CN113459127B - 自生长软硬一体化机器人及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自生长软硬一体化机器人及其应用，其包括柔性机械臂、软体自生长单元、第六导向支撑件、生长气源、控制系统，所述软体自生长单元为至少两个；柔性机械臂包括支撑单元、驱动单元、执行单元，所述驱动单元与支撑单元相连且支撑单元能为驱动单元提供支撑，所述执行单元与驱动单元相连且驱动单元能驱动执行单元运动；所述驱动单元与控制系统相连且控制系统能控制驱动单元带动执行单元按设定要求进行弯曲运动。本申请首次提出自生长软硬一体化机器人，将软体自生长单元与柔性机械臂有机结合，且能够满足核电站内控制棒驱动机构的检测需要。进一步，本申请提出一种全新的检测策略，其能大幅提升检测速度，具有较高的应用价值。

Description

自生长软硬一体化机器人及其应用

技术领域

本发明涉及软体机器人领域，具体为一种自生长软硬一体化机器人及其应用。

背景技术

控制棒驱动机构（简称：CRDM）是一种电磁驱动的机械装置。在压水堆中，控制棒驱动机构的作用是在垂直方向定位控制棒组件（简称：CRA）。通过控制棒驱动机构改变或保持控制棒组件的垂直方向的高度，实现反应堆的启停，并在反应堆正常运行中，调节或维持堆芯的功率水平，以及在事故工况下，快速停堆。

在CAP1400系列核电站中，控制棒驱动机构除驱动杆部件外的其余部分均被一体化堆顶组件围筒包络在内，且排布紧密。在换料过程中，控制棒驱动机构随顶盖一同被吊离堆腔，放置于顶盖存放平台。由于存放平台本身空间狭小、一体化堆顶组件围筒拆除不易、可用于检查的窗口数量较少、尺寸较小、光线照明不足等问题，导致了按常规思路执行控制棒驱动机构检查工作，具有较高的难度。

为此，迫切需要一种新的装置，以解决上述问题。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种自生长软硬一体化机器人及其应用。本申请首次提出自生长软硬一体化机器人，将软体自生长单元与柔性机械臂有机结合，且能够满足核电站内控制棒驱动机构的检测需要。进一步，本申请提出一种全新的检测策略，其能大幅提升检测速度，具有较高的应用价值。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

自生长软硬一体化机器人，包括柔性机械臂、软体自生长单元、第六导向支撑件、生长气源、控制系统，所述软体自生长单元为至少两个；

柔性机械臂包括支撑单元、驱动单元、执行单元，所述驱动单元与支撑单元相连且支撑单元能为驱动单元提供支撑，所述执行单元与驱动单元相连且驱动单元能驱动执行单元运动；

所述驱动单元与控制系统相连且控制系统能控制驱动单元带动执行单元按设定要求进行弯曲运动；

所述软体自生长单元包括生长收纳箱、第六导向管、第六导向弯头、第六支座、生长电机、第六转轴、第六缠绕盘、柔性薄壁管、第六气动旋转接头、第六信号线、第六检测头、第六滑环，所述第六导向支撑件与执行单元的工作端板相连且执行单元能为第六导向支撑件提供支撑，所述第六导向弯头与第六导向支撑件相连且第六导向支撑件能为第六导向弯头提供支撑；

所述生长收纳箱与支撑单元相连且支撑单元能为生长收纳箱提供支撑，所述第六导向管与执行单元相连且执行单元能带动第六导向管同步移动；所述第六导向管的一端与第六导向弯头连通，所述第六导向管的另一端与生长收纳箱连通且第六导向管构成附着在执行单元上的、能为柔性薄壁管运动提供支撑和导向的导向通道；

所述生长电机通过第六支座与生长收纳箱相连且第六支座能为生长电机提供支撑，所述第六转轴设置在生长收纳箱内，所述第六转轴与设置在生长收纳箱内的轴承相连且第六转轴能相对生长收纳箱转动；所述第六缠绕盘与第六转轴相连且第六转轴能带动第六缠绕盘同步转动，所述生长电机的输出轴与第六转轴相连且生长电机通过第六转轴能带动第六缠绕盘转动；

所述柔性薄壁管的两端封闭，所述柔性薄壁管的一端缠绕在第六缠绕盘上，所述柔性薄壁管的另一端设置在第六导向管内且柔性薄壁管能沿第六导向管伸出或收缩；

所述柔性薄壁管通过第六气动旋转接头与生长气源相连且生长气源通过第六气动旋转接头能向柔性薄壁管内充气、放气；

所述第六信号线穿过柔性薄壁管，所述第六信号线的一端穿过柔性薄壁管充气时向外伸展的密封端，所述第六信号线的另一端穿过柔性薄壁管与第六缠绕盘相连的密封端；所述第六信号线向外伸展的一端与第六检测头相连，所述第六信号线上靠近第六缠绕盘的一端通过第六滑环与控制系统相连且第六检测头探测的信息能依次经第六信号线、第六滑环传递给控制系统并能避免第六信号线缠绕问题的发生；

所述生长电机与控制系统相连。

还包括气球，所述气球设置在第六信号线穿过柔性薄壁管充气时向外伸展的密封端，所述气球位于柔性薄壁管的外侧且气球能实现第六信号线与外界环境的柔性接触。

所述生长收纳箱包括一侧开口的第六箱体、与第六箱体相配合的第六盖板，所述第六盖板设置在第六箱体的开口上，所述第六箱体上还设置有与第六导向管相配合的第六导向开口。

所述生长收纳箱为矩形体。

还包括支撑推进单元，所述柔性机械臂与支撑推进单元相连且支撑推进单元能带动柔性机械臂在平面上运动；

所述支撑推进单元与控制系统相连。

本申请中，支撑推进单元作为自生长软硬一体化机器人的移动和定位部分，负责自生长软硬一体化机器人的定位和进给。

还包括与控制系统相连的显示装置。

本申请中，显示装置能够显示主机械臂目前的位置、自由生长机械臂目前的位置、机械臂下一个位置信息，显示遥控器实时控制状态，显示传感器实时状态、显示摄像头的状态等信息。

所述第六导向弯头由第七盖板、第七滚轮、第七旋转轴构成，所述第七滚轮、第七旋转轴分别为K个，K为自然数且K≥5；

所述第七旋转轴的一端与第六导向支撑件相连，所述第七旋转轴的另一端与第七盖板相连，所述第七滚轮设置在第七旋转轴上且第七滚轮能相对第七旋转轴转动；

所述第七旋转轴分为两组，两组第七旋转轴分别呈C型布置在第六导向支撑件上且两组第七旋转轴的开口方向相同，两组第七旋转轴之间构成与第六检测头相配合的第六导向通道且第六检测头能沿第六导向通道运动。

第六导向弯头的内排第七旋转轴由7个第七旋转轴构成且布置同一半径上，内排第七旋转轴中相邻两个之间的间距角为15°；第六导向弯头的外排第七旋转轴由13个第七旋转轴构成且布置同一半径上，外排第七旋转轴中相邻两个之间的间距角为7.5°。

