CN112936336A - 一种多种连续体机器人模块化单元、连续体机器人及应用 - Google Patents

Abstract

本发明属于连续体机器人技术领域，尤其涉及公开了一种多种连续体机器人模块化单元、连续体机器人及应用，涉及十种连续体机器人模块化单元构型，十种模块化单元构型根据其特征可以应用于微创医疗、深腔检修等作业任务。通过弹簧、柔顺机构、间隔圆盘、柔性杆、柔性片、紧定锁紧环等构成了其中七种单元构型可实现连续体机器人模块化的变刚度特征。另外三种，第一种是在模块化单元中布置电机，实现了构型上的解耦问题。第二种是柔性片与柔性杆交错构成的模块化单元，保证连续体机器人具有一定的抗扭刚度，又能实现连续臂连续弯曲的柔顺特性。第三种是离散连续体机器人，使用虎克铰链保证了结构的抗扭刚度，柔性片提高了柔性臂的柔顺适应性。

Description

一种多种连续体机器人模块化单元、连续体机器人及应用

技术领域

本发明属于连续体机器人技术领域，尤其涉及一种多种连续体机器人模块化单元、连续体机器人及应用。

背景技术

目前，自第一次工业革命以来，机器从机械化到电气化再到可编程的刚体机器人，刚体机器人在工业生产中被广泛使用，并且可以被具体地编程来执行单一任务，在非结构化的环境中作业时或与人交互时刚性机器人面临着诸多问题；刚体机器人是由刚性连接的关节构成的，导致其与人类的交互时存在诸多的安全问题。在工程应用中，一种常见的做法是将工厂中的人和机器人工作空间分开，以减少机器人伤人的事件，这种空间分隔将会增大产业投资的成本和机器人运作效率的相对低下。

为进一步拓展机器人的应用领域，尤其是在非结构化的环境中，受藤类等植物、章鱼、海星及尺蠖等生物体启发提出了一种连续体机器人，连续体机器人拥有无限自由度，然其无限冗余度产生的柔顺和适应性在20多年来受到了广泛关注，进一步的连续体机器人顺应性与适应性在休闲娱乐(大型游乐场等)、健康医疗、餐饮服务、探测救援、航空发动机/机翼检修(软体机器人蜕变后的新兴工业机器人)及家用等方面有着广阔的应用前景。然而连续体机器人问题之一是，在执行任务时刚度较低，例如；手术机器人方面：虽然IntuitiveSurgical公司以及国内北京术锐等其它公司都推出了单孔手术机器人，单孔手术孔径在5mm或更小时难以保证其足够的刚度去完成相应的手术任务。深腔探测机器人方面：连续体机器人可以凭借自身柔顺适应性到达指定位置，难以执行负载较大维护任务。其他：连续体机器人在抓取任务时执行臂存在刚度不足的问题。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

(1)连续体机器人执行体构型抗弯和抗扭刚度较低；难以实现执行体构型的变刚度。

(2)连续体机器人可以凭借自身柔顺适应性到达指定位置，难以执行负载较大维护任务。

(3)以柔性杆穿过间隔盘构型连续柔性臂，间隔盘的周向及轴向定位问题。

(4)连续体机器人构型电机与执行体以分开设计为主；这样导致电机驱动绳索段数增大结构耦合效应就越发明显。

解决以上问题及缺陷的难度为：解决连续体机器人抗弯和抗扭刚度比较困难；解决连续体负载能力提高难；间隔圆盘的轴向和周向定位难度系数一般；解决连续体机器人驱动的耦合问题难。

解决以上问题及缺陷的意义为：连续体机器人构型的柔顺适应性，在深腔探测、医疗、服务等行业展现出广阔的应用前景，由于连续体柔性臂构型的抗弯、抗扭、难以实现变刚度等问题，桎梏连续体机器人进一步发展，为解决上述问题本发明提出连续体机器人柔性臂的十种构型，为实现连续体机器人在各个领域的应用有着重要的意义。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种多种连续体机器人模块化单元、连续体机器人及应用。连续体柔性机械臂在复杂的非结构环境中工作时，根据任务需求连续体柔性机械臂刚度应在一定范围可调，然而，现有的连续体柔性机械臂构型刚度要么不可调控，要么调控效果不好；另外，现有的柔性机械臂抗弯及抗扭刚度较低。本发明提供了多种连续体机器人模块化单元构型，试图为解决连续体柔性机械臂变刚度、为提高连续体机器人抗弯扭性能提供更多的思路。

