CN114654445B - 一种线驱动的柔性机器人 - Google Patents

Abstract

本发明属于柔性机器人领域，公开了一种线驱动的柔性机器人，全部由片材构成，从而大大提高了使用安全性，降低自身体积、质量，并且使得操作适用场景更广，极大地降低了制造成本，包括依次连接的扭曲变形单元和弯曲变形单元，弯曲变形单元包括多个第一扩缩片材结构、相互平行的执行平台片材、连接隔板片材以及多个第一驱动件，第一扩缩片材结构的两端分别固接在执行平台片材和连接隔板片材上，扭曲变形单元包括底部片材、多个第二扩缩片材结构以及多个第二驱动件，第二扩缩片材结构的两端分别固接在连接隔板片材和底部片材的相向表面上，多个第二扩缩片材结构呈轴对称均匀分布，并且连接隔板片材、底部片材以及多个第二扩缩片材结构同轴设置。

Description

一种线驱动的柔性机器人

技术领域

本发明属于柔性机器人领域，公开了一种线驱动的柔性机器人。

背景技术

目前，传统的空间机器人大多是全刚体结构，采用“底部基座/执行平台+多自由度机械臂+机械手”的构型，这种机器人受机械臂长度和灵活性的限制。传统的空间机器人在操作时需要充分靠近目标，在狭小空间内抓取物品、清理物品时灵活性较差，安全性不高，整体惯性量较大，从而使得使用安全性不高、难以降低自身体积、质量而使得适用场景受限且制造成本难以降低。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种线驱动的柔性机器人，能够实现全部由片材构成，从而大大提高了使用安全性，降低自身体积、质量，使得操作适用场景更广，且极大地降低了制造成本。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案为：

一种线驱动的柔性机器人，其特征在于，包括：依次连接的扭曲变形单元和弯曲变形单元，弯曲变形单元包括多个第一扩缩片材结构、相互平行的执行平台片材、连接隔板片材以及多个第一驱动件，第一扩缩片材结构的两端分别固接在执行平台片材和连接隔板片材的相向表面上，第一扩缩片材结构用于通过扩张或收缩使得执行平台片材和连接隔板片材的间距增大或缩小，多个第一扩缩片材结构呈轴对称均匀分布，并且执行平台片材、连接隔板片材以及多个第一扩缩片材结构同轴设置，多个第一驱动件用于分别对应驱动多个第一扩缩片材结构扩张或收缩，扭曲变形单元包括底部片材、多个第二扩缩片材结构以及多个第二驱动件，第二扩缩片材结构的两端分别固接在连接隔板片材和底部片材的相向表面上，第二扩缩片材结构用于通过扩张或收缩使得底部片材相对连接隔板片材发生位移，多个第二扩缩片材结构呈轴对称均匀分布，并且连接隔板片材、底部片材以及多个第二扩缩片材结构同轴设置，多个第二驱动件用于分别对应驱动多个第二扩缩片材结构扩张或收缩。

优选地，第一扩缩片材结构包括第一对折片材和第一复位弹性件，第一对折片材的两端分别固接在执行平台片材和连接隔板片材的相向表面上，第一对折片材具有至少一条第一对折线，第一对折线与执行平台片材平行，第一复位弹性件为位于第一对折片材的近旁的不锈钢压簧，第一复位弹性件的两端分别抵接在执行平台片材和连接隔板片材的相向表面上。

优选地，第二扩缩片材结构包括隔板联动片材、第二对折片材、底部联动片材以及第二复位弹性件，底部联动片材与底部片材固接，隔板联动片材与连接隔板片材固接，并且隔板联动片材与底部联动片材相互平行，第二对折片材的两端分别对应固接在底部联动片材和隔板联动片材的相向表面上，第二对折片材具有至少一条第二对折线，并且隔板联动片材和底部联动片材关于第二对折线轴对称，第二复位弹性件为弹力绳，第二复位弹性件的两端分别分别固接在隔板联动片材和底部联动片材的相向表面上。

进一步地，第二对折片材为通过依次弯折形成的连续封闭框，具有均相对设置的两个折叠子片和两个连接子片，两个连接子片分别与底部联动片材和隔板联动片材固接，两个折叠子片均具有第二对折线。

再进一步地，第二驱动件为电驱动或液压驱动的驱动舵机，设置在连接隔板片材和/或底部片材上，第二驱动件的输出端卷绕设置有第二联动线缆，第二联动线缆的自由端固接在第二对折线上。