前述自生长软硬一体化机器人的应用。

将该自生长软硬一体化机器人用于核电站的检查中。

将该自生长软硬一体化机器人用于CAP系列核电站、AP系列核电站的检查中。

将该自生长软硬一体化机器人用于控制棒驱动机构检查工作中。

包括如下步骤：

（1）在控制棒驱动机构外壁上设置若干个观察孔，将自生长软硬一体化机器人移动至一个观察孔开口处；

（2）控制系统启动柔性机械臂工作，从观察孔的开孔位置进入到检测位置一；当柔性机械臂末端到达检测位置一后，控制系统启动软体自生长单元工作，软体自生长单元的柔性薄壁管充气并带动第六检测头沿第六导向弯头向外伸出，深入到设定的检测位置采集数据；

（3）待检测位置一的数据采集完成后，控制系统控制柔性薄壁管带动第六检测头收回；而后，控制系统启动柔性机械臂工作，使柔性机械臂的末端到达检测位置二；接着，控制系统启动软体自生长单元工作，软体自生长单元的柔性薄壁管充气并带动第六检测头沿第六导向弯头向外伸出，深入到设定的检测位置采集数据；

（4）重复步骤（2）、（3），直到完成该观察孔的全部检测任务；

（5）待一个观察孔的检测任务完成后，控制系统依次控制柔性薄壁管带动第六检测头收回、控制柔性机械臂收回；而后，将自生长软硬一体化机器人移动至下一个观察孔开口处，重复步骤（2）、（3）、（4）；重复前述过程，直到对控制棒驱动机构内部检测全覆盖，即结束检测过程。

本申请的发明目的之一在于，提供一种自生长软硬一体化机器人，其是一种应用于CAP1400系列核电站中对控制棒驱动机构进行检查的柔性机器人。

本申请的发明目的之二在于，提供一种检测策略。基于改进后的检测策略，其能大幅提升检测效率，具有较高的应用价值。

本申请的柔性机械臂包括执行单元、支撑单元、驱动单元、连接组件、刚性组件；

所述执行单元包括工作端板、执行关节组件、固定端板、万向节，所述工作端板、执行关节组件、固定端板通过万向节依次相连并构成执行单元；

所述执行关节组件为N个，N为自然数且N≥2；每个执行关节组件由M个柔性臂关节构成，M为自然数且M≥1；

所述工作端板朝向固定端板的一侧设置有两个第一关节底座，所述第一关节底座相互平行设置，所述第一关节底座上设置有第一螺纹通孔，位于工作端板上的两个第一螺纹通孔采用同轴线设计；

将柔性臂关节的一面记为第一连接面，将柔性臂关节上与第一连接面相平行的一面记为第二连接面；所述第一连接面上、第二连接面上分别设置有两个第二关节底座，所述第二关节底座上设置有第二螺纹通孔；

单个柔性臂关节上，位于第一连接面上的两个第二关节底座上的第二螺纹通孔采用同轴线设计，位于第二连接面上的两个第二关节底座上的第二螺纹通孔采用同轴线设计，将第一连接面上的第二关节底座上第二螺纹通孔的轴线在第一连接面上的投影记为第一投影线，将第二连接面上的第二关节底座上第二螺纹通孔的轴线在第一连接面上的投影记为第二投影线，所述第一投影线与第二投影线所呈的夹角为90°；

所述固定端板朝向工作端板的一侧设置有两个第三关节底座，所述第三关节底座相互平行，所述第三关节底座上设置有第三螺纹通孔，位于固定端板上的两个第三螺纹通孔采用同轴线设计；

所述工作端板与相邻的柔性臂关节之间通过一个万向节与第一关节底座、第二关节底座的配合实现二自由度的转动连接，相邻两个柔性臂关节之间通过一个万向节与第二关节底座的配合实现二自由度的转动连接，所述固定端板与相邻的柔性臂关节之间通过一个万向节与第二关节底座、第三关节底座的配合实现二自由度的转动连接；

所述支撑单元包括电机箱体、密封板、连接电缆、水密插头、第一支座、第二支座、基线箱座，所述电机箱体呈两端开口的中空腔体，所述密封板分别设置在电机箱体的两端开口上且电机箱体与密封板构成驱动控制箱；

所述第一支座、第二支座分别为一组，所述第一支座与驱动控制箱相连且驱动控制箱能为第一支座提供支撑，所述第二支座与驱动控制箱相连且驱动控制箱能为第二支座提供支撑；

所述驱动单元包括驱动电机、主动轮、第一从动轮、第二从动轮、与第一从动轮相配合的第一驱动丝杠、与第二从动轮相配合的第二驱动丝杠、直线导轨、丝杠螺母，所述直线导轨、丝杠螺母分别为2个；

所述驱动电机设置在电机箱体的中空腔体内，所述驱动电机通过连接电缆与水密插头相连，所述驱动电机的输出轴与主动轮相连且驱动电机能带动主动轮转动；所述电机箱体上设置有与水密插头相配合的连接线孔，所述水密插头设置在连接线孔上；

所述第一支座、第二支座上分别设置有第二导向孔，所述第一支座为一组，所述第一支座与驱动控制箱相连且驱动控制箱能为第一支座提供支撑，所述第一驱动丝杠穿过第一支座且第一驱动丝杠能相对第一支座转动；

所述第二支座为一组，所述第二支座与驱动控制箱相连且驱动控制箱能为第二支座提供支撑，所述第二驱动丝杠穿过第二支座且第二驱动丝杠能相对第二支座转动；

所述第一从动轮、第二从动轮分别与主动轮相啮合，所述第一从动轮、第二从动轮对称设置在主动轮两侧且主动轮能带动第一从动轮、第二从动轮同步、同向、同速转动；

所述直线导轨与驱动控制箱相连且直线导轨能相对驱动控制箱保持静止，所述丝杠螺母分别设置在第一驱动丝杠、第二驱动丝杠上且丝杠螺母能分别沿第一驱动丝杠的轴向、第二驱动丝杠的轴向移动，所述丝杠螺母与直线导轨的滑块相连且直线导轨的滑块能对丝杠螺母进行限位；

所述第一驱动丝杠上的螺纹旋向与第二驱动丝杠的螺纹旋向相反，所述第一从动轮与第一驱动丝杠固定连接，所述第二从动轮与第二驱动丝杠固定连接且第一驱动丝杠上丝杠螺母的运动方向与第二驱动丝杠上丝杠螺母的运动方向相反；

沿工作端板至固定端板的方向，将执行关节组件依次记为第1个执行关节组件、……第i个执行关节组件、……第N个执行关节组件；i为自然数，i＞1且i≤N；

所述工作端板上设置有1组穿孔组件，第i个执行关节组件的柔性臂关节上沿其径向由内向外依次设置有i组穿孔组件，所述固定端板沿其径向由内向外依次设置有N组穿孔组件；

单组穿孔组件由4个穿线孔构成，单组穿孔组件内的4个穿线孔均布于同一圆周上，其中相对的2个穿线孔位于第一投影线上并构成第一斜线孔组，另外相对的2个穿线孔位于第二投影线上并构成第二斜线孔组；

第i个执行关节组件的柔性臂关节上，沿柔性臂关节的径向由内向外的方向，将穿孔组件依次记为第1个穿孔组件、第2个穿孔组件、……、第i个穿孔组件；

沿固定端板的径向由内向外的方向，将穿孔组件依次记为第1个穿孔组件、……第i个穿孔组件、……第N个穿孔组件；

所述驱动单元、连接组件分别为2N个，一组驱动单元对应一组连接组件；每组连接组件由2根连接绳构成，连接组件内的2个连接绳分别与驱动单元内的2个丝杠螺母对应连接，所述驱动单元通过其内的第一驱动丝杠、第二驱动丝杠能带动与第一驱动丝杠上丝杠螺母相连的连接绳相对与第二驱动丝杠上丝杠螺母相连的连接绳朝相反方向运动；