本发明部分构型可用于变刚度连续体机器人执行臂的设计，变刚度的连续体机器人执行臂是由多段连续臂组成，每段连续臂是由多个变刚度连续体模块组成，变刚度连续体机器人能够在穿过狭窄/拥塞的空间完成微创手术、航空发动机/机翼的检查、维修以及救援任务等。

本发明是这样实现的，一种多种连续体机器人模块化单元，所述多种连续体机器人模块化单元包括十种构型；

构型一采用短节和长节交错布局，长短布局的柔性片可以实现连续体机器人具有一定的抗弯和抗扭刚度；

构型二由弹性杆或弹性片阵列在柔性片之间并与圆盘连接；改变柔性片之间布局的弹性板或弹性杆之间的距离，可以实现连续体柔性臂结构的变刚度；

构型三是一种长节与短节交错的构型，长节使用柔性杆，短节使用四个柔性片；短节柔性片可以提高连续体柔性臂的抗弯及抗扭刚度，长节柔性杆根据杆结构的各向同性特性可以实现连续体柔性臂在不同方向的连续弯曲变形；

构型四是伸缩变刚度结构；包括弹簧、圆盘、弹性杆、柔性管；特征在于弹性杆或弹性管的推拉可以实现较大范围的伸缩并实现连续体柔性臂刚度的变化；

构型五特征在结构主骨的推拉可以实现结构次骨在柔性管中伸缩实现连续臂的变刚度；

构型六特征是结构主骨的推拉可以实现结构次骨在柔性管中伸缩实现连续臂的变刚度；

构型七的特征是将电机布局连体柔性臂单元化模块构型中，特征包括电机、柔性片、弹性杆、圆盘；

构型八是离散的连续体构型，特征包括虎克铰链、柔性片、圆盘；

构型九是压缩变刚度的连续体结构，特征包括圆盘、柔性片、压缩变刚度结构；

构型十是磁控变刚度构型，包括圆盘、磁性套筒、弹性杆。

进一步，所述构型一的长节柔性片与短节柔性片均是由和圆盘压紧连接组成，所述的圆盘包括上盘、中盘及下盘。构型二中的一个模块单元仅包含一个长节的柔性板；构型三的长节是由四个柔性杆组成，短节是由四个柔性板组成；长杆和短板的交替组合提高了连续体柔性臂的刚度。构型四中的套筒为一种柔性管，改变柔性套筒的长度与厚度均可以实现连续体柔性臂的变刚度。

进一步，所述构型五中柔性套管与柔性杆选用的是相同的材质，柔性管的长度是根据需要长度和厚度是可变的；构型六构型的圆盘无需固定，通过弹簧限位，该结构具有良好柔顺适应性；构型七中电机的布局特征可实现连续柔性臂在结构上的解耦。

进一步，所述构型八在传统蛇形机器人结构的基础上，每一个模块单元中增加了一个连续的柔性片；构型九压缩变刚度的结构是类八字柔性材料构成，通过柔索拉压实现底部结构变刚度；构型十磁性套筒在弹性杆上不固定，通过磁控实现连续柔性臂的变刚度；连续变刚度八字型柔性材料，需要在圆周切割多个U型槽。

进一步，所述的圆盘包括固定盘和间隔盘，根据固定的柔性片和弹性杆的种类圆盘分为两种分别是固定盘和间隔盘，固定柔性片的固定盘和间隔盘采用的是三层不同圆盘通过压紧限位的方式固定，弹性杆与圆盘的固定方式采用上下紧定螺钉方式固定。