再再进一步地，第二驱动件的数量为六个，三三设置在连接隔板片材和底部片材的相向表面上，第二联动线缆通过往复穿过连接隔板片材或底部片材与第二对折线固接。

优选地，第一驱动件为电驱动或液压驱动的驱动舵机，设置在执行平台片材上，第一驱动件的输出端卷绕设置有第一联动线缆，第一联动线缆的自由端固接在连接隔板片材上。

优选地，第一驱动件的数量为三个。

优选地，执行平台片材、连接隔板片材以及底部片材均为正六边形，且连接隔板片材和底部片材在竖直方向上对应。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.因为本发明的线驱动的柔性机器人，包括依次连接的扭曲变形单元和弯曲变形单元，弯曲变形单元包括多个第一扩缩片材结构、相互平行的执行平台片材、连接隔板片材以及多个第一驱动件，第一扩缩片材结构的两端分别固接在执行平台片材和连接隔板片材的相向表面上，第一扩缩片材结构用于通过扩张或收缩使得执行平台片材和连接隔板片材的间距增大或缩小，多个第一驱动件用于分别对应驱动多个第一扩缩片材结构扩张或收缩，扭曲变形单元包括底部片材、多个第二扩缩片材结构以及多个第二驱动件，第二扩缩片材结构的两端分别固接在连接隔板片材和底部片材的相向表面上，第二扩缩片材结构用于通过扩张或收缩使得底部片材相对连接隔板片材发生位移，多个第二扩缩片材结构呈轴对称均匀分布，并且连接隔板片材、底部片材以及多个第二扩缩片材结构同轴设置，多个第二驱动件用于分别对应驱动多个第二扩缩片材结构扩张或收缩，多个第一扩缩片材结构通过各自扩缩状态的不同，使得执行平台片材相对连接隔板片材的位置关系发生变化，从而使得弯曲变形单元相对扭曲变形单元发生了弯曲变形，多个第二扩缩片材结构通过各自扩缩状态的不同，使得底部片材相对连接隔板片材的位置关系发生变化，从而扭曲变形单元发生了自身的扭曲变形，从而使得执行平台片材相对于底部片材能够在三维空间进行位置关系变化，即使得执行平台片材上设置的执行元件能够在狭小空间内精准灵活地执行抓取动作，因此，本发明的线驱动的柔性机器人，全部由片材构成，从而大大提高了使用安全性，降低自身体积、质量，并且使得操作适用场景更广，极大地降低了制造成本。

2.因为本发明的第一扩缩片材结构包括第一对折片材和第一复位弹性件，第一对折片材的两端分别固接在执行平台片材和连接隔板片材的相向表面上，第一对折片材具有至少一条第一对折线，第一复位弹性件位于第一对折片材的近旁，且两端分别抵接在执行平台片材和连接隔板片材的相向表面上，因此，本发明通过第一对折片材和第一复位弹性件简便地实现了扩张和收缩的功能。

3.因为本发明的第二扩缩片材结构包括隔板联动片材、第二对折片材、底部联动片材以及第二复位弹性件，底部联动片材与底部片材固接，隔板联动片材与连接隔板片材固接，并且隔板联动片材与底部联动片材相互平行，第二对折片材的两端分别对应固接在底部联动片材和隔板联动片材的相向表面上，第二对折片材具有至少一条第二对折线，并且隔板联动片材和底部联动片材关于第二对折线轴对称，第二复位弹性件为弹力绳，第二复位弹性件的两端分别分别固接在隔板联动片材和底部联动片材的相向表面上，因此，本发明通过隔板联动片材、第二对折片材、底部联动片材以及第二复位弹性件简便地实现了扩张和收缩的功能。

4.因为本发明的第二驱动件为电驱动或液压驱动的驱动舵机，设置在连接隔板片材和/或底部片材上，第二驱动件的输出端卷绕设置有第二联动线缆，第二联动线缆的自由端固接在第二对折线上，因此，本发明通过第二联动线缆能够带动第二对折线移动，从而实现通过舵机对第二对折片材的扩缩功能进行即时的准确控制。

5.因为本发明的第二驱动件的数量为六个，三三设置在连接隔板片材和底部片材的相向表面上，第二联动线缆通过往复穿过连接隔板片材或底部片材与第二对折线固接，因此，三三设置的第二驱动件使得在第二扩缩片材结构的控制更加稳定。

