CN114012755A - 一种多操作模式模块化连续体机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多操作模式模块化连续体机器人，包括至少一节躯干组件、至少一个第一基座、至少一个第二基座和至少一个驱动组件，所述躯干组件的前端固定在所述第一基座上，所述躯干组件可在所述第二基座内沿所述躯干组件的轴线方向平移，所述驱动组件设置在所述第二基座上，所述躯干组件可在所述第二基座内移动，每个所述第二基座的后方可以加装另一个所述躯干组件，使得一个所述第二基座将两节所述躯干组件拼接在一起，且拼接在一起的所有所述躯干组件的轴向一致，每节所述躯干组件包括三根柔性螺杆，本发明驱动组件结构简单，控制精准，使用者可以自主模块化组装，搭配多种辅助作业工具作为机械臂或移动机器人使用。

Description

一种多操作模式模块化连续体机器人

技术领域

本发明属于机器人技术领域，尤其涉及一种多操作模式模块化连续体机器人。

背景技术

传统工业机器人已被越来越多地替代人类重复性劳动，并取得了很好的效果。但随着机器人在各个领域的深入应用，在制造业和社会服务领域的部分应用场合，对机器人作业提出了更高的要求，传统的刚性机器人由于驱动装置(包括电机、减速器等)安装于机器人关节处，导致整体机构笨重，且连杆为刚性结构，对人类安全形成了潜在威胁。此外，机器人本体刚度大且难于实现柔顺控制，导致其不能很好地适应环境。具有本质柔性，结构轻量且灵活性高的连续体机器人可很好地弥补现有工业机器人的不足，拓展机器人的应用领域。

连续体机器人是一种新型仿生机器人，它模仿自然界象鼻、章鱼臂等动物器官的运动机理，自身不存在明显的运动关节，但能依靠连续柔性变形来实现运动和抓取操作。由于连续体机器人可在任意部位产生柔性变形，具有许多自由度，具有很强的避障能力，其允许它们特别适合进入密闭空间，能够更好的适应非结构环境、更牢靠地抓取各种不规则形状的物体。目前，连续体机器人多采用绳驱动的方式，该种机器人的躯干和驱动组件通常分为两个各自独立的部分，即驱动外置布置方式。该驱动方式有以下几方面缺陷：第一，造成在驱动方面控制难度大，驱动组件体积大，第二，使得用户不能根据实际需求自主决定机器人躯干的长度(即不能对机器人进行模块化组装)；第三，通常只能作为机械臂使用，很难作为移动机器人使用。目前，也存在驱动内置形式的连续体机器人，通常以电机齿轮直接驱动绳索或波纹管，极易造成打滑现象，影响运动精度。

发明内容

针对上述现有技术中所存在的不足，本发明提出了一种多操作模式模块化连续体机器人，解决了目前的连续体机器人驱动方面控制难度大，驱动组件体积大，用户不能自主模块化组装机器人和只能作为机械臂使用的问题。

本发明提供一种多操作模式模块化连续体机器人，包括至少一节躯干组件、至少一个第一基座、至少一个第二基座和至少一个驱动组件，所述躯干组件的前端固定在所述第一基座上，所述躯干组件可在所述第二基座内沿所述躯干组件的轴线方向平移，所述驱动组件设置在所述第二基座上，所述躯干组件可在所述第二基座内移动，每个所述第二基座的后方可以加装另一个所述躯干组件，使得一个所述第二基座将两节所述躯干组件拼接在一起，且拼接在一起的所有所述躯干组件的轴向一致，每节所述躯干组件包括三根柔性螺杆。

进一步的，所述柔性螺杆包括中空波纹管、泡沫夹层管和玻璃纤维杆，所述泡沫夹层管设置在所述中空波纹管的腔室内，所述玻璃纤维杆设置在所述泡沫夹层管的腔室内，所述泡沫夹层管的外径等于所述中空波纹管的内径，所述玻璃纤维杆的外径等于所述泡沫夹层管的内径。