进一步，所述的弹性杆与圆盘固定，采用的是上下两个锁紧环与圆盘通过铆接或螺栓杆上下贯通连接，锁紧环通过紧定螺钉固定在弹性杆上。

进一步，根据构型需要柔性片间可以浇注硅胶，柔性片宽度、长度、厚度，以及两个柔性片的间距都调整连续柔段的变刚度特征。

进一步，构型八的虎克铰链是通过螺栓杆与连续的柔性片进行连接的。

进一步，构型四中的弹簧作用是限位圆盘，与圆盘不采用任何连接方式。

本发明的另一目的在于提供一种连续体机器人，基于所述的连续体机器人模块化单元，将多个连续体模块化单元构型组合，再通过若干柔索或若干杆穿过孔，便构成满足不同应用功能的连续体机器人。

本发明的另一目的在于提供一种智能终端，所述智能终端搭载有所述的连续体机器人。

结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：

本发明中固定盘由三种结构圆盘组成三个圆盘有顺序要求，正确组装三个圆盘可以实现与柔性片的有效定位。柔性片包括长的柔性片和短的柔性片，更换柔性片厚度、宽度及两两柔性片之间的间距，均可改变当前段连续体机器人执行臂的刚度。短柔性片调整其厚度及宽度及两两柔性片之间的间距，均可提高当前段连续体机器人执行臂的刚度。本发明中长柔性片节段与短柔性片节段是通过螺栓将其交错连接，保证连续体机器人有足够的抗扭刚度。本发明中柔性片的定位通过将折弯部分卡在中间板的槽中，通过上下压板进行固定的。中间板的槽采用的是通孔加工，中间板的厚度为柔性片厚度的两倍。在中间板槽中加入了相应弹性材料，能够保证柔性片能被上下压板压紧。本发明是是由长柔性片节段与短柔性片节段交错联接组成，每节段是由四个柔性片组成，两两柔性片之间间隔一定的距离在承受外载荷时具有较高的抗弯刚度，同时也具有较高的抗扭刚度。

同时本发明涉及十种连续体机器人模块化单元构型，十种模块化单元构型根据其特征可以应用于微创手术、探测救援、航空发动机/机翼检修等作业任务。连续体机器人拥有无限冗余度，致其构型有着良好的柔顺性和适应性，但是连续体机器人低负载桎梏其应用范围。为了进一步拓展连续体机器人应用，本发明展示了十种模块化单元构型，其中有七种结构可以实现连续体机器人执行体结构变刚度特征。在模块化单元中布置电机，将连续体柔性臂控制耦合问题转变成多段柔性臂的协同问题，易于实现连续体机器人的控制。本发明提出一种柔性片与柔性杆交错构成连续体机器人模块化单元，既保证连续体机器人具有一定的抗扭刚度，又能实现连续臂连续弯曲的柔顺特性。本发明还提出了一种(构型十)离散连续体机器人，特征在于使用虎克铰链保证了结构的抗扭刚度，柔性片的使用提高了柔性臂的柔顺适应性。本发明给出了十种连续体机器人模块化单元构型对应用于微创手术、探测救援、航空发动机/机翼检修等作业任务连续体机器人有着重要的意义。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，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获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的间隔圆盘结构示意图。

图2是本发明实施例提供的是第一种连续机器人柔性臂单元构型图。

图3是本发明实施例提供的第一种连续机器人柔性臂结构图。

图4是本发明实施例提供的是第二种连续机器人柔性臂单元构型图。

图5是本发明实施例提供的是第二种连续机器人柔性臂结构图。

图6是本发明实施例提供的是第三种连续机器人柔性臂单元构型图。

图7是本发明实施例提供的是第三种连续机器人柔性臂结构图。

图8是本发明实施例提供的是第四种连续机器人柔性臂结构图。

图9是本发明实施例提供的是第五种连续机器人柔性臂单元构型图。

图10是本发明实施例提供的是第五种连续机器人柔性臂结构图。

图11是本发明实施例提供的是第六种连续机器人柔性臂单元构型图。

图12是本发明实施例提供的是第六种连续机器人柔性臂结构图。

图13是本发明实施例提供的是第七种连续机器人柔性臂单元构型图。

图14是本发明实施例提供的是第七种连续机器人柔性臂单元结构图。

图15是本发明实施例提供的是第八种连续机器人柔性臂单元构型图。

图16是本发明实施例提供的是第八种连续机器人柔性臂结构图。

图17是本发明实施例提供的是第九种连续机器人柔性臂单元构型图。

图18是本发明实施例提供的是第九种连续机器人柔性臂结构图。

图19是本发明实施例提供的是第十种连续机器人柔性臂单元构型图。

图20是本发明实施例提供的是第十种连续机器人柔性臂结构图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种多种连续体机器人模块化单元、连续体机器人及应用，下面结合附图对本发明作详细的描述。