第1个执行关节组件以工作端板作为第1连接端板，一组驱动单元内第一驱动丝杠上的丝杠螺母、第二驱动丝杠上的丝杠螺母与一组连接组件内的两根连接绳对应连接且一组驱动单元能带动与其配合的连接组件内两根连接绳反向运动；

所述基线箱座的一端与驱动控制箱相连且驱动控制箱能为基线箱座提供支撑，所述基线箱座的另一端与固定端板相连且基线箱座能为固定端板提供支撑；

两组连接组件依次穿过第二导向孔、固定端板上的第1个穿孔组件、执行关节组件内柔性臂关节上的第1个穿孔组件并与工作端板上第1个穿孔组件中的第一斜线孔组、第1个穿孔组件中的第二斜线孔组对应连接；

第i个执行关节组件以第i个执行关节组件内最靠近工作端板的柔性臂关节为第i连接端板，两组连接组件依次穿过第二导向孔、固定端板上的第i个穿孔组件、执行关节组件内柔性臂关节上的第i个穿孔组件并与第i连接端板上第i个穿孔组件中的第一斜线孔组、第i个穿孔组件中的第二斜线孔组对应连接；

所述刚性组件分别设置于工作端板与相邻的柔性臂关节之间、相邻两个柔性臂关节之间、固定端板与相邻的柔性臂关节之间且刚性组件能赋予执行单元刚性；

单组刚性组件由4个支撑弹簧构成；单个刚性组件内的4个支撑弹簧呈正方形布置，所述支撑弹簧套设于连接绳上。

所述电机箱体为两端开口的多边形或圆形管体。

所述电机箱体为两端开口的矩形管体，所述第一支座、第二支座分别为两个，所述第一支座分别与电机箱体的两端开口相连，所述第二支座分别与电机箱体的两端开口相连，所述第一支座、第二支座对称设置在电机箱体上。

所述第一支座、第二支座与驱动控制箱构成刚性支撑体，所述刚性支撑体沿竖直方向的投影呈工字型，所述第一驱动丝杠通过轴承与第一支座相连，所述第二驱动丝杠通过轴承与第二支座相连，所述第一驱动丝杠与第二驱动丝杠相互平行设置。

还包括防护组件，所述防护组件套在刚性支撑体上且防护组件与刚性支撑体之间采用静密封。

所述直线导轨平行设置在驱动控制箱外壁上。

所述支撑单元还包括电机固定板、联轴器、电机驱动板，所述电机固定板、联轴器、电机驱动板分别位于电机箱体的中空腔体内，所述电机固定板与电机箱体相连且电机固定板能为电机箱体提供支撑，所述驱动电机与电机固定板相连且电机固定板能为驱动电机提供支撑，所述驱动电机的输出轴通过联轴器与主动轮相连且驱动电机能带动主动轮转动，所述驱动电机与电机驱动板电连接且电机驱动板能控制驱动电机的转动，所述电机驱动板电连接通过连接电缆与水密插头相连。

所述驱动电机通过联轴器与主动轮相连，所述联轴器与密封板之间采用动密封，所述密封板与电机箱体之间采用静密封。

还包括与第二导向孔相配合的第二导向件，所述第二导向孔分别设置于靠近基线箱座一侧的第一支座、靠近基线箱座一侧的第二支座上，所述第二导向件设置在第二导向孔上，所述第二导向件内设置有与连接绳相配合的导向通孔且第二导向件的导向通孔靠近基线箱座的一端呈喇叭状开口；

所述基线箱座上设置有第三导向件，所述第三导向件设置在基线箱座上，所述第三导向件内设置有与连接绳相配合的导向通孔且第三导向件的导向通孔朝向第二导向件的一端呈喇叭状开口，所述第二导向件的喇叭状开口与第三导向件的喇叭状开口相互配合能减少连接绳的磨损。

所述工作端板、柔性臂关节、固定端板上分别设置有中心通孔，所述工作端板的中心通孔、柔性臂关节的中心通孔、固定端板的中心通孔依次连通并构成第一工作通道。

还包括抓取单元，所述抓取单元包括转动支座、并联底座、抓取连杆、C型抓杆、抓取电机、抓取绳、复位弹簧、抓取控制系统，所述转动支座为至少三个，所述转动支座均布于工作端板上且工作端板能为转动支座提供支撑，所述C型抓杆呈C型，所述C型抓杆的一端与转动支座铰接且C型抓杆能相对转动支座转动；所述抓取连杆的一端与并联底座铰接，所述抓取连杆的另一端与C型抓杆中部铰接且并联底座通过抓取连杆能带动C型抓杆相对转动支座转动；

所述抓取绳的一端与抓取电机相连且抓取电机能实现对抓取绳的收拢或放开，所述抓取绳的另一端穿过第一工作通道与并联底座相连且抓取电机依次通过抓取绳、并联底座、抓取连杆能带动C型抓杆相对转动支座转动以实现C型抓杆的合拢或松开操作；

所述复位弹簧设置于工作端板与并联底座之间且抓取连杆能为并联底座提供回复力；

所述抓取电机与抓取控制系统系统相连。

所述抓取电机、抓取控制系统分别设置在驱动控制箱内。

还包括探测单元，所述探测单元包括探测分析系统、检测探头、信号传输线，所述探测分析系统设置在驱动控制箱内，所述探测分析系统与信号传输线相连，所述信号传输线穿过第一工作通道与检测探头相连，所述检测探头穿过工作端板且检测探头位于工作端板外侧。

所述检测探头为摄像头、温度传感器、湿度传感器、红外传感器、光线传感器中的一种或多种。

所述柔性臂关节为片状且柔性臂关节呈类十字型。

所述工作端板与相邻的柔性臂关节之间、相邻两个柔性臂关节之间、固定端板与相邻的柔性臂关节之间分别设置有一组刚性组件；

在工作端板与相邻的柔性臂关节之间，刚性组件内的支撑弹簧设于穿过第1个穿孔组件的连接绳上；在第1个执行关节组件内的相邻两个柔性臂关节之间，刚性组件内的支撑弹簧设于穿过第1个穿孔组件的连接绳上；在第i个执行关节组件内的相邻两个柔性臂关节之间，刚性组件内的支撑弹簧设于穿过第i个穿孔组件的连接绳上；在第i个执行关节组件内最靠近工作端板的柔性臂关节与第i-1个执行关节组件内最靠近固定端板的柔性臂关节之间，刚性组件内的支撑弹簧设于穿过第i-1个穿孔组件的连接绳上；在固定端板与相邻的柔性臂关节之间，刚性组件内的支撑弹簧设于穿过第N个穿孔组件的连接绳上。

还包括与支撑弹簧相配合的定位凸起，所述定位凸起分别设置在工作端板、柔性臂关节、固定端板上且定为凸起能对支撑弹性的径向运动进行限位。

所述定位凸起呈环状，所述定位凸起与工作端板之间、定位凸起与柔性臂关节之间、定位凸起与固定端板之间分别采用一体成型。

还包括绳连接件，所述连接绳与丝杠螺母之间通过绳连接件相连。

优选地，所述执行关节组件为3个，每个执行关节组件由7个柔性臂关节构成。

穿孔组件依次沿柔性臂关节的径向由内向外等间距分布；

第1个执行关节组件的柔性臂关节上设置有1组穿孔组件且第1个穿孔组件中的穿线孔与柔性臂关节的中心距离为r；

第i个执行关节组件的柔性臂关节上设置有i组穿孔组件,在第i个执行关节组件的柔性臂关节上，穿孔组件之间的间距为b，第i个穿孔组件中的穿线孔与柔性臂关节的中心距离为r+(i-1)b。