进一步的，所述第一基座包括第一连接圆筒、三个四杆结构一和三个第一固定端子，三个所述四杆结构一间隔均匀地固定在所述第一连接圆筒的周向面上，

所述四杆结构一包括四个首尾铰接的连杆，包括依次连接的第二连杆a、第四连杆a、第一连杆a和第三连杆a，所述第一连杆a的轴向、所述第二连杆a的轴向和所述第一连接圆筒的轴向平行，所述第三连杆a的轴向和所述第四连杆a的轴向互相平行，所述第一连杆a直接固定在所述第一连接圆筒上，所述第三连杆a和所述第四连杆a分别设置在所述第一连接圆筒的前后两侧，所述第一连杆a和所述第三连杆a的夹角处设有扭簧，所述第一连杆a和所述第三连杆a的初始夹角为60°，所述第三连杆a相对于所述第一连杆a的最大变形角度为48°，所述第二连杆a上均固定一个第一固定端子。

进一步的，所述第二基座包括第二连接圆筒、三个四杆结构二和三个驱动端子，三个所述四杆结构二间隔均匀地固定在所述第二连接圆筒的周向面上，

所述四杆结构二包括四个首尾铰接的连杆，包括依次连接的第二连杆b、第四连杆b、第一连杆b和第三连杆b，所述第一连杆b的轴向、所述第二连杆b的轴向和所述第二连接圆筒的轴向平行，所述第三连杆b的轴向和所述第四连杆b的轴向互相平行，所述第一连杆b直接固定在所述第二连接圆筒上，所述第三连杆b和所述第四连杆b分别设置在所述第二连接圆筒的前后两侧，所述第一连杆b和所述第三连杆b的夹角处设有扭簧，所述第一连杆b和所述第三连杆b的初始夹角为60°，所述第三连杆b相对所述第一连杆b的最大变形角度为48°，所述第二连杆b上均固定一个驱动端子，每根所述中空波纹管的前端与其中一个所述第一固定端子螺纹连接，每根所述中空波纹管与其中一个所述驱动端子连接，所述中空波纹管可在所述驱动端子内移动，与同一根所述中空波纹管连接的所述第一固定端子和所述驱动端子在同一轴线上。

进一步的，所述第二基座包括第二连接圆筒、六个四杆结构二、三个驱动端子和三个第二固定端子，六个所述四杆结构二间隔均匀地固定在所述第二连接圆筒的周向面上，

所述四杆结构二包括四个首尾铰接的连杆，包括依次连接的第二连杆b、第四连杆b、第一连杆b和第三连杆b，所述第一连杆b的轴向、所述第二连杆b的轴向和所述第二连接圆筒的轴向平行，所述第三连杆b的轴向和所述第四连杆b的轴向互相平行，所述第一连杆b直接固定在所述第二连接圆筒上，所述第三连杆b和所述第四连杆b分别设置在所述第二连接圆筒的前后两侧，所述第一连杆b和所述第三连杆b的夹角处设有扭簧，所述第一连杆b和所述第三连杆b的初始夹角为60°，所述第三连杆b相对于所述第一连杆b的最大变形角度为48°，其中三个所述第二连杆b上均固定一个驱动端子，另外三个所述第二连杆b上均固定一个驱动端子，且所述驱动端子和所述第二固定端子交替设置，前一节所述躯干组件的每根所述中空波纹管的前端与所述第一基座上的其中一个所述第一固定端子螺纹连接，前一节所述躯干组件的每根所述中空波纹管与其中一个所述驱动端子连接，所述中空波纹管可在所述驱动端子内移动，与同一根所述中空波纹管连接的所述第一固定端子和所述驱动端子在同一轴线上，后一节所述躯干组件的每根所述中空波纹管的前端与所述第二基座上的其中一个第二固定端子螺纹连接，相邻两节所述躯干组件之间的所述第二基座将两节所述躯干组件拼接在一起。