下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步的描述。

实施例1

本发明第一种连续体机器人模块化单元构型包括：固定盘或间隔盘11、长柔性片103、短柔性片105。

进一步的，固定盘由上固定盘101、中间固定盘102及下固定盘104三种结构圆盘组成，三个圆盘有顺序要求，正确组装三个圆盘可以实现与柔性片的有效定位。

进一步的，柔性片包括长的柔性片103和短的柔性片105，更换柔性片厚度、宽度及两两柔性片之间的间距均可改变当前段连续体机器人执行臂的刚度；连续体机器人模块化单元的每一小节段，是由长的柔性片103和短的柔性片105，通过固定盘11分开。其中，在固定盘11的周围布局一圈引线孔101-2，该引线孔101-2为驱动柔索过孔。

进一步的，短柔性片105调整其厚度及宽度及两两柔性片之间的间距，均可提高当前段连续体机器人执行臂的刚度。

进一步的，长的柔性片103布局在其中两个固定盘11之间；短的柔性片105布局在另外两个固定盘中间。一个单元构型包括4个长柔性片103、4个短柔性片105、三个固定盘11长柔性片103组成的节段和短柔性片105组成的节段，通过中间连接板将两个子单元组成一个连续体机器人模块化单元。长柔性片103节段与短柔性片105节段是通过螺栓将其交错连接，保证连续体机器人有足够的抗扭刚度。

进一步的，柔性片是通过柔性材料折弯加工而成的；柔性片的定位通过将折弯部分卡在中间固定板102的槽中，通过上固定板101和下固定板104进行固定的。中间固定板102的槽采用的是通孔加工，上固定板101和下固定板104的厚度应为中间固定板102的两倍，以便减少连续柔性机械臂的重量。在中间板槽中加入了相应弹性材料，能够保证柔性片能被上、下固定板压紧。

进一步的，一种连续体机器人模块化单元构型。

与现有技术相比，第一种发明方案有以下技术效果：本发明是是由长柔性片节段与短柔性片节段交错联接组成，每节段是由四个柔性片组成，两个柔性片之间间隔一定的距离在承受外载荷时具有较高的抗弯刚度，同时也具有较高的抗扭刚度。

实施例2

第二种连续体机器人的模块化单元2-1等，特征包含固定盘、柔性片205和中间杆204。所述的固定盘用来固定和限位柔性片的布局。所述的柔性片是一种高弹性的材料。所述的中间杆204是一种弹性模量高于柔性片205的材料，根据需求的不同刚度，可以根据需求来调节中间杆204之间的间距。

进一步的连续体机器人模块化单元上下对称布置。

进一步的上下圆盘分别由三个不同的圆盘组成。

进一步的圆盘在边缘内侧布局一圈引线孔,圆盘的中部有一个直径稍大的导线孔。

与现有技术相比，第二种发明方案有以下技术效果：本发明每一小节段是由四个柔性片组成，在柔性片的之间有一个弹性模量较大的中间杆。调整每排中间杆204的间距，可以改变单模块连续体机器人的刚度，增加一排中间杆相当于减少一层固定盘，更为有效的是加一排中间杆和在该位置布局固定盘具有同样刚度，该方案另一个突出优点是减小模块化连续体机器人执行体的质量。

实施例3

第三种连续体机器人的模块化单元，特征包括柔性片305、柔性杆304和固定盘。所述的柔性片305至少包含一个长的或一个短的柔性片305；所述的柔性杆304至少包含一个长的或一个短的柔性杆305；所述的固定盘一段至少包含三个圆盘。