单个执行关节组件内柔性臂关节的直径相同，第1个执行关节组件内柔性臂关节的直径、……第i个执行关节组件内柔性臂关节的直径、……第N个执行关节组件内柔性臂关节的直径依次增大。

第1个执行关节组件内柔性臂关节的直径、……第i个执行关节组件内柔性臂关节的直径、……第N个执行关节组件内柔性臂关节的直径依次递增。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1为实施例1中柔性机械臂的总体装配示意图。

图2为实施例1中执行单元与抓取单元结合的装配示意图。

图3为实施例1中驱动控制箱的装配示意图。

图4为实施例1中第一驱动丝杠的装配结构示意图。

图5为实施例1中第3个执行关节组件内两个柔性臂关节的连接示意图。

图6为控制棒驱动机构的工作环境俯视示意图。

图7为自生长软硬一体化机器人的检测策略示意图。

图8为实施例1中机器人的整体结构示意图。

图9为实施例1中软体自生长单元的原理示意图。

图10为实施例1中第六导向支撑件与第六导向弯头的结合示意图。

图中标记：1、执行单元，2、基线箱座，3、电机箱体，4、第一支座，5、密封板，6、C型抓杆，7、抓取连杆，8、转动支座，9、工作端板，10、执行关节组件，11、固定端板，12、电机驱动板，13、驱动电机，14、电机固定板，15、联轴器，16、格莱圈，20、连接线孔，21、第一从动轮，22、绳连接件，23、丝杠螺母，24、第一驱动丝杠，25、直线导轨，26、第二导向件，27、第二螺纹通孔，28、定位凸起，29、螺栓，30、穿线孔，31、第二关节底座，32、中心通孔，33、万向节，101、柔性机械臂，102、软体自生长单元，103、支撑推进单元，110、生长收纳箱，111、生长电机，112、第六导向管，113、第六导向支撑件，114、第六导向弯头，115、柔性薄壁管，116、第六缠绕盘，117、第七盖板，118、第七旋转轴，119、第七滚轮。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

实施例1

将本实施例的自生长软硬一体化机器人用于CAP1400控制棒驱动机构检查中，整体外部工作场景较开阔。棒体阵列外的圆形保护罩直径约3米，拟在保护罩上距地面高2米处开孔。

机器人工作的环境为89根控制棒规律等距排列的棒体阵列，待检查处棒体最大直径188mm，间距约为120mm；磁轭体尺寸274mm，两磁轭体间距30mm。整个待检查区域最宽处为2735mm，且棒体阵列外有一直径约为3000mm的保护罩。要求机器人能通过保护罩上开出4个300mm的孔，进入待检查区域中，并对控制棒磁轭区域进行100%覆盖率的检查。

相关检测要求如下：

（1）将自生长软硬一体化机器人置于升降台上，由升降台将其送到保护罩开孔位置，自生长软硬一体化机器人的主机械臂通过开孔进入待检测区域，进行检测；

（2）自生长软硬一体化机器人的主机械臂通过开孔后，进入待检测棒体阵列，并由开孔进入检测区域后，需要拍摄到每个棒体360°的表面情况；

（3）控制棒驱动机构主要材料为不锈钢，表面粗糙度为6.3；其中，方形的磁轭体的材料为球墨铸铁，粗糙度较高；考虑到每次检测，机械臂由外部开孔进入检测区域时姿态的偏差，以及需要避免机械臂与棒体间剧烈的撞击、摩擦，要保证机械臂的柔性以及可操控性。

由于开孔位置高于检测位置，因此要求柔性机械臂进入检测孔后，能够进行下弯与上抬的动作，末端大致与待检位置齐平。

本实施例中，柔性机械臂是自生长软硬一体化机器人直接进入棒体阵列检测的机构，负责将软体自生长单元送入棒体阵列，并承担部分检测任务。

本实施例的自生长软硬一体化机器人包括柔性机械臂、软体自生长单元、第六导向支撑件、生长气源、控制系统，软体自生长单元为两个。

其中，柔性机械臂包括支撑单元、驱动单元、执行单元，驱动单元与支撑单元相连，执行单元与驱动单元相连，驱动单元与控制系统相连。该结构中，支撑单元能为驱动单元提供支撑，驱动单元用以驱动执行单元运动，控制系统用以控制驱动单元带动执行单元按设定要求进行弯曲运动。

本申请中，软体自生长单元是本发明的核心。在现有技术中，通过采用柔性机械臂带动相应检测设备，进行检测。发明人在实践中发现，采用该策略虽然能够实现相应的检测需要，但存在如下两个问题：1）检测时间长，2）对柔性机械臂的结构要求更高，3）柔性机械臂的控制难度更大。为此，本申请提出软硬一体化方案，在柔性机械臂的基础上，增加软体自生长单元；通过柔性机械臂达到预设点，再通过软体自生长单元进行相应探测。基于改进后方案，探测效率得到大幅提升。

本实施例中，软体自生长单元包括生长收纳箱、第六导向管、第六导向弯头、第六支座、生长电机、第六转轴、第六缠绕盘、柔性薄壁管、第六气动旋转接头、第六信号线、第六检测头、第六滑环。其中，第六导向支撑件与执行单元的工作端板相连，第六导向弯头与第六导向支撑件相连；该结构中，执行单元用于为第六导向支撑件提供支撑，第六导向支撑件则能为第六导向弯头提供支撑。

本实施例中，生长收纳箱与支撑单元相连，第六导向管与执行单元相连，通过执行单元带动第六导向管同步移动。第六导向管的一端与第六导向弯头连通，第六导向管的另一端与生长收纳箱连通。本申请中，第六导向管构成附着在执行单元上，其为柔性薄壁管运动提供支撑和导向的导向通道。

生长电机通过第六支座与生长收纳箱相连，第六转轴设置在生长收纳箱内，第六转轴与设置在生长收纳箱内的轴承相连，且第六转轴能相对生长收纳箱转动。第六缠绕盘与第六转轴相连，且第六转轴能带动第六缠绕盘同步转动；生长电机的输出轴与第六转轴相连，生长电机通过第六转轴能带动第六缠绕盘转动，生长电机与控制系统相连。

柔性薄壁管的两端封闭，柔性薄壁管的一端缠绕在第六缠绕盘上，柔性薄壁管的另一端设置在第六导向管内，且柔性薄壁管能沿第六导向管伸出或收缩。柔性薄壁管通过第六气动旋转接头与生长气源相连，且生长气源通过第六气动旋转接头能向柔性薄壁管内充气、放气。

前述结构中，柔性薄壁管内部形成一个封闭的管状腔体，通过生长气源对柔性薄壁管进行供气。初始状态下，柔性薄壁管一端与第六缠绕盘相连，柔性薄壁管的管体缠绕在第六缠绕盘上，柔性薄壁管的另一端设置在第六导向管内；当生长气源向柔性薄壁管内充气时，柔性薄壁管内部涨起，同时，生长电机通过第六转轴带动第六缠绕盘转动，使柔性薄壁管从第六缠绕盘上解缠，柔性薄壁管沿第六导向管移动，并到达设定位置。