进一步的，所述中空波纹管的螺纹的牙型为矩形，所述驱动组件包括分别设置在三个所述驱动端子上的第一驱动机构、第二驱动机构和第三驱动机构，所述第一驱动机构、所述第二驱动机构和所述第三驱动机构均包括直流电机、减速机、主动齿轮、从动齿轮、第一滑动销、第二滑动销和第三滑动销，所述驱动端子包括两个在同一轴向上的前空心圆筒和后空心圆筒，所述前空心圆筒和所述后空心圆筒之间设有间距，且所述前空心圆筒和所述后空心圆筒用两条间隔设置的连接筋连接，所述连接筋的前后两端分别固定在所述前空心圆筒和所述后空心圆筒的圆周面上，所述从动齿轮设置在所述前空心圆筒和所述后空心圆筒的间距内，且两个连接筋分别在所述从动齿轮的两侧，所述从动齿轮的直径大于所述后空心圆筒的外径，所述从动齿轮的齿牙伸出所述间距，且所述从动齿轮和所述前空心圆筒的轴向一致，每个所述后空心圆筒前后两侧分别固定一个所述减速机和所述直流电机，所述减速机的输入端与所述直流电机的输出端连接，所述减速机的输出端固定一个主动齿轮，所述主动齿轮和所述从动齿轮相互啮合，所述从动齿轮中部设有与所述从动齿轮同心的空腔，第一滑动销、第二滑动销和第三滑动销均固定在所述从动齿轮空腔的曲面内壁上，所述中空波纹管穿入到所述驱动端子内，第一滑动销和第二滑动销卡在所述中空波纹管外壁的螺纹两侧，且所述第一滑动销和所述第二滑动销的连线与所述中空波纹管的轴线平行，所述第三滑动销卡在所述中空波纹管螺纹的下边沿，所述第三滑动销所在的平面和所述第一滑动销所在的平面以所述从动齿轮的中轴线为对称轴对称，且所述第三滑动销在所述从动齿轮上的轴向上的位置位于所述第一滑动销和所述第三滑动销之间。

本发明具有如下有益效果：

1.本发明包括躯干组件和驱动组件，每节躯干组件包括三根柔性螺杆，柔性螺杆外表面设有螺纹，驱动组件包括三个驱动机构，每根柔性螺杆外表面上设有一个驱动机构，每个驱动机构包括直流电机、减速机、主动齿轮、从动齿轮，在从动齿轮设有中空腔，中空腔内设有第一滑动销、第二滑动销和第三滑动销，第一滑动销、第二滑动销和第三滑动销同时卡在柔性螺杆的螺纹凹槽内，当每个驱动机构上的直流电机启动后，减速机带动主动齿轮带动，进而带动从动齿轮转动，从而使得柔性螺杆相对于三个滑动销做直线滑动，本发明上的驱动组件结构简单和轻量，稳定性好，三个滑动销卡入在柔性螺杆外表面，传动稳定，不会出现打滑现象，行程控制精准。

2.本发明可以通过带有三个第二固定端子的第二基座将躯干组件沿躯干组件的轴向两两拼接在一起，该种第二基座上设有三个驱动端子和三个第二固定端子，前一节躯干组件在三个驱动端子内可以移动，后一节躯干组件的前端固定于三个第二固定端子内，可以根据实际需求无限制拼接躯干组件的数量，实现了使用者对连续体机器人不同自由度的需求。

3.本发明包括躯干组件、第二基座和驱动组件，每两节躯干中间用第二基座连接在一起，而每个第二基座上固定一个驱动组件，所以本发明的躯干组件是连接在一起的，且每个驱动组件可以对应控制一节躯干组件的伸长和缩短，使用者可以控制其中一节或更多节躯干组件的伸长或缩短，可以当作移动机器人使用。

4.本发明最前侧的躯干组件的前端用第一基座固定，第一基座上设有三个四杆结构一，第二基座上至少设有三个四杆结构二，每节躯干组件上的柔性螺杆的两端分别与四杆结构一和四杆结构二连接，使得机器人在行进到拐弯处时能够产生自适应，使得三根柔性螺杆之间的间距变小，轻松越过比较复杂的环境。

