CN112025684A - 一种欠驱动变刚度柔性机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种欠驱动变刚度柔性机器人，所述欠驱动变刚度柔性机器人述变刚度部件包括多个变刚度机构，各个所述变刚度机构架设在所述输出部件和所述定位部件之间，所述变刚度机构的第一端相互间隔地与所述输出部件连接，每个所述变刚度机构的第二端相互间隔地套设在所述定位部件上，每个所述变刚度机构的所述第二端能在所述定位部件上沿不同角度的滑移路径滑动，所述定位部件用于调整所述变刚度机构的所述第二端在所述定位部件上的相对位置，以控制所述输出部件的位置，同时变刚度部件能主动调节欠驱动变刚度柔性机器人输出的刚度，解决了机器人无法同时兼顾定位精度和柔性交互的问题。

Description

一种欠驱动变刚度柔性机器人

技术领域

本发明归属于机器人领域，具体涉及一种欠驱动变刚度柔性机器人。

背景技术

随着机器人技术的发展，机器人在工业和服务领域得到广泛运用，作业过程往往比较复杂，机器人在作业过程中需要一定的定位精度，传统的刚性铰链连接方式虽然保证了定位精度但是操作复杂且无法改变接触过程中机器人末端的输出刚度，容易造成机器人作业过程中的损伤，而非线性的柔顺装置又很难形成一套控制系统来保证机器人作业的精度。

因此，如何在保证机器人具有柔性交互能力的前提下兼顾定位精度便成了一道难题。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种欠驱动变刚度柔性机器人，旨在解决现有技术中机器人无法同时兼顾定位精度和柔性交互的问题。

为实现上述目的，本发明提出的技术方案是：一种欠驱动变刚度柔性机器人，包括依次相连的输出部件、变刚度部件和定位部件；

所述变刚度部件包括多个变刚度机构，各个所述变刚度机构架设在所述输出部件和所述定位部件之间，所述变刚度机构的第一端相互间隔地与所述输出部件连接，每个所述变刚度机构的第二端相互间隔地套设在所述定位部件上，每个所述变刚度机构的所述第二端能在所述定位部件上沿不同角度的滑移路径滑动，所述定位部件用于调整所述变刚度机构的所述第二端在所述定位部件上的相对位置，以控制所述输出部件的位置。

优选的，还包括连接部件，所述连接部件包括第一连接部和第二连接部，所述第一连接部用于所述变刚度部件和所述输出部件的连接，所述第二连接部用于所述变刚度部件和所述定位部件的连接。

优选的，所述第一连接部包括第一万向节和固定板，所述固定板固定连接在所述输出部件上，所述固定板与所述变刚度部件之间连接有第一万向节；所述第二连接部包括第二万向节和锁止离合器，所述锁止离合器与所述变刚度部件之间连接有所述第二万向节，所述锁止离合器套设在所述定位部件上，所述锁止离合器用于同步所述变刚度部件的第二端与所述定位部件的移动。

优选的，所述输出部件为输出法兰，所述输出法兰用于输出所述欠驱动变刚度柔性机器人的刚度每个所述变刚度机构的第一端通过所述第一连接部并联在所述输出法兰上，每个所述变刚度机构的第二端通过所述第二连接部套设在所述定位部件上。

优选的，所述变刚度机构包括驱动部件、第二端、导向部件、滑动部件、记忆合金棒和第一端；

所述第一端为输出端，所述输出端与所述第一连接部相连；

所述第二端为固定部件，所述固定部件与所述第二连接部相连；

所述导向部件沿长度方向设置于所述固定部件和所述输出端之间；所述滑动部件活动穿设于所述导向部件以及所述记忆合金棒上，所述滑动部件与所述驱动部件连接；

所述记忆合金棒与所述固定部件相连；

所述驱动部件用于驱动所述滑动部件于所述导向部件上移动，以调整所述记忆合金棒朝向所述输出端的一端伸出所述滑动部件的长度，并调整所述滑动部件与所述输出端之间的距离，从而调整所述机器人变刚度机构的刚度。

优选的，所述驱动部件包括相互连接的步进电机和丝杠，所述丝杠穿过所述固定部件与所述滑动部件连接；所述步进电机通过驱动所述丝杠运动来调整所述记忆合金棒朝向所述输出端的一端伸出所述滑动部件的长度。

优选的，所述固定部件包括固定架，所述输出端包括固定底板，所述固定架与所述固定底板平行。

优选的，所述定位部件包括底座、动力部件、导轨和检测装置，所述导轨有三根，三根所述导轨依次连接构成一个封闭的三角形，所述导轨架设在底座上，所述检测装置设置有多个，每一个所述检测装置用于检测其中一所述变刚度机构的所述第二端在对应导轨上的滑移位置，所述动力部件通过所述锁止离合器带动所述变刚度机构的第二端在所述导轨上滑动。