进一步的连续体机器人的模块化单元3-1等是由两部分交错的圆盘组成。

进一步的两个交错的圆盘部分，采用了两种构型的连接方式。

进一步的较短的部分采用的是柔性片305连接，较长的部分采用的是弹性杆304。

进一步的将弹性杆304连接的节段与柔性片305连接的节段交错连接组成连续体机器人的模块化单元。

与现有技术相比，第三种发明方案有以下技术效果：本发明是由两种构型节段交错构成，较短的部分选用的是四个柔性片305连接两个固定盘。较长的部分采用四个弹性杆304连接固定盘。较短的连接部分保证连续体机器人执行体具有较高的抗扭刚度，弹性杆304各向同性可以实现连续体机器人在任意方向上的弯曲。

实施例4

第四种连续体机器人模块化单元4-1等，特征包括弹性管44、弹性杆42，弹簧43、圆盘41。所述是圆盘包括间隔盘45和固定盘41。所述的弹簧43应恰好嵌套在弹性杆42或弹性管44上。所述的固定盘仅有末端与首端固连。

优选的弹簧43使圆盘具有等间隔的距离。

优选的推拉弹性杆可以实现连续体机器人的变刚度。

优选的可以将该结构圆盘做到小于4mm，实现连续体机器人的微型化。

与现有技术相比，第六种发明方案有以下技术效果。

本发明可以实现连续体机器人微型化，通过弹簧无固定方案进一步限位圆盘，增大连续体机器人的柔顺和适用性，在无创手术方面有着潜在的应用价值。

实施例5

第五种连续体机器人模块化单元5-1等，特征包括圆盘513、弹性管514、弹性杆512。所述的圆盘包括间隔盘和固定盘，所述的弹性杆512包括结构主杆512和结构次杆(杆代替索)；所述的固定盘需固结在结构主杆512上；所述的结构主杆512特征在于可以实现推拉效应以实现连续体机器人结构的变刚度。

优选的法兰套筒固定在圆盘的两侧，弹性管通过紧定螺钉固定在法兰套筒上。

优选的结构次骨/杆仅与结构末端圆盘固连。

优选的在通过推拉主杆512可以实现连续体机器人变刚度。

与现有技术相比，第五种发明方案有以下技术效果：本发明提供的多杆连续体机器人的一种构型，该发明优势在于通过推拉主杆可以实现连续体机器人的结构刚度的变化。

实施例6

第六种连续体机器人模块化单元，特征包括弹性管613、弹性杆，弹簧612、圆盘611。所述的弹簧612应恰好嵌套在弹性杆或弹性管613上。所述的固定盘611仅有末端与首端固连。

优选的弹性杆包括弹性主杆615和弹性次杆614。

优选的弹簧612使圆盘611具有等间隔的距离。

优选的推拉弹性杆可以实现连续体机器人的变刚度。

与现有技术相比，第六种发明方案有以下技术效果。

本发明可以实现连续体机器人柔性臂拥有较大的刚度，因为推拉弹性杆结构次杆614缩短和弹簧612的压缩都增加了连续体机器人执行臂的刚度，该构型发明的主要优势就是可以显著提高连续体机器人的刚度变化。

实施例7

第七种连续体机器人模块化单元7-1等，特征包括圆盘713、电机711、弹性杆712。所述的电机固定在连续体机器人单元模块中。

优选的电机711的模块化处理，解决了多段耦合的问题。

优选的电机711的布局方式减少了结构的抗扭刚度。

优选的柔索通过圆盘周围通孔与电机相连。

与现有技术相比，第七种发明方案有以下技术效果。

本发明实现了连续体机器人在结构上的解耦，同时也具有良好的柔顺适应性。结构较为简单，易于实现连续体机器人的分段控制，将连续体机器人各段之间耦合问题转化为连续体机器人各段的协同问题，易于实现连续体机器人的精确控制。

实施例8

第八种混合式连续体机器人模块化单元，特征包括虎克铰链814、柔性片813、圆盘811等。所述的圆盘包括上盘、中盘及下盘；

优选的虎克铰链814通过杆轴结构与圆盘连接；

优选的所述的杆轴结构指的是螺母和螺杆结构；

优选的柔索通过圆盘周围丝孔限位，当电机拉动柔索时虎克铰链运动到相应的位姿；当柔索的拉力较大时，柔性片所在连续部分会产生柔性弯曲，以适用更为复杂的环境。

与现有技术相比，第八种发明方案有以下技术效果：本发明提出了一种离散连续体机器人的模块化单元，该类连续体机器人不仅拥有蛇形机器人刚度，同时还具有连续体机器人柔顺适应性。这种离散连续体机器人结构简单，易于加工。