附图说明

图1为本发明一种多操作模式模块化连续体机器人实施例1的整体示意图；

图2为本发明一种多操作模式模块化连续体机器人实施例1的俯视图；

图3为图2在A-A方向的剖视图；

图4为图3的A部放大示意图；

图5为本发明一种多操作模式模块化连续体机器人第一基座的结构示意图(实施例1、实施例2和实施例3的第一基座相同)；

图6为本发明一种多操作模式模块化连续体机器人实施例1第二基座的结构示意图一；

图7为本发明一种多操作模式模块化连续体机器人实施例1第二基座的结构示意图二；

图8为本发明驱动机构的剖视图(第一驱动机构、第二驱动机构和第三驱动机构的结构相同)；

图9为本发明一种多操作模式模块化连续体机器人实施例2和实施例3的整体示意图；

图10为本发明一种多操作模式模块化连续体机器人实施例2和实施例3第二基座的结构示意图一；

图11为本发明一种多操作模式模块化连续体机器人实施例2和实施例3第二基座的结构示意图二；

图12为本发明一种多操作模式模块化连续体机器人实施例1的活动自由度示意图；

图13为本发明一种多操作模式模块化连续体机器人实施例2的活动自由度示意图；

图14为本发明一种多操作模式模块化连续体机器人实施例2伸入管道缝隙的工作示意图；

图15为本发明一种多操作模式模块化连续体机器人实施例2在管道外部爬行工作示意图；

图16为本发明一种多操作模式模块化连续体机器人实施例3吊装下安装吸盘示意图。上述附图中，1、躯干组件；2、第一基座；3、第二基座；4、驱动组件；11、柔性螺杆；111、中空波纹管；112、泡沫夹层管；113、玻璃纤维杆；21、第一连接圆筒；22、四杆结构一；23、第一固定端子；221、第二连杆a；222、第四连杆a；223、第一连杆a；224、第三连杆a；31、第二连接圆筒；32、四杆结构二；33、驱动端子；331、前空心圆筒；332、后空心圆筒；333、连接筋；34、第二固定端子；321、第二连杆b；322、第四连杆b；323、第一连杆b；324、第三连杆b；41、第一驱动机构；42、第二驱动机构；43、第三驱动机构；401、直流电机；402、减速机；403、主动齿轮；404、从动齿轮；405、第一滑动销；406、第二滑动销；407、第三滑动销；5、真空吸盘；6、连接架。

具体实施方式

下面结合附图1-16和实施例1-3对本发明中的技术方案进一步说明。

本发明提供一种多操作模式模块化连续体机器人，包括至少一节躯干组件1、至少一个第一基座2、至少一个第二基座3和至少一个驱动组件4，躯干组件1的前端固定在第一基座2上，躯干组件1可在第二基座3内沿躯干组件1的轴线方向平移，驱动组件4设置在第二基座3上，躯干组件1在第二基座3内移动，每个第二基座3的后方可以加装另一个躯干组件1，使得一个第二基座3将两节躯干组件1拼接在一起，且拼接在一起的所有躯干组件1的轴向一致，每节躯干组件1包括三根柔性螺杆11。

实施例1连续体机器人作为移动机器人使用(一节躯干组件)

如图1-5所示，本发明包括一个第一基座2、一个第二基座3、一节躯干组件1和一个驱动组件4，第一基座2包括第一连接圆筒21、三个四杆结构一22和三个第一固定端子23，三个四杆结构一22间隔均匀地固定在第一连接圆筒21的周向面上。

柔性螺杆11包括中空波纹管111、泡沫夹层管112和玻璃纤维杆113，泡沫夹层管112设置在中空波纹管111的腔室内，玻璃纤维杆113设置在泡沫夹层管112的腔室内，泡沫夹层管112的外径等于中空波纹管111的内径，玻璃纤维杆113的外径等于泡沫夹层管112的内径，玻璃纤维杆113为中空波纹管111增加一定程度的刚度，而泡沫夹层管112可以将玻璃纤维杆113固定在中空波纹管111内部，防止玻璃纤维杆113在中空波纹管111内部沿轴向移动或垂直于轴向移动。

如图5所示，四杆结构一22包括四个首尾铰接的连杆，包括依次连接的第二连杆a221、第四连杆a222、第一连杆a223和第三连杆a224，第一连杆a223的轴向、第二连杆a221的轴向和第一连接圆筒21的轴向平行，第三连杆a224的轴向和第四连杆a222的轴向互相平行，第一连杆a223直接固定在第一连接圆筒21上，第三连杆a224和第四连杆a222分别设置在第一连接圆筒21的前后两侧，第一连杆a223和第三连杆a224的夹角处设有扭簧，第一连杆a223和第三连杆a224的初始夹角为60°，第三连杆b324相对于第一连杆b323的最大变形角度为48°，第二连杆a221上均固定一个第一固定端子23。

如图6-图8所示，第二基座3包括第二连接圆筒31、三个四杆结构二32和三个驱动端子33，三个四杆结构二32间隔均匀地固定在第二连接圆筒31的周向面上。

四杆结构二32包括四个首尾铰接的连杆，包括依次连接的第二连杆b321、第四连杆b322、第一连杆b323和第三连杆b324，第一连杆b323的轴向、第二连杆b321的轴向和第二连接圆筒31的轴向平行，第三连杆b324的轴向和第四连杆b322的轴向互相平行，第一连杆b323直接固定在第二连接圆筒31上，第三连杆b324和第四连杆b322分别设置在第二连接圆筒31的前后两侧，第一连杆b323和第三连杆b324的夹角处设有扭簧，第一连杆b323和第三连杆b324的初始夹角为60°,第三连杆b324相对于第一连杆b323的最大变形角度为48°，第二连杆b321上均固定一个驱动端子33，每根中空波纹管111的前端与其中一个第一固定端子23螺纹连接，每根中空波纹管111与其中一个驱动端子33连接，中空波纹管111可在驱动端子33内移动，与同一根中空波纹管111连接的第一固定端子23和驱动端子33在同一轴线上。