优选的，所述动力部件，包括伺服电机、同步轮和同步带，所述同步轮数量为多个，所述同步轮用于张紧所述同步带，所述伺服电机穿过所述底板与所述同步轮相连上，其中一个所述同步轮与所述伺服电机相连，其它所述同步轮固定连接在所述底座上，所述同步带套设在同步轮上，所述伺服电机通过所述同步轮带动所述同步带进行运动，所述同步带通过所述锁止离合器的离合控制所述变刚度机构的第二端沿导轨滑动。

优选的，所述底座还包括固定块，所述固定块用于安装所述同步轮，所述底座呈三角形，所述底座设置有中心孔，所述中心孔用于所述伺服电机穿设。

与现有技术相比，本发明至少具备以下有益效果：

本发明的技术方案中，所述欠驱动变刚度柔性机器人述变刚度部件包括多个变刚度机构，各个所述变刚度机构架设在所述输出部件和所述定位部件之间，所述变刚度机构的第一端相互间隔地与所述输出部件连接，每个所述变刚度机构的第二端相互间隔地套设在所述定位部件上，每个所述变刚度机构的所述第二端能在所述定位部件上沿不同角度的滑移路径滑动，所述定位部件用于调整所述变刚度机构的所述第二端在所述定位部件上的相对位置来控制所述输出部件的位置，从而起到定位的作用，所述变刚度机构并联在所述输出部件上为所述输出部件提供柔性支撑，同时变刚度部件能主动调节欠驱动变刚度柔性机器人输出的刚度，每个所述变刚度机构单独变化的刚度通过并联的所述输出机构进行输出，增加了所述欠驱动变刚度柔性机器人刚度的调整精度，多个所述变刚度机构的结合能更加精确的调整所述输出部件的位置，解决了机器人无法同时兼顾定位精度和柔性交互的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明提出的一种欠驱动变刚度柔性机器人的结构示意图；

图2为本发明提出的一种欠驱动变刚度柔性机器人的变刚度机构结构示意图；

图3为本发明提出的一种欠驱动变刚度柔性机器人的变刚度机构与相邻元件连接的结构示意图；

图4为本发明提出的一种欠驱动变刚度柔性机器人定位部件结构示意图。附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				1	变刚度部件	108	第二端
2	输出部件	401	固定板
				3	定位部件	402	第一万向节
4	第一连接部	403	锁止离合器
				5	第二连接部	404	第二万向节
102	记忆合金棒	301	伺服电机
				103	第一端	302	同步带
104	导向部件	303	底座
				105	丝杠	304	导轨
106	滑动部件	305	检测装置
				107	步进电机

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出一种欠驱动变刚度柔性机器人；

请参考图1至图4，为实现上述目的，本发明提出一种欠驱动变刚度柔性机器人，包括依次相连的输出部件2、变刚度部件1和定位部件3；

所述变刚度部件1包括多个变刚度机构，各个所述变刚度机构架设在所述输出部件2和所述定位部件3之间，每个所述变刚度机构的第一端103相互间隔地与所述输出部件2连接，每个所述变刚度机构的第二端108相互间隔地套设在所述定位部件3上，每个所述变刚度机构的所述第二端108能在所述定位部件3上沿不同角度的滑移路径滑动，所述定位部件3用于调整所述变刚度机构的所述第二端108在所述定位部件3上的相对位置，以控制所述输出部件2的位置，所述变刚度机构并联在所述变刚度部件1上为所述变刚度部件1提供柔性支撑，同时变刚度部件1能主动调节欠驱动变刚度柔性机器人输出的刚度，每个所述变刚度机构单独变化的刚度通过并联的所述输出机构进行输出，增加了所述欠驱动变刚度柔性机器人刚度的调整精度，同时多个所述变刚度机构的结合能更加精确的调整所述变刚度部件1的位置，这样的结构解决了机器人无法同时兼顾定位精度和柔性交互能力的问题。

优选的，还包括连接部件，所述连接部件用于所述变刚度部件1与所述输出部件2和所述定位部件3的连接；所述连接部件包括第一连接部4和第二连接部5，所述第一连接部4用于所述变刚度部件1和所述输出部件2的连接，所述第二连接部5用于所述变刚度部件1和所述定位部件3的连接，采取所述连接方式能稳定的将所述变刚度部件架设在所述定位部件上。