第六信号线穿过柔性薄壁管，第六信号线的一端穿过柔性薄壁管充气时向外伸展的密封端，第六信号线的另一端穿过柔性薄壁管与第六缠绕盘相连的密封端。第六信号线向外伸展的一端与第六检测头相连，第六信号线上靠近第六缠绕盘的一端通过第六滑环与控制系统相连，第六检测头探测的信息能依次经第六信号线、第六滑环传递给控制系统，并能避免第六信号线缠绕问题的发生。该结构中，柔性薄壁管向外伸展的一端带动第六信号线同步运动；当柔性薄壁管达到第六导向弯头处时，在第六导向弯头的导向作用下，柔性薄壁管带动第六信号线及其上的第六检测头沿设定方向弯曲，并到达指定位置，进而实现相应的检测工作。

本实施例中，由于工作区域狭窄、黑暗，因此，第六检测头选用自带光源的小型摄像头，能提供相应的光源，且该摄像头采用自带电池供电、信号无线传输方式，能够省去布线的复杂。进一步，柔性机械臂上设置有单独的摄像头，负责拍摄正前方情况；软体自生长单元内的摄像头则负责拍摄两侧情况。

进一步，还包括气球，气球设置在第六信号线穿过柔性薄壁管充气时向外伸展的密封端，气球位于柔性薄壁管的外侧，且气球能实现第六信号线与外界环境的柔性接触。

进一步，生长收纳箱包括一侧开口的第六箱体、与第六箱体相配合的第六盖板，第六盖板设置在第六箱体的开口上，第六箱体上还设置有与第六导向管相配合的第六导向开口。本实施例中，生长收纳箱为矩形体。

在发明人过程中，发明人发现采用通常的弯管结构作为第六导向弯头，存在一些缺陷。为此，发明人对第六导向弯头进行了重新设计，以实现对软体自生长单元的导向作用。

第六导向弯头由第七盖板、第七滚轮、第七旋转轴构成。第七旋转轴的一端与第六导向支撑件相连，第七旋转轴的另一端与第七盖板相连，第七滚轮设置在第七旋转轴上且第七滚轮能相对第七旋转轴转动。其中，第七旋转轴分为两组，两组第七旋转轴分别呈C型布置在第六导向支撑件上，且两组第七旋转轴的开口方向相同，两组第七旋转轴之间构成与第六检测头相配合的第六导向通道且第六检测头能沿第六导向通道运动。本实施例中，第六导向弯头的内排第七旋转轴由7个第七旋转轴构成且布置同一半径上，内排第七旋转轴中相邻两个之间的间距角为15°；第六导向弯头的外排第七旋转轴由13个第七旋转轴构成且布置同一半径上，外排第七旋转轴中相邻两个之间的间距角为7.5°。在一个实例中，内排滚轮7个，外排滚轮13个，滚轮外径13mm，内径6mm。滚轮套在旋转轴上，可绕旋转轴自由转动。内排旋转轴七个，布置于半径54mm的圆周向上，间距角15°；外排旋转轴13个，布置于半径95mm的圆周上，间距角7.5°

软体自生长单元中，柔性薄壁管通过第六缠绕盘进行收纳，并由生长电机带动旋转，配合生长气源的充、放气操作，实现向前推送与回收功能。当向柔性薄壁管内充入高压气体后，柔性薄壁管刚度变大，在其后部施加推力作用时，尖端可以沿直线前进。同时，配合第六导向弯头，实现末端的弯曲运动。

进一步，本实施例还包括支撑推进单元，柔性机械臂与支撑推进单元相连，支撑推进单元与控制系统相连。该结构中，支撑推进单元能带动柔性机械臂在平面上运动。

本申请中，支撑推进单元作为自生长软硬一体化机器人的移动和定位部分，负责自生长软硬一体化机器人的定位和进给。

进一步，本实施例还包括与控制系统相连的显示装置。本申请中，显示装置能够显示主机械臂目前的位置、自由生长机械臂目前的位置、机械臂下一个位置信息，显示遥控器实时控制状态，显示传感器实时状态、显示摄像头的状态等信息。

将本实施例的机器人用于CAP1400系列核电站控制棒驱动机构的检测中。基于改进后的机器人设计，本申请提供全新的检测策略，其整体思想如下：箭头指示了机器人柔性机械臂、软体自生长单元的移动方向与路径，相应标注区域为摄像头的检测区域；柔性机械臂搭载在支撑推进单元上，支撑推进单元带动柔性机械臂向前运动一定距离，使两侧第六导向弯头对齐待检测路径后，整体固定，两侧软体自生长单元开始向两侧生长探测。

相关检测操作如下。

（1）在控制棒驱动机构外壁上设置若干个观察孔，将自生长软硬一体化机器人移动至一个观察孔开口处。

（2）控制系统启动柔性机械臂工作，从观察孔的开孔位置进入到检测位置一。当柔性机械臂末端到达检测位置一后，控制系统启动软体自生长单元工作，软体自生长单元的柔性薄壁管充气并带动第六检测头沿第六导向弯头向外伸出，深入到设定的检测位置采集数据。

（3）待检测位置一的数据采集完成后，控制系统控制柔性薄壁管带动第六检测头收回。而后，控制系统启动柔性机械臂工作，使柔性机械臂的末端到达检测位置二。接着，控制系统启动软体自生长单元工作，软体自生长单元的柔性薄壁管充气并带动第六检测头沿第六导向弯头向外伸出，深入到设定的检测位置采集数据。

（4）重复步骤（2）、（3），直到完成该观察孔的全部检测任务。

（5）待一个观察孔的检测任务完成后，控制系统依次控制柔性薄壁管带动第六检测头收回、控制柔性机械臂收回。而后，将自生长软硬一体化机器人移动至下一个观察孔开口处，重复步骤（2）、（3）、（4）。重复前述过程，直到对控制棒驱动机构内部检测全覆盖，即结束检测过程。

本实施例的装置能够实现在堆顶驱动机构内狭小空间条件下的自主移动、定位和对控制棒驱动机构的检查；通过配合摄像头、摄像头上的光源，能够获取待检查驱动机构的高清照片、视频，诊查硼结晶等表面异常，实现工程示范作用，对CAP系列、AP系列核电站都具有重要意义。

进一步，本实施例采用一种全新的柔性机械臂结构，包括执行单元、支撑单元、驱动单元、连接组件、刚性组件。

其中，执行单元包括工作端板、执行关节组件、固定端板、万向节，工作端板、执行关节组件、固定端板通过万向节依次相连并构成执行单元。本实施例中，执行关节组件为3个，每个执行关节组件由7个柔性臂关节构成。

工作端板朝向固定端板的一侧设置有两个第一关节底座，第一关节底座相互平行设置，第一关节底座上设置有第一螺纹通孔，位于工作端板上的两个第一螺纹通孔采用同轴线设计。

将柔性臂关节的一面记为第一连接面，将柔性臂关节上与第一连接面相平行的一面记为第二连接面；第一连接面上、第二连接面上分别设置有两个第二关节底座，第二关节底座上设置有第二螺纹通孔。单个柔性臂关节上，位于第一连接面上的两个第二关节底座上的第二螺纹通孔采用同轴线设计，位于第二连接面上的两个第二关节底座上的第二螺纹通孔采用同轴线设计，将第一连接面上的第二关节底座上第二螺纹通孔的轴线在第一连接面上的投影记为第一投影线，将第二连接面上的第二关节底座上第二螺纹通孔的轴线在第一连接面上的投影记为第二投影线，第一投影线与第二投影线所呈的夹角为90°。