中空波纹管111的螺纹的牙型为矩形，驱动组件4包括分别设置在三个驱动端子33上的第一驱动机构41、第二驱动机构42和第三驱动机构43，第一驱动机构41、第二驱动机构42和第三驱动机均包括直流电机401、减速机402、主动齿轮403、从动齿轮404、第一滑动销405、第二滑动销406和第三滑动销407，驱动端子33包括两个在同一轴向上的前空心圆筒331和后空心圆筒332，前空心圆筒331和后空心圆筒332之间设有间距，且前空心圆筒331和后空心圆筒332用两条间隔设置的连接筋333连接，连接筋333的前后两端分别固定在前空心圆筒331和后空心圆筒332的圆周面上，从动齿轮404设置在前空心圆筒331和后空心圆筒332的间距内，且两个连接筋333分别在从动齿轮404的两侧，从动齿轮404的直径大于后空心圆筒332的外径，从动齿轮404的齿牙伸出间距，且从动齿轮404和前空心圆筒331的轴向一致，每个后空心圆筒332前后两侧分别固定一个减速机402和直流电机401，减速机402的输入端与直流电机401的输出端连接，减速机402的输出端固定一个主动齿轮403，主动齿轮403和从动齿轮404相互啮合，从动齿轮404中部设有与从动齿轮404同心的空腔，第一滑动销405、第二滑动销406和第三滑动销407均固定在空腔的曲面内壁上，中空波纹管111穿入到驱动端子33内，第一滑动销405和第二滑动销406卡在中空波纹管111外壁的螺纹两侧，且第一滑动销405和第二滑动销406的连线与中空波纹管111的轴线平行，第三滑动销407卡在中空波纹管111螺纹的下边沿，第三滑动销407所在的平面和第一滑动销405所在的平面以从动齿轮404的中轴线为对称轴对称，且第三滑动销407在从动齿轮404上的轴向上的位置位于第一滑动销405和第三滑动销407之间。两个连接筋333分别在从动齿轮404的两侧，可以对从动齿轮404进行限位，可有效保证从动齿轮404的转动精度，避免打滑现象的发生。

当第一驱动机构41、第二驱动机构42和第三驱动机构43上的直流电机401同时启动后，直流电机401的输出轴旋转，带动减速机402的输出端旋转，从而使得主动齿轮403旋转，接着带动从动齿轮404旋转，当从动齿轮404旋转的时候，三个滑动销均在中空波纹管111凹槽内滑动，使得三个柔性螺杆11分别相对于三个驱动端子33移动，当然直流电机401的旋转方向可以正传也可以是反转，在工作时，同一节躯干组件1的三个柔性螺杆11大部分时间都是一致往前移动的，在遇到拐弯处的时候，其中一根或者两根柔性螺杆11临时性往后缩，到达自适应的目的，等越过拐弯处后再次向前移动。

第一基座2上可以固定各种检测传感器或者摄像头和照明设备，初始状态时，第一基座2紧挨在第二基座3前方，柔性螺杆11的大部分在第二基座3的后方伸出，当各个直流电机401启动后，每根柔性螺杆11移动，可以在管道缝隙内移动，进行检测工作、勘探工作，当在拐角处移动时，可通过四杆结构的柔性，实现在不同弯角处自适应运动，第一基座2上的第一连杆a223和第三连杆a224之间的夹角由大变小，第二基座3上的第一连杆b323和第三连杆b324之间的夹角由大变小。通过各个直流电机401驱动速度、驱动行程的不同组合，可实现连续体机器人呈现不同姿态，以达到检测目标。当完成检测工作、勘探工作后，直流电机401反向旋转，柔性螺杆11相对驱动端子33反向运动，当然在拐角处时，依然需要通过四杆结构实现自适应运动，此时第一基座2上第一连杆a223和第三连杆a224之间的夹角由小变大，第二基座3上的第一连杆b323和第三连杆b324之间的夹角由小变大。