优选的，所述第一连接部4包括第一万向节402和固定板40，所述固定板401固定连接在所述输出部件2上，所述固定板401与所述变刚度部件1之间连接有第一万向节402；所述第二连接部5包括第二万向节404和锁止离合器403，所述锁止离合器403与所述变刚度部件1之间连接有第二万向节404，所述锁止离合器403套设在所述定位部件3上，所述锁止离合器403用于同步所述变刚度部件1的第二端108与所定位部件3的移动，选用锁止离合器403适用于本机器人的使用场合，增加了使用的稳定性。

优选的，所述输出部件2为输出法兰，所述输出法兰用于输出所述欠驱动变刚度柔性机器人的刚度，每个所述变刚度机构的第一端103通过所述第一连接部4并联在所述输出法兰上，每个所述变刚度机构的第二端108通过所述第二连接部5套设在所述定位部件3上，选用输出法兰能更好的与外部装置进行固定，同时并联的变刚度机构能起到一定的被动柔顺作用。

优选的，所述变刚度机构包括驱动部件、第一端103、导向部件104、滑动部件106、记忆合金棒102和第二端108；所述第一端103为输出端，所述输出端与所述第一连接部4相连；所述第二端108为固定部件，所述固定部件与所述第二连接部5相连；所述导向部件104沿长度方向设置于所述固定部件和所述输出端之间；所述滑动部件106活动穿设于所述导向部件104以及所述记忆合金棒102上，所述滑动部件106与所述驱动部件连接；所述记忆合金棒102与所述固定部件相连；所述驱动部件用于驱动所述滑动部件106于所述导向部件104上移动，以调整所述记忆合金棒102朝向所述输出端的一端伸出所述滑动部件106的长度，并调整所述滑动部件106与所述输出端之间的距离，从而调整所述机器人变刚度机构的刚度。本发明的技术方案中，当所述滑动部件106向下滑动时，所述滑动部件106与所述输出端距离变短，所述记忆合金棒102朝向所述输出端伸出所述滑动部件106的长度变短，所述输出端输出的刚度变大，当所述滑动部件106向上滑动时，所述滑动部件106与所述输出端距离变长所述记忆合金棒102朝向所述输出端伸出所述滑动部件106的长度变长，所述输出端输出的刚度变小。因此，利用记忆合金的材料特性，能达到主动改变装置刚度的效果；变刚度机构具有调整自身刚度能力，从而使输出端的刚度能够快速调整，提升所装载机械的适应性，在不损害机械工作效率的前提下进一步提高了机械作业的安全性。

优选的，所述驱动部件包括相互连接的步进电机107和丝杠105，所述丝杠105穿过所述固定部件与所述滑动部件106连接；所述步进电机107通过驱动所述丝杠105运动来调整所述记忆合金棒102朝向所述输出端的一端伸出所述滑动部件106的长度，由于步进电机107结构简单，使用方便，没有累计误差，控制结构也相对简单，比较适合变刚度机构的使用场合。

优选的，所述固定部件包括固定架，所述输出端包括固定底板，所述固定架与所述固定底板平行。

优选的，所述定位部件3包括底座303、动力部件、导轨304和检测装置305，所述导轨304有三根，三根所述导轨304依次连接构成一个封闭的三角形，所述导轨304架设在底座303上，所述检测装置305设置有多个，每一个所述检测装置305用于检测其中一所述变刚度机构的所述第二端108在对应导轨304上的滑移位置，所述动力部件通过所述锁止离合器403带动所述变刚度机构的第二端108在所述导轨304上滑动。

优选的，所述动力部件，包括伺服电机301、同步轮和同步带302，所述同步轮数量为多个，所述同步轮用于张紧所述同步带302，所述伺服电机301穿过所述底座与所述同步轮相连上，其中一个所述同步轮与所述伺服电机301相连，其它所述同步轮固定连接在所述底座303上，所述同步带302套设在同步轮上，所述伺服电机301通过所述同步轮带动所述同步带302进行运动，所述同步带302通过所述锁止离合器403的离合控制所述变刚度机构的第二端沿导轨304滑动，选用伺服电机301是由于伺服电机301精度高、转速快、稳定。

优选的，所述底座303还包括固定块，所述固定块用于安装所述同步轮，所述底座303呈三角形，所述底座303设置有中心孔，所述中心孔用于所述伺服电机301穿设，固定块设置有4个，其中三个位于三角形的三个角上，剩余的一个位于三角形的一条变上，保证了同步带302的张紧并且同步带302与导轨304平行设置，使得运行顺畅。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种欠驱动变刚度柔性机器人，其特征在于，包括依次相连的输出部件、变刚度部件和定位部件；