实施例9

第九种连续体机器人模块化单元9-1等，特征包括圆盘911、轴向及周向紧定环914、锥形柔性管913。所述的圆盘包括间隔盘和固定盘；所述的锥形柔性管913具有压缩变刚度的特征。

优选的圆盘的限位方式是通过轴向及周向紧定环914来实现；

优选的柔索通过圆盘拉动，锥形柔性管压缩变形实现连续体变刚度特性。

优选的连续体的变刚度使得执行体在作业时具有足够的刚度。

与现有技术相比，第九种发明方案有以下技术效果：本发明可以拉压变刚度的特性，更为主要的是结构简单，易于固定。轴向和周向紧定固定环使得连续体柔性臂具有一定的抗扭刚度。将多个连续体模块化单元组装在一起，在通过圆盘周围的丝孔穿上柔索就组成连续体机器人的执行体。该结构简单

实施例十

第十种连续体机器人模块化单元10-1等，特征包括圆盘1003、柔性套管1002、弹性杆1001。所述的弹性杆为无磁性的柔性材料；所述的刚性套管具有磁性。

优选的圆盘通过螺栓杆贯穿固定在锁紧环上。

优选的刚性套管嵌套在弹性杆上。

优选的通过电磁遥操控平台，可以遥操动改变刚性套管的位置，进而可以改变连续体执行臂的刚度。

与现有技术相比，第十种发明方案有以下技术效果：本发明可以通过遥操作改变连续体柔性臂的刚度，结构简单，易于实现。

通过上述实施例，本发明实施例提供的连续体机器人模块化单元包括十种构型，构型一其特征在于布局了短节柔性片105和长节柔性片的交错构型，该构型具有一定的抗扭刚度；构型二是由弹性杆或弹性板204，柔性片205及圆盘等组成；特征在于在改变两两柔性片之间布局的弹性板或弹性杆204距离，可以实现连续执行体结构的变刚度。构型三是一种长节柔性杆304与短节柔性片305交错的构型，特征在于长节使用四个柔性杆304，短节使用矩形阵列四个柔性片305，该结构优势在一个单元连续体模块，短节保证了单元模块的抗扭刚度，长节使用杆的各向同性特性实现连续体柔性臂在不同方向的变形运动。构型四是一种可压缩变刚度的连续体柔性臂结构；特征在于仅对首端圆盘固定，其他圆盘通过弹簧43实现等距间隔；前一部分的杆或杆嵌套在后一部分的柔性管44中；该构型的弹簧43间隔结构易于连续体柔性臂的微型化并具有良好的顺应特性。构型五特征在于结构主骨的推拉可以实现结构次骨在柔性管中伸缩从而实现连续臂的变刚度。构型六是一种伸缩变刚度结构；特征包括弹簧612、圆盘611、弹性杆615、柔性管613。构型七的特征是将电机布局连体柔性臂单元化模块构型中，特征包括电机711、弹性杆712、圆盘713。构型八是一种离散的连续体构型，特征包括虎克铰链814、柔性片813、圆盘。离散连续体模块化单元中，虎克铰链814是通过螺栓杆与连续的柔性片进行连接的。每一个模块单元中增加了一个连续的柔性片，虎克铰链814保证了机器人抗扭刚度，在复杂环境中作业柔性片可以连续弯曲使得机器人具有更好的柔顺适应性。构型九是一种压缩变刚度的连续体结构，特征包括圆盘911、柔性片913、压缩变刚度结构。通过柔索拉压便可以实现底部结构变刚度。构型十是一种磁控变刚度构型，特征包括圆盘1003、磁性套筒1002、弹性杆1001。特征在于磁性套筒在弹性杆上不固定，可以通过磁控实现连续柔性臂的变刚度。