如图12所示，一节连续体机器人可以实现任务空间中T-R-R三个自由度：第一，垂直于X0Y0平面的直线移动；第二，绕着X0轴扭动自由度；第三，绕着Y0轴扭动自由度。

实施例2连续体机器人作为移动机器人使用(两节躯干组件)

如图9所示，与实施例1不同的是：本发明包括一个第一基座2、两个第二基座3、两节躯干组件1和两个驱动组件4，前一节躯干组件1的前端固定一个第一基座2，两节躯干组件1之间采用一个第二基座3连接，前一节躯干组件1可以在该第二基座3内移动，后一节躯干组件1的前端与该第二基座3固定，后一节躯干组件1与另一个第二基座3连接，可在该第二基座3内移动。

如图10和图11，第二基座3包括第二连接圆筒31、六个四杆结构二32、三个驱动端子33和三个第二固定端子34，六个四杆结构二32间隔均匀地固定在第二连接圆筒31的周向面上。

其中三个第二连杆b321上均固定一个驱动端子33，另外三个连杆b上均固定一个第二固定端子34，且驱动端子33和第二固定端子34交替设置，前一节躯干组件1的每根中空波纹管111的前端与其中一个第一固定端子23螺纹连接，前一节躯干组件1的每根中空波纹管111与其中一个驱动端子33连接，中空波纹管111可在驱动端子33内移动，与同一根中空波纹管111连接的第一固定端子23和驱动端子33在同一轴线上，后一节躯干组件1的每根中空波纹管111的前端与第二基座3上的其中一个第二固定端子34螺纹连接，后一节躯干组件1的每根中空波纹管111与后侧第二基座3连接。相邻两节躯干组件1之间的第二基座3将两节躯干组件1拼接在一起。

当后一节躯干组件1上的第一驱动机构41、第二驱动机构42和第三驱动机构43上的直流电机401同时启动后，后一节躯干组件1上的三个柔性螺杆11分别相对于三个驱动端子33移动，当然直流电机401的旋转方向可以正传也可以是反转，由此可以使得三根柔性螺杆11可以向前侧移动也可以向后侧移动。当前一节躯干组件1上的第一驱动机构41、第二驱动机构42和第三驱动机构43上的直流电机401同时启动后，前一节躯干组件1上的三个柔性螺杆11分别相对于三个驱动端子33移动，当然直流电机401的旋转方向可以正传也可以是反转，由此可以使得三根柔性螺杆11可以向前侧移动也可以向后侧移动。

如图14所示，本实施例相对于实施例1在躯干组件1上增加一节，能够进入到缝隙和管道更深入的部位，并且具有更多自由度。同样地，第一基座2上可以固定各种检测传感器或者摄像头和光照设备，初始状态时，两节躯干组件1整体都向前移动，可以在管道内部或缝隙内移动，进行检测工作和勘探工作，当在拐角处移动时，可通过四杆结构的柔性，实现在不同弯角处自适应运动，第一基座2上的第一连杆a223和第三连杆a224之间的夹角由大变小，第二基座3上的第一连杆b323和第三连杆b324之间的夹角由大变小。当完成检测工作、勘探工作后，直流电机401反向旋转，两节躯干组件1重新缩回去，当然在拐角处时，还是需要通过由四杆结构实现自适应运动，此时第一基座2上第一连杆a223和第三连杆a224之间的夹角由小变大，第二基座3上的第一连杆b323和第三连杆b324之间的夹角由小变大。如图15所示，本实施例也可以在管道外部爬行。

如图13所示，两节连续体机器人末端点P2具有空间坐标系中分别绕X0轴、Y0轴转动的自由度，以及在空间中X0、Y0、Z0三个方向的平移自由度。

实施例3连续体机器人作为机械臂使用(两节躯干组件)

如图9和图16所示，本实施例与实施例2完全不同的是：在本实施例使用时可以将最末端的第二基座3固定在连接架6上，通过吊装的连接方式将本发明安装在连接架6上，在第一基座2前端附加吸附装置，如电磁铁、机械手爪或真空吸盘5，实现对物体的抓取。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种多操作模式模块化连续体机器人，其特征在于，包括至少一节躯干组件(1)、至少一个第一基座(2)、至少一个第二基座(3)和至少一个驱动组件(4)，所述躯干组件(1)的前端固定在所述第一基座(2)上，所述躯干组件(1)可在所述第二基座(3)内沿所述躯干组件(1)的轴线方向平移，所述驱动组件(4)设置在所述第二基座(3)上，所述躯干组件(1)可在所述第二基座(3)内移动，每个所述第二基座(3)的后方可以加装另一个所述躯干组件(1)，使得一个所述第二基座(3)将两节所述躯干组件(1)拼接在一起，且拼接在一起的所有所述躯干组件(1)的轴向一致，每节所述躯干组件(1)包括三根柔性螺杆(11)。