所述变刚度部件包括多个变刚度机构，各个所述变刚度机构架设在所述输出部件和所述定位部件之间，每个所述变刚度机构的第一端相互间隔地与所述输出部件连接，每个所述变刚度机构的第二端相互间隔地套设在所述定位部件上，每个所述变刚度机构的所述第二端能在所述定位部件上沿不同角度的滑移路径滑动，所述定位部件用于调整所述变刚度机构的所述第二端在所述定位部件上的相对位置，以控制所述输出部件的位置。

2.根据权利要求1所述的一种欠驱动变刚度柔性机器人，其特征在于，还包括连接部件；

所述连接部件包括第一连接部和第二连接部，所述第一连接部用于所述变刚度部件和所述输出部件的连接，所述第二连接部用于所述变刚度部件和所述定位部件的连接。

3.根据权利要求2所述的一种欠驱动变刚度柔性机器人，其特征在于，所述第一连接部包括第一万向节和固定板，所述固定板固定连接在所述输出部件上，所述固定板与所述变刚度部件之间连接有第一万向节；所述第二连接部包括第二万向节和锁止离合器，所述锁止离合器与所述变刚度部件之间连接有所述第二万向节，所述锁止离合器套设在所述定位部件上，所述锁止离合器用于同步所述变刚度部件的第二端与所述定位部件的移动。

4.根据权利要求2所述的一种欠驱动变刚度柔性机器人，其特征在于，所述输出部件为输出法兰，所述输出法兰用于输出所述欠驱动变刚度柔性机器人的刚度，每个所述变刚度机构的第一端通过所述第一连接部并联在所述输出法兰上，每个所述变刚度机构的第二端通过所述第二连接部套设在所述定位部件上。

5.根据权利要求2所述的一种欠驱动变刚度柔性机器人，其特征在于，所述变刚度机构包括驱动部件、第二端、导向部件、滑动部件、记忆合金棒和第一端；

所述第一端为输出端，所述输出端与所述第一连接部相连；

所述第二端为固定部件，所述固定部件与所述第二连接部相连；

所述导向部件沿长度方向设置于所述固定部件和所述输出端之间；所述滑动部件活动穿设于所述导向部件以及所述记忆合金棒上，所述滑动部件与所述驱动部件连接；

所述记忆合金棒与所述固定部件相连；

所述驱动部件用于驱动所述滑动部件于所述导向部件上移动，以调整所述记忆合金棒朝向所述输出端的一端伸出所述滑动部件的长度，并调整所述滑动部件与所述输出端之间的距离，从而调整所述机器人变刚度机构的刚度。

6.根据权利要求5所述的一种欠驱动变刚度柔性机器人，其特征在于，所述驱动部件包括相互连接的步进电机和丝杠，所述丝杠穿过所述固定部件与所述滑动部件连接；所述步进电机通过驱动所述丝杠运动来调整所述记忆合金棒朝向所述输出端的一端伸出所述滑动部件的长度。

7.根据权利要求5所述的一种欠驱动变刚度柔性机器人，其特征在于，所述固定部件包括固定架，所述输出端包括固定底板，所述固定架与所述固定底板平行。

8.根据权利要求3所述的一种欠驱动变刚度柔性机器人，其特征在于，所述定位部件包括底座、动力部件、导轨和检测装置，所述导轨有三根，三根所述导轨依次连接构成一个封闭的三角形，所述导轨架设在底座上，所述检测装置设置有多个，每一个所述检测装置用于检测其中一所述变刚度机构的所述第二端在对应导轨上的滑移位置，所述动力部件通过所述锁止离合器带动所述变刚度机构的第二端在所述导轨上滑动。

9.根据权利要求8所述的一种欠驱动变刚度柔性机器人，其特征在于，所述动力部件包括伺服电机、同步轮和同步带，所述同步轮数量为多个，所述同步轮用于张紧所述同步带，所述伺服电机穿过所述底座与所述同步轮相连，其中一个所述同步轮与所述伺服电机相连，其它所述同步轮固定连接在所述底座上，所述同步带套设在同步轮上，所述伺服电机通过所述同步轮带动所述同步带进行运动，所述同步带通过所述锁止离合器的离合控制所述变刚度机构的第二端沿导轨滑动。

10.根据权利要求9所述的一种欠驱动变刚度柔性机器人，其特征在于，所述底座还包括固定块，所述固定块用于安装所述同步轮，所述底座呈三角形，所述底座设置有中心孔，所述中心孔用于所述伺服电机穿设。

Images