固定端板朝向工作端板的一侧设置有两个第三关节底座，第三关节底座相互平行，第三关节底座上设置有第三螺纹通孔，位于固定端板上的两个第三螺纹通孔采用同轴线设计。

工作端板与相邻的柔性臂关节之间通过一个万向节与第一关节底座、第二关节底座的配合实现二自由度的转动连接，相邻两个柔性臂关节之间通过一个万向节与第二关节底座的配合实现二自由度的转动连接，固定端板与相邻的柔性臂关节之间通过一个万向节与第二关节底座、第三关节底座的配合实现二自由度的转动连接。

本实施例中，柔性臂关节为片状且柔性臂关节呈类十字型。沿工作端板至固定端板的方向，将执行关节组件依次记为第1个执行关节组件、第2个执行关节组件、第3个执行关节组件。工作端板上设置有1组穿孔组件，第1个执行关节组件的柔性臂关节上沿其径向由内向外依次设置有1组穿孔组件，第2个执行关节组件的柔性臂关节上沿其径向由内向外依次设置有2组穿孔组件，第3个执行关节组件的柔性臂关节上沿其径向由内向外依次设置有3组穿孔组件，固定端板沿其径向由内向外依次设置有3组穿孔组件。

单组穿孔组件由4个穿线孔构成，以柔性臂关节的中心为圆心，单组穿孔组件内的4个穿线孔均布于同一圆周上，其中相对的2个穿线孔位于第一投影线上并构成第一斜线孔组，另外相对的2个穿线孔位于第二投影线上并构成第二斜线孔组。

第3个执行关节组件的柔性臂关节上，沿柔性臂关节的径向由内向外的方向，将穿孔组件依次记为第1个穿孔组件、第2个穿孔组件、第3个穿孔组件。沿固定端板的径向由内向外的方向，将穿孔组件依次记为第1个穿孔组件、第2个穿孔组件、第3个穿孔组件。

优选地，本实施例中，穿孔组件依次沿柔性臂关节的径向由内向外等间距分布；第1个执行关节组件的柔性臂关节上设置有1组穿孔组件，且第1个穿孔组件中的穿线孔与柔性臂关节的中心距离为r；第3个执行关节组件的柔性臂关节上设置有3组穿孔组件,在第3个执行关节组件的柔性臂关节上，穿孔组件之间的间距为b，第2个穿孔组件中的穿线孔与柔性臂关节的中心距离为r+b，第3个穿孔组件中的穿线孔与柔性臂关节的中心距离为r+2b。单个执行关节组件内柔性臂关节的直径相同，第1个执行关节组件内柔性臂关节的直径、第2个执行关节组件内柔性臂关节的直径、第3个执行关节组件内柔性臂关节的直径依次递增。

本实施例中，支撑单元包括电机箱体、密封板、连接电缆、水密插头、第一支座、第二支座、基线箱座、电机固定板、联轴器、电机驱动板，电机箱体呈两端开口的矩形管体状，密封板分别设置在电机箱体的两端开口上且电机箱体与密封板构成驱动控制箱。

第一支座、第二支座分别为两个，第一支座分别与电机箱体的两端开口相连，第二支座分别与电机箱体的两端开口相连，第一支座、第二支座对称设置在电机箱体上。第一支座、第二支座与驱动控制箱构成刚性支撑体，刚性支撑体沿竖直方向的投影呈工字型。

驱动单元包括驱动电机、主动轮、第一从动轮、第二从动轮、第一驱动丝杠、第二驱动丝杠、直线导轨、丝杠螺母，直线导轨、丝杠螺母分别为2个。第一从动轮与第一驱动丝杠固定连接，第一从动轮能带动第一驱动丝杠转动，第二从动轮与第二驱动丝杠固定连接，第二从动轮能带动第二驱动丝杠转动。

驱动电机、电机固定板、联轴器、电机驱动板分别设置在电机箱体的中空腔体内。本实施中，采用的驱动电机其自身包括了电机、减速器、增量式编码器。电机固定板与电机箱体相连，且电机固定板能为电机箱体提供支撑。驱动电机与电机固定板相连，且电机固定板能为驱动电机提供支撑。驱动电机的输出轴通过联轴器与主动轮相连，且驱动电机能带动主动轮转动。驱动电机与电机驱动板电连接，且电机驱动板能控制驱动电机的转动；电机驱动板电连接通过连接电缆与水密插头相连。电机箱体上设置有与水密插头相配合的连接线孔，水密插头设置在连接线孔上。联轴器与密封板之间采用动密封，密封板与电机箱体之间采用静密封。

本实施例中，机械臂采用驱动电机后置式驱动。采用格莱圈密封驱动电机的输出轴，驱动控制箱边缘部分嵌入有密封条，既实现了电机箱体的密封，又保证了电机动力的稳定输出。

第一驱动丝杠通过轴承与第一支座相连，且第一驱动丝杠能相对第一支座转动。第二驱动丝杠通过轴承与第二支座相连，且第二驱动丝杠能相对第二支座转动；第一驱动丝杠与第二驱动丝杠相互平行设置。采用该结构，第一驱动丝杠上的丝杠螺母位于两块第一支座之间，第二驱动丝杠上的丝杠螺母位于两块第二支座之间；第一支座、第二支座能起到起到支撑、限位的作用。

第一从动轮、第二从动轮分别与主动轮相啮合，第一从动轮、第二从动轮对称设置在主动轮两侧且主动轮能带动第一从动轮、第二从动轮同步、同向、同速转动。

直线导轨为12个，两个直线导轨为一组且平行设置在驱动控制箱外壁上驱动控制箱能为直线导轨提供支撑。直线导轨包括直线滑轨、设置在直线滑轨上的滑块。丝杠螺母分别设置在第一驱动丝杠、第二驱动丝杠上，且丝杠螺母能分别沿第一驱动丝杠的轴向、第二驱动丝杠的轴向移动。同时，丝杠螺母与直线导轨的滑块相连，且直线导轨的滑块能对丝杠螺母进行限位。

本实施例中，第一驱动丝杠上的螺纹旋向与第二驱动丝杠的螺纹旋向相反，第一从动轮与第一驱动丝杠固定连接，第二从动轮与第二驱动丝杠固定连接。该结构中，在一个驱动单元内，主动轮同时驱动第一从动轮、第二从动轮同步、同向、同速转动，由于第一驱动丝杠上的螺纹旋向与第二驱动丝杠的螺纹旋向相反，使得第一驱动丝杠上丝杠螺母的运动方向与第二驱动丝杠上丝杠螺母的运动方向相反，即当第一驱动丝杠上丝杠螺母朝靠近主动轮的一侧运动时，第二驱动丝杠上丝杠螺母则朝远离主动轮的一侧运动。采用结构，能够减少电机的控制数量，降低柔性臂的成本。

本实施例中，驱动单元、连接组件分别为6个，一组驱动单元对应一组连接组件。每组连接组件由2根连接绳构成，连接组件内的2个连接绳分别与驱动单元内的2个丝杠螺母对应连接，驱动单元通过其内的第一驱动丝杠、第二驱动丝杠能带动与第一驱动丝杠上丝杠螺母相连的连接绳相对与第二驱动丝杠上丝杠螺母相连的连接绳朝相反方向运动。