2.如权利要求1所述的一种多操作模式模块化连续体机器人，其特征在于，所述柔性螺杆(11)包括中空波纹管(111)、泡沫夹层管(112)和玻璃纤维杆(113)，所述泡沫夹层管(112)设置在所述中空波纹管(111)的腔室内，所述玻璃纤维杆(113)设置在所述泡沫夹层管(112)的腔室内，所述泡沫夹层管(112)的外径等于所述中空波纹管(111)的内径，所述玻璃纤维杆(113)的外径等于所述泡沫夹层管(112)的内径。

3.如权利要求2所述的一种多操作模式模块化连续体机器人，其特征在于，所述第一基座(2)包括第一连接圆筒(21)、三个四杆结构一(22)和三个第一固定端子(23)，三个所述四杆结构一(22)间隔均匀地固定在所述第一连接圆筒(21)的周向面上，

所述四杆结构一(22)包括四个首尾铰接的连杆，包括依次连接的第二连杆a(221)、第四连杆a(222)、第一连杆a(223)和第三连杆a(224)，所述第一连杆a(223)的轴向、所述第二连杆a(221)的轴向和所述第一连接圆筒(21)的轴向平行，所述第三连杆a(224)的轴向和所述第四连杆a(222)的轴向互相平行，所述第一连杆a(223)直接固定在所述第一连接圆筒(21)上，所述第三连杆a(224)和所述第四连杆a(222)分别设置在所述第一连接圆筒(21)的前后两侧，所述第一连杆a(223)和所述第三连杆a(224)的夹角处设有扭簧，所述第一连杆a(223)和所述第三连杆a(224)的初始夹角为60°，所述第三连杆a(224)相对于所述第一连杆a(223)的最大变形角度为48°，所述第二连杆a(221)上均固定一个第一固定端子(23)。

4.如权利要求3所述的一种多操作模式模块化连续体机器人，其特征在于，

所述第二基座(3)包括第二连接圆筒(31)、三个四杆结构二(32)和三个驱动端子(33)，三个所述四杆结构二(32)间隔均匀地固定在所述第二连接圆筒(31)的周向面上，

所述四杆结构二(32)包括四个首尾铰接的连杆，包括依次连接的第二连杆b(321)、第四连杆b(322)、第一连杆b(323)和第三连杆b(324)，所述第一连杆b(323)的轴向、所述第二连杆b(321)的轴向和所述第二连接圆筒(31)的轴向平行，所述第三连杆b(324)的轴向和所述第四连杆b(322)的轴向互相平行，所述第一连杆b(323)直接固定在所述第二连接圆筒(31)上，所述第三连杆b(324)和所述第四连杆b(322)分别设置在所述第二连接圆筒(31)的前后两侧，所述第一连杆b(323)和所述第三连杆b(324)的夹角处设有扭簧，所述第一连杆b(323)和所述第三连杆b(324)的初始夹角为60°,所述第三连杆b(324)相对于所述第一连杆b(323)的最大变形角度为48°，所述第二连杆b(321)上均固定一个驱动端子(33)，每根所述中空波纹管(111)的前端与其中一个所述第一固定端子(23)螺纹连接，每根所述中空波纹管(111)与其中一个所述驱动端子(33)连接，所述中空波纹管(111)可在所述驱动端子(33)内移动，与同一根所述中空波纹管(111)连接的所述第一固定端子(23)和所述驱动端子(33)在同一轴线上。

5.如权利要求3所述的一种多操作模式模块化连续体机器人，其特征在于，

所述第二基座(3)包括第二连接圆筒(31)、六个四杆结构二(32)、三个驱动端子(33)和三个第二固定端子(34)，六个所述四杆结构二(32)间隔均匀地固定在所述第二连接圆筒(31)的周向面上，