附图说明

图1为本发明的实施例的线驱动的柔性机器人的立体示意图；

图2为本发明的实施例的弯曲变形单元的立体示意图；

图3为本发明的实施例的弯曲变形单元的俯视示意图；

图4为本发明的实施例的扭曲变形单元的立体示意图；以及

图5为本发明的实施例的第二扩缩片材结构的立体示意图。

图中：100、线驱动的柔性机器人，10、弯曲变形单元，11、执行平台片材，12、第一驱动件，13、第一联动线缆，141、第一对折片材，1411、第一对折线，142、第一复位弹性件，15、连接隔板片材，20、扭曲变形单元，21、底部片材，22、第二驱动件，23、第二联动线缆，241、第二对折片材，241a、折叠子片，241b、连接子片，2411、第二对折线，242、第二复位弹性件。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明的一种线驱动的柔性机器人作具体阐述，需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。

如图1所示，本实施例中的线驱动的柔性机器人100，用于通过执行平台搭载如机械手等执行元件，并在狭小空间内进行三维执行操作。

线驱动的柔性机器人100包括依次连接的扭曲变形单元20和弯曲变形单元10，具体地，在不进行操作时，线驱动的柔性机器人100总线呈直线设置。

如图2和图3所示，弯曲变形单元10包括多个第一扩缩片材结构、相互平行的执行平台片材11、连接隔板片材15以及相互对应的多个第一驱动件12和多个第一联动线缆13，具体地，执行平台片材11即为搭载执行元件的平台，第一扩缩片材结构、执行平台片材11、连接隔板片材15均通过3D打印得到，第一联动线缆13为钢丝缆绳，在本实施例中，第一扩缩片材结构的材料选用邵氏硬度为60的软胶，执行平台片材11和连接隔板片材15的材料选用PLA(生物降解塑料聚乳酸)或者ABS塑料，由于软胶、PLA以及ABS均为柔性材料，因此，在执行平台片材11运动过程受阻的情况下，柔性材料将发生屈服变形，从而避免对相关接触物件造成损伤。

多个第一扩缩片材结构呈轴对称均匀分布，并且执行平台片材11、连接隔板片材15以及多个第一扩缩片材结构同轴设置，第一扩缩片材结构的两端分别固接在执行平台片材11和连接隔板片材15的相向表面上，第一扩缩片材结构用于通过扩张或收缩使得执行平台片材11和连接隔板片材15的间距增大或缩小，具体地，执行平台片材11和连接隔板片材15均为正六边形，第一扩缩片材结构的数量为三个，三个第一扩缩片材结构通过进行不同程度的伸缩，从而使得执行平台片材11相对连接隔板片材15的位置关系发生变化，从而使得弯曲变形单元10相对扭曲变形单元20发生了弯曲变形，在本实施例中，第一扩缩片材结构的两端分别位于执行平台片材11和连接隔板片材15的对应边缘。

第一扩缩片材结构包括第一对折片材141和第一复位弹性件142。

第一对折片材141的两端分别固接在执行平台片材11和连接隔板片材15的相向表面上，具体地，第一对折片材141具有至少一条第一对折线1411，第一对折线1411与执行平台片材11平行，在本实施例中，第一对折线1411的数量为一条，第一对折片材141为共用上底的两个全等等腰梯形，且其上底处通过弯折形成第一对折线1411，其两端下底分别固接在执行平台片材11和连接隔板片材15的相向表面上。

第一复位弹性件142为位于第一对折片材141的近旁的不锈钢压簧，第一复位弹性件142的两端分别抵接在执行平台片材11和连接隔板片材15的相向表面上，当外力使得第一对折片材141沿第一对折线1411进行折叠时，执行平台片材11和连接隔板片材15的间距缩小；当撤去外力时，第一复位弹性件142使得第一对折片材141沿第一对折线1411扩展，从而执行平台片材11和连接隔板片材15的间距扩大并复位。

多个第一驱动件12用于通过对应的多个第一联动线缆13分别对应驱动多个第一扩缩片材结构扩张或收缩，具体地，第一驱动件12为电驱动或液压驱动的驱动舵机，且数量为三个，均设置在执行平台片材11上，第一驱动件12的输出端卷绕设置有第一联动线缆13，第一联动线缆13的自由端固接在连接隔板片材15上，当第一驱动件12输出转矩时，第一联动线缆13的自由端通过拉动连接隔板片材15，从而使得第一对折片材141沿第一对折线1411进行折叠。

如图4所示，扭曲变形单元20包括底部片材21、多个第二扩缩片材结构以及相互对应的多个第二驱动件22和多个第二联动线缆23，具体地，第二扩缩片材结构和底部片材21均通过3D打印得到，第二联动线缆23为钢丝缆绳，在本实施例中，第二扩缩片材结构的材料选用PLA，底部片材21的材料选用PLA或者ABS塑料。