本实施例中，基线箱座的一端与驱动控制箱相连，且驱动控制箱能为基线箱座提供支撑；基线箱座的另一端与固定端板相连，且基线箱座能为固定端板提供支撑。

第一支座、第二支座上分别设置有第二导向孔。优选地，还包括与第二导向孔相配合的第二导向件，第二导向孔分别设置于靠近基线箱座一侧的第一支座、靠近基线箱座一侧的第二支座上。

考虑到连接绳与接触部件之间相对运动时，会产生不同程度的摩擦、磨损，本申请为此进行了结构改进，使连接绳在一些转角处顺利过渡。本实施例中，第二导向件设置在第二导向孔上，第二导向件内设置有与连接绳相配合的导向通孔，且第二导向件的导向通孔靠近基线箱座的一端呈喇叭状开口。基线箱座上设置有第三导向件，第三导向件设置在基线箱座上。第三导向件内设置有与连接绳相配合的导向通孔，且第三导向件的导向通孔朝向第二导向件的一端呈喇叭状开口。该结构中，第二导向件的喇叭状开口与第三导向件的喇叭状开口相互配合，不仅能减少连接绳的磨损，且能避免连接绳卡住问题的发生，保证设备的稳定、可靠运行。

第1个执行关节组件以工作端板作为第一连接端板，一组驱动单元内第一驱动丝杠上的丝杠螺母、第二驱动丝杠上的丝杠螺母与一组连接组件内的两根连接绳对应连接，且一组驱动单元能带动与其配合的连接组件内两根连接绳反向运动。该结构中，在于第一连接端板相配合的驱动单元中，第一驱动丝杠上丝杠螺母的运动方向与第二驱动丝杠上丝杠螺母的运动方向相反，使得一根连接绳向靠近主动轮的一侧运动，另一根连接绳向远离主动轮的一侧运动，进而带动第1个执行关节组件朝相应的方向弯曲。

由于工作端板与两组连接组件、两组驱动单元配合，使得柔性机械臂的末端能向两个方向弯曲。具体地，针对第一连接端板，两组连接组件依次穿过第二导向孔、固定端板上的第1个穿孔组件、执行关节组件内柔性臂关节上的第1个穿孔组件并与工作端板上第1个穿孔组件中的第一斜线孔组、第1个穿孔组件中的第二斜线孔组对应连接。

第3个执行关节组件以第3个执行关节组件内最靠近工作端板的柔性臂关节为第三连接端板。两组连接组件依次穿过第二导向孔、固定端板上的第3个穿孔组件、执行关节组件内柔性臂关节上的第3个穿孔组件，并与第3连接端板上第3个穿孔组件中的第一斜线孔组、第3个穿孔组件中的第二斜线孔组对应连接。第2个执行关节组件以第2个执行关节组件内最靠近工作端板的柔性臂关节为第二连接端板，其他连接方式与第3个执行关节组件类似。

工作端板与相邻的柔性臂关节之间、相邻两个柔性臂关节之间、固定端板与相邻的柔性臂关节之间分别设置有一组刚性组件，且刚性组件能赋予执行单元刚性。本实施例中，单组刚性组件由4个支撑弹簧构成；单个刚性组件内的4个支撑弹簧呈正方形布置，支撑弹簧套设于连接绳上。

优选地，在工作端板与相邻的柔性臂关节之间，刚性组件内的支撑弹簧设于穿过第1个穿孔组件的连接绳上；在第1个执行关节组件内的相邻两个柔性臂关节之间，刚性组件内的支撑弹簧设于穿过第1个穿孔组件的连接绳上。在第3个执行关节组件内的相邻两个柔性臂关节之间，刚性组件内的支撑弹簧设于穿过第3个穿孔组件的连接绳上；在第1、2个执行关节组件内的相邻两个柔性臂关节之间，也采用相同结构。在第3个执行关节组件内最靠近工作端板的柔性臂关节与第2个执行关节组件内最靠近固定端板的柔性臂关节之间，刚性组件内的支撑弹簧设于穿过第2个穿孔组件的连接绳上；在第2个执行关节组件内最靠近工作端板的柔性臂关节与第1个执行关节组件内最靠近固定端板的柔性臂关节之间，也采用相同的结构。在固定端板与相邻的柔性臂关节之间，刚性组件内的支撑弹簧设于穿过第3个穿孔组件的连接绳上。

进一步，还包括与支撑弹簧相配合的定位凸起，定位凸起分别设置在工作端板、柔性臂关节、固定端板上且定为凸起能对支撑弹性的径向运动进行限位。定位凸起呈环状，定位凸起与工作端板之间、定位凸起与柔性臂关节之间、定位凸起与固定端板之间分别采用一体成型。进一步，还包括绳连接件，连接绳与丝杠螺母之间通过绳连接件相连。

本实施例中，工作端板、柔性臂关节、固定端板上分别设置有中心通孔，工作端板的中心通孔、柔性臂关节的中心通孔、固定端板的中心通孔依次连通并构成第一工作通道。

优选地，还包括防护组件，防护组件套在刚性支撑体上，且防护组件与刚性支撑体之间采用静密封。

本实施例中，执行单元由工作端板、三个执行关节组件、固定端板构成，每段执行关节组件可向任意方向弯曲，其由多个柔性臂关节组成，这些柔性臂关节是组成执行单元的最基本的单元。该结构中，刚性组件赋予执行单元一定的刚性，并能在连接绳的驱动下产生变形，具有良好的空间连续性。为此，发明人在仿真的基础上，制作了实物样品。

实际测试结果表明，本实施例的执行单元中，每个执行关节组件均能在连接绳的作用下进行灵活的弯曲，最大弯曲角度为100度。每个执行关节组件由两组连接组件连接（即四根连接绳进行连接）。总体上，整个机械臂共需要12根连接绳驱动。线驱动连续体机器人全长1545mm，其中驱动控制箱长度为891mm。

本实施例中，柔性臂关节采用十字铰链式关节结构，执行单元由十字铰链式关节依次串联而成，并且柔性臂关节之间采用支撑弹簧分隔开。支撑弹簧能保证机械臂每个柔性臂关节的均匀性，拟合常曲率弯曲状态，以及提高机械臂的可控性。

工作端板与相邻的柔性臂关节之间、相邻两个柔性臂关节之间、固定端板与相邻的柔性臂关节之间，通过螺栓与万向节的配合，形成两自由度的十字铰链结构，实现执行单元灵活的弯曲能力。

如图所示，本实施例还包括抓取单元。抓取单元包括抓取底板、转动支座、并联底座、抓取连杆、C型抓杆、抓取电机、抓取绳、复位弹簧、抓取控制系统。转动支座为四个，抓取底板与工作端板固定连接，转动支座均布于抓取底板。

本实施例中，C型抓杆呈C型，C型抓杆的一端与转动支座铰接，且C型抓杆能相对转动支座转动。抓取连杆的一端与并联底座铰接，抓取连杆的另一端与C型抓杆中部铰接，且并联底座通过抓取连杆能带动C型抓杆相对转动支座转动。该结构中，当四个C型抓杆向中心靠近时，能够实现对物体的抓取操作；反之，当四个C型抓杆远离中心时，实现抓取单元的松开操作。