所述四杆结构二(32)包括四个首尾铰接的连杆，包括依次连接的第二连杆b(321)、第四连杆b(322)、第一连杆b(323)和第三连杆b(324)，所述第一连杆b(323)的轴向、所述第二连杆b(321)的轴向和所述第二连接圆筒(31)的轴向平行，所述第三连杆b(324)的轴向和所述第四连杆b(322)的轴向互相平行，所述第一连杆b(323)直接固定在所述第二连接圆筒(31)上，所述第三连杆b(324)和所述第四连杆b(322)分别设置在所述第二连接圆筒(31)的前后两侧，所述第一连杆b(323)和所述第三连杆b(324)的夹角处设有扭簧，所述第一连杆b(323)和所述第三连杆b(324)的初始夹角为60°,所述第三连杆b(324)相对于所述第一连杆b(323)的最大变形角度为48°，其中三个所述第二连杆b(321)上均固定一个驱动端子(33)，另外三个所述第二连杆b(321)上均固定一个驱动端子(33)，且所述驱动端子(33)和所述第二固定端子(34)交替设置，前一节所述躯干组件(1)的每根所述中空波纹管(111)的前端与所述第一基座(2)上的其中一个所述第一固定端子(23)螺纹连接，前一节所述躯干组件(1)的每根所述中空波纹管(111)与其中一个所述驱动端子(33)连接，所述中空波纹管(111)可在所述驱动端子(33)内移动，与同一根所述中空波纹管(111)连接的所述第一固定端子(23)和所述驱动端子(33)在同一轴线上，后一节所述躯干组件(1)的每根所述中空波纹管(111)的前端与所述第二基座(3)上的其中一个第二固定端子(34)螺纹连接，相邻两节所述躯干组件(1)之间的所述第二基座(3)将两节所述躯干组件(1)拼接在一起。

6.如权利要求4或5所述的一种多操作模式模块化连续体机器人，其特征在于，所述中空波纹管(111)的螺纹的牙型为矩形，所述驱动组件(4)包括分别设置在三个所述驱动端子(33)上的第一驱动机构(41)、第二驱动机构(42)和第三驱动机构(43)，所述第一驱动机构(41)、所述第二驱动机构(42)和所述第三驱动机构(43)均包括直流电机(401)、减速机(402)、主动齿轮(403)、从动齿轮(404)、第一滑动销(405)、第二滑动销(406)和第三滑动销(407)，所述驱动端子(33)包括两个在同一轴向上的前空心圆筒(331)和后空心圆筒(332)，所述前空心圆筒(331)和所述后空心圆筒(332)之间设有间距，且所述前空心圆筒(331)和所述后空心圆筒(332)用两条间隔设置的连接筋(333)连接，所述连接筋(333)的前后两端分别固定在所述前空心圆筒(331)和所述后空心圆筒(332)的圆周面上，所述从动齿轮(404)设置在所述前空心圆筒(331)和所述后空心圆筒(332)的间距内，且两个连接筋(333)分别在所述从动齿轮(404)的两侧，所述从动齿轮(404)的直径大于所述后空心圆筒(332)的外径，所述从动齿轮(404)的齿牙伸出所述间距，且所述从动齿轮(404)和所述前空心圆筒(331)的轴向一致，每个所述后空心圆筒(332)前后两侧分别固定一个所述减速机(402)和所述直流电机(401)，所述减速机(402)的输入端与所述直流电机(401)的输出端连接，所述减速机(402)的输出端固定一个主动齿轮(403)，所述主动齿轮(403)和所述从动齿轮(404)相互啮合，所述从动齿轮(404)中部设有与所述从动齿轮(404)同心的空腔，第一滑动销(405)、第二滑动销(406)和第三滑动销(407)均固定在所述从动齿轮(404)空腔的曲面内壁上，所述中空波纹管(111)穿入到所述驱动端子(33)内，第一滑动销(405)和第二滑动销(406)卡在所述中空波纹管(111)外壁的螺纹两侧，且所述第一滑动销(405)和所述第二滑动销(406)的连线与所述中空波纹管(111)的轴线平行，所述第三滑动销(407)卡在所述中空波纹管(111)螺纹的下边沿，所述第三滑动销(407)所在的平面和所述第一滑动销(405)所在的平面以所述从动齿轮(404)的中轴线为对称轴对称，且所述第三滑动销(407)在所述从动齿轮(404)上的轴向上的位置位于所述第一滑动销(405)和所述第三滑动销(407)之间。

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