连续体机器人模块化单元构型，将多个连续体模块化单元构型组合，再通过若干柔索或若干杆穿过孔，便构成了满足不同应用功能的连续体机器人。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多种连续体机器人模块化单元，其特征在于，所述多种连续体机器人模块化单元包括十种构型；

构型一采用短节和长节柔性片的交错布局，长短布局的柔性片可以实现连续体机器人具有一定的抗弯和抗扭刚度；

构型二由弹性杆或弹性片阵列在柔性片之间并与圆盘连接；改变柔性片之间布局的弹性板或弹性杆之间的间距，可以实现连续体结构的变刚度；

构型三是一种长节与短节交错的构型，长节使用柔性杆，短节使用四个柔性片；特征在于短节柔性片保证了连续体柔性臂的抗扭刚度，长节柔性杆各向同性特性保证了连续柔性体结构的柔顺适应性；

构型四是伸缩变刚度结构；包括弹簧、圆盘、弹性杆、柔性管；特征在于弹性杆或弹性管的推拉可以实现较大范围的伸缩并实现结构刚度的变化；

构型五是在柔性管固定在圆盘上，在不同构节段改变柔性管的长度，可调整连续体柔性臂的刚度；

构型六特征是结构主骨的推拉可以实现结构次骨在柔性管中伸缩实现连续臂的变刚度；

构型七的特征是将电机布局连体柔性臂单元化模块构型中，特征包括电机、柔性片、弹性杆、圆盘；

构型八是离散的连续体构型，特征包括虎克铰链、柔性片、圆盘；

构型九是压缩变刚度的连续体结构，特征包括圆盘、柔性片、压缩变刚度结构；

构型十是磁控变刚度构型，包括圆盘、磁性套筒、弹性杆。

2.如权利要求1所述的多种连续体机器人模块化单元，其特征在于所述构型一的长节与短节均是由柔性片和圆盘连接组成；所述的圆盘包括上盘、中盘及下盘；构型三的长节柔性杆一端固定采用紧定环固定，另一端沉入圆盘内通过焊接完成固定；构型四的圆盘无需固定，特征在于通过弹簧限位，该结构具有良好柔顺适应性。

3.如权利要求1所述的多种连续体机器人模块化单元，其特征在于，所述构型五中柔性套管与柔性杆选用的是相同的材质，柔性管的长度是根据需要长度和厚度是可变的；构型七中电机的布局特征实现连续柔性臂在结构上的解耦。

4.如权利要求1所述的多种连续体机器人模块化单元，其特征在于，所述构型八在传统蛇形机器人结构的基础上，每一个模块单元中增加了一个连续的柔性片；构型九压缩变刚度的结构是类八字柔性材料构成，通过柔索拉压实现底部结构变刚度；构型十磁性套筒在弹性杆上不固定，通过磁控实现连续柔性臂的变刚度。

5.如权利要求3所述的多种连续体机器人模块化单元，其特征在于，所述的圆盘包括固定盘和间隔盘，根据固定的柔性片和弹性杆的种类固定盘和间隔盘在又分为两种，固定柔性片的固定盘和间隔盘采用的是三层不同圆盘通过压紧限位的方式固定，弹性杆与圆盘的固定方式采用上下紧定螺钉方式固定。

6.如权利要求2所述的多种连续体机器人模块化单元，其特征在于，根据需要柔性片间浇注硅胶，柔性片宽度、长度、厚度，以及两个柔性片的间距都调整连续柔段的变刚度特征。

7.如权利要求1所述的多种连续体机器人模块化单元，其特征在于，虎克铰链是通过螺栓杆与连续的柔性片进行连接的。

8.如权利要求1所述的多种连续体机器人模块化单元，构型四的特征在于，弹簧作用是限位圆盘，除每一构节的第一个圆盘外，其他圆盘与弹性杆不采用任何连接方式。

9.一种连续体机器人，其特征在于，基于权利要求1～8任意一项所述的连续体机器人模块化单元，将多个连续体模块化单元构型组合，再通过若干柔索或若干杆穿过孔，便构成满足不同应用功能的连续体机器人。

10.一种智能终端，其特征在于，所述智能终端搭载有权利要求9所述的连续体机器人。

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