抓取绳的一端与抓取电机相连，且抓取电机能实现对抓取绳的收拢或放开；抓取绳的另一端穿过第一工作通道与并联底座相连。该结构中，当抓取电机依次通过抓取绳、并联底座、抓取连杆能带动C型抓杆相对转动支座转动，以实现C型抓杆的合拢或松开操作。

复位弹簧设置于工作端板与并联底座之间，且抓取连杆能为并联底座提供回复力；抓取电机与抓取控制系统系统相连。

本实施例中，抓取电机、抓取控制系统分别设置在驱动控制箱内。

该结构中，抓取电机未工作时，C型抓杆在复位弹簧的弹力作用下，为张开状态。当需要抓取物体时，抓取电机带动抓取绳，使抓取绳拉紧并联底座，复位弹簧被压缩，从而带动四个C型抓杆合拢，抓紧目标物。抓取单元与工作端板之间通过螺栓联结，可快速更换损坏的四爪抓手或其他种类抓手。

本实施例中，抓取单元还可替换为探测单元。具体地，探测单元包括探测分析系统、检测探头、信号传输线，探测分析系统设置在驱动控制箱内，探测分析系统与信号传输线相连，信号传输线穿过第一工作通道与检测探头相连，检测探头穿过工作端板且检测探头位于工作端板外侧。本实施例中，检测探头为摄像头、温度传感器、湿度传感器、红外传感器、光线传感器中的一种或多种，从而满足多种探测的需要。具体地，本实施例针对图像检测的需要，故检测探头采用自带光源的摄像头。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (10)

1.自生长软硬一体化机器人，其特征在于，包括柔性机械臂、软体自生长单元、第六导向支撑件、生长气源、控制系统，所述软体自生长单元为至少两个；

柔性机械臂包括支撑单元、驱动单元、执行单元，所述驱动单元与支撑单元相连且支撑单元能为驱动单元提供支撑，所述执行单元与驱动单元相连且驱动单元能驱动执行单元运动；

所述驱动单元与控制系统相连且控制系统能控制驱动单元带动执行单元按设定要求进行弯曲运动；

所述软体自生长单元包括生长收纳箱、第六导向管、第六导向弯头、第六支座、生长电机、第六转轴、第六缠绕盘、柔性薄壁管、第六气动旋转接头、第六信号线、第六检测头、第六滑环，所述第六导向支撑件与执行单元的工作端板相连且执行单元能为第六导向支撑件提供支撑，所述第六导向弯头与第六导向支撑件相连且第六导向支撑件能为第六导向弯头提供支撑；

所述生长收纳箱与支撑单元相连且支撑单元能为生长收纳箱提供支撑，所述第六导向管与执行单元相连且执行单元能带动第六导向管同步移动；所述第六导向管的一端与第六导向弯头连通，所述第六导向管的另一端与生长收纳箱连通且第六导向管构成附着在执行单元上的、能为柔性薄壁管运动提供支撑和导向的导向通道；

所述生长电机通过第六支座与生长收纳箱相连且第六支座能为生长电机提供支撑，所述第六转轴设置在生长收纳箱内，所述第六转轴与设置在生长收纳箱内的轴承相连且第六转轴能相对生长收纳箱转动；所述第六缠绕盘与第六转轴相连且第六转轴能带动第六缠绕盘同步转动，所述生长电机的输出轴与第六转轴相连且生长电机通过第六转轴能带动第六缠绕盘转动；

所述柔性薄壁管的两端封闭，所述柔性薄壁管的一端缠绕在第六缠绕盘上，所述柔性薄壁管的另一端设置在第六导向管内且柔性薄壁管能沿第六导向管伸出或收缩；

所述柔性薄壁管通过第六气动旋转接头与生长气源相连且生长气源通过第六气动旋转接头能向柔性薄壁管内充气、放气；

所述第六信号线穿过柔性薄壁管，所述第六信号线的一端穿过柔性薄壁管充气时向外伸展的密封端，所述第六信号线的另一端穿过柔性薄壁管与第六缠绕盘相连的密封端；所述第六信号线向外伸展的一端与第六检测头相连，所述第六信号线上靠近第六缠绕盘的一端通过第六滑环与控制系统相连且第六检测头探测的信息能依次经第六信号线、第六滑环传递给控制系统并能避免第六信号线缠绕问题的发生；

所述生长电机与控制系统相连。

2.根据权利要求1所述自生长软硬一体化机器人，其特征在于，还包括气球，所述气球设置在第六信号线穿过柔性薄壁管充气时向外伸展的密封端，所述气球位于柔性薄壁管的外侧且气球能实现第六信号线与外界环境的柔性接触。

3.根据权利要求1所述自生长软硬一体化机器人，其特征在于，所述生长收纳箱包括一侧开口的第六箱体、与第六箱体相配合的第六盖板，所述第六盖板设置在第六箱体的开口上，所述第六箱体上还设置有与第六导向管相配合的第六导向开口。

4.根据权利要求1~3任一项所述自生长软硬一体化机器人，其特征在于，还包括支撑推进单元，所述柔性机械臂与支撑推进单元相连且支撑推进单元能带动柔性机械臂在平面上运动；

所述支撑推进单元与控制系统相连。

5.根据权利要求1~4任一项所述自生长软硬一体化机器人，其特征在于，还包括与控制系统相连的显示装置。

6.根据权利要求1~5任一项所述自生长软硬一体化机器人，其特征在于，所述第六导向弯头由第七盖板、第七滚轮、第七旋转轴构成，所述第七滚轮、第七旋转轴分别为K个，K为自然数且K≥5；

所述第七旋转轴的一端与第六导向支撑件相连，所述第七旋转轴的另一端与第七盖板相连，所述第七滚轮设置在第七旋转轴上且第七滚轮能相对第七旋转轴转动；

所述第七旋转轴分为两组，两组第七旋转轴分别呈C型布置在第六导向支撑件上且两组第七旋转轴的开口方向相同，两组第七旋转轴之间构成与第六检测头相配合的第六导向通道且第六检测头能沿第六导向通道运动。

7.前述权利要求1~6任一项所述自生长软硬一体化机器人的应用。

8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，将该自生长软硬一体化机器人用于核电站的检查中。

9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，将该自生长软硬一体化机器人用于控制棒驱动机构检查工作中。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，包括如下步骤：

（1）在控制棒驱动机构外壁上设置若干个观察孔，将自生长软硬一体化机器人移动至一个观察孔开口处；

（2）控制系统启动柔性机械臂工作，从观察孔的开孔位置进入到检测位置一；当柔性机械臂末端到达检测位置一后，控制系统启动软体自生长单元工作，软体自生长单元的柔性薄壁管充气并带动第六检测头沿第六导向弯头向外伸出，深入到设定的检测位置采集数据；

（3）待检测位置一的数据采集完成后，控制系统控制柔性薄壁管带动第六检测头收回；而后，控制系统启动柔性机械臂工作，使柔性机械臂的末端到达检测位置二；接着，控制系统启动软体自生长单元工作，软体自生长单元的柔性薄壁管充气并带动第六检测头沿第六导向弯头向外伸出，深入到设定的检测位置采集数据；

（4）重复步骤（2）、（3），直到完成该观察孔的全部检测任务；

（5）待一个观察孔的检测任务完成后，控制系统依次控制柔性薄壁管带动第六检测头收回、控制柔性机械臂收回；而后，将自生长软硬一体化机器人移动至下一个观察孔开口处，重复步骤（2）、（3）、（4）；重复前述过程，直到对控制棒驱动机构内部检测全覆盖，即结束检测过程。

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