基座上均沿边缘周向设置有一圈穿线孔1。

竖直柔性片段3和水平柔性片段5均为等截面或变截面的板状弹性体。整体连续体机器人的单元数为N个，通过将多个单元顺次连接、相邻单元成一定角度，多根绳索顺次穿过各个单元的上下基座沿圆周布置的穿线孔，形成连续体机器人。通过绳索的收放，可以实现连续体机器人的空间变形运动和变刚度。

一种拉弯型连续体机器人，还包括绳索，若干拉弯型连续体机器人单元依次固定连接，若干根绳索依次穿过穿线孔1，形成拉弯型连续体机器人。竖直片段和水平片段的弯曲变形形成机器人整体的运动。

每相邻的两个拉弯型连续体机器人单元内的竖直柔性片段3在空间上互相垂直。

实施例1：

一种拉弯型连续体机器人，如图3所示，包括带C型臂下基座2,带C型臂的上基座4，竖直柔性片段3，水平柔性片段5。竖直柔性片段的截面形状的矩形截面。C型基座为圆弧状类C型曲线刚性基座。竖直柔性片段一端与下基座C型臂的上端固连，另一端与上基座C型臂的下端固连，水平柔性片段固连在上、下基座C型臂的侧面，形成连续体机器人单元。将多个单元顺次连接、相邻单元成90°，多根绳索顺次穿过各个单元的上下基座沿圆周布置的穿线孔，形成连续体机器人。

C型基座上在远离圆心的位置圆周均匀布置1mm的穿线孔，绳子穿过穿线孔一端与尾部的控制器连接，一端与连续体机器人末端执行器连接。

整体连续体机器人的单元数为10个,每两个连续体机器人单元进行装配,两个连续体机器人单元的角度呈90°。

带C型臂上基座2，下基座4是刚体，竖直柔性片段3，水平柔性片段5是可变形柔性材料。

Claims (6)

1.一种拉弯型连续体机器人抗扭单元，其特征在于，包括带有C型臂的下基座(2)、竖直柔性片段(3)、带有C型臂的上基座(4)和水平柔性片段(5)；带有C型臂的下基座(2)和带有C型臂的上基座(4)相对设置，竖直柔性片段(3)位于带有C型臂的下基座(2)和带有C型臂的上基座(4)之间，且连接带有C型臂的下基座(2)和带有C型臂的上基座(4)，带有C型臂的下基座(2)和带有C型臂的上基座(4)互相不接触；两个水平柔性片段(5)相对设置在竖直柔性片段(3)两侧，连接在带有C型臂的下基座(2)和带有C型臂的上基座(4)之间。

2.根据权利要求1所述的一种拉弯型连续体机器人抗扭单元，其特征在于，带有C型臂的下基座(2)包括下基座和C型臂组；C型臂组的一端固定设置在下基座的上表面；带有C型臂的上基座(4)包括上基座和C型臂组；C型臂组的一端固定设置在上基座的下表面，C型臂组的另一端通过竖直柔性片段(3)固定连接。

3.根据权利要求2所述的一种拉弯型连续体机器人抗扭单元，其特征在于，两个C型臂组的内凹侧相对设置；C型臂组包括若干个C型臂，若干个C型臂并排设置形成C型臂组。

4.根据权利要求2所述的一种拉弯型连续体机器人抗扭单元，其特征在于，上基座和下基座上均沿边缘周向设置有一圈穿线孔(1)。

5.根据权利要求1所述的一种拉弯型连续体机器人抗扭单元，其特征在于，竖直柔性片段(3)和水平柔性片段(5)均为等截面或变截面的板状/梁状弹性体。

6.一种拉弯型连续体机器人，其特征在于，基于权利要求1-5任意一项所述的拉弯型连续体机器人抗扭单元，还包括绳索，若干拉弯型连续体机器人单元依次固定连接，若干根绳索依次穿过穿线孔(1)，形成拉弯型连续体机器人。

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