多个第二扩缩片材结构呈轴对称均匀分布，并且连接隔板片材15、底部片材21以及多个第二扩缩片材结构同轴设置，第二扩缩片材结构的两端分别固接在连接隔板片材15和底部片材21的相向表面上，第二扩缩片材结构用于通过扩张或收缩使得底部片材21相对连接隔板片材15发生位移，具体地，底部片材21为正六边形，且连接隔板片材和底部片材在竖直方向上对应，第二扩缩片材结构的数量为三个，三个第一扩缩片材结构通过进行不同程度的伸缩，从而使得底部片材21相对连接隔板片材15的位置关系发生正六边形正向上的位移变化，从而扭曲变形单元20发生了自身的扭曲变形，结合上述弯曲变形单元10的变形使得执行平台片材11相对于底部片材21能够在三维空间进行位置关系变化，即使得执行平台片材11上设置的执行元件能够在狭小空间内精准灵活地执行诸如抓取动作等的操作，在本实施例中，第二扩缩片材结构的两端分别位于连接隔板片材15和底部片材21的边缘。

第二扩缩片材结构包括隔板联动片材(附图中未标出)、第二对折片材241、底部联动片材(附图中未标出)以及第二复位弹性件242。

底部联动片材与底部片材21固接，隔板联动片材与连接隔板片材15固接，并且隔板联动片材与底部联动片材相互平行，在本实施例中，将底部片材21和连接隔板片材15的轴线方向作为机器人方向，底部联动片材和隔板联动片材均原机器人方向延伸。

如图5所示，第二对折片材241的两端分别对应固接在底部联动片材和隔板联动片材的相向表面上，具体地，第二对折片材241为通过依次弯折形成的连续封闭框，具有均相对设置的两个折叠子片241a和两个连接子片241b，两个连接子片241b分别与底部联动片材和隔板联动片材固接，两个折叠子片241a均具有至少一条第二对折线2411，并且隔板联动片材和底部联动片材关于第二对折线轴对称，在本实施例中，每个连接子片241b具有一条第二对折线2411，完全展开的第二对折片材241呈矩形框。

第二复位弹性件242为弹力绳，第二复位弹性件242的两端分别分别固接在隔板联动片材和底部联动片材的相向表面上，当第二复位弹性件242的弹性缩力使得第二对折片材241沿第二对折线2411进行折叠时，隔板联动片材和底部联动片材的间距缩小并复位；当另外施加的外力不小于第二复位弹性件242的弹性缩力时，第二对折片材241沿第二对折线2411扩展，从而隔板联动片材和底部联动片材的间距缩小的间距扩大。

多个第二驱动件22用于通过对应的多个第二联动线缆23分别对应驱动多个第二扩缩片材结构扩张或收缩，多个第二驱动件22均设置在连接隔板片材15和/或底部片材21上，具体地，第二驱动件22为电驱动或液压驱动的驱动舵机，且数量为六个，三三设置在连接隔板片材15和底部片材21的相向表面上，第二联动线缆23通过往复穿过连接隔板片材15或底部片材21与第二对折线2411固接，第二驱动件22的输出端卷绕设置有第二联动线缆23，第二联动线缆23的自由端固接在第二对折线2411上，当第二驱动件22输出转矩时，第二联动线缆23的自由端通过拉动第二对折线2411，从而使得折叠的第二对折片材241克服第二复位弹性件242的缩力沿第一对折线1411进行展开。

上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围，本领域普通技术人员在所附权利要求范围内不需要创造性劳动就能做出的各种变形或修改仍属本专利的保护范围。

Claims (3)

1.一种线驱动的柔性机器人，其特征在于，包括：

依次连接的扭曲变形单元和弯曲变形单元，

所述弯曲变形单元包括多个第一扩缩片材结构、相互平行的执行平台片材、连接隔板片材以及多个第一驱动件，

所述第一扩缩片材结构的两端分别固接在所述执行平台片材和所述连接隔板片材的相向表面上，所述第一扩缩片材结构用于通过扩张或收缩使得所述执行平台片材和所述连接隔板片材的间距增大或缩小，

所述第一扩缩片材结构包括第一对折片材和第一复位弹性件，

所述第一对折片材的两端分别固接在所述执行平台片材和所述连接隔板片材的相向表面上，

所述第一对折片材具有至少一条第一对折线，该第一对折线与所述执行平台片材平行，

所述第一复位弹性件为位于所述第一对折片材的近旁的不锈钢压簧，所述第一复位弹性件的两端分别抵接在所述执行平台片材和所述连接隔板片材的相向表面上，

所述多个第一扩缩片材结构呈轴对称均匀分布，并且所述执行平台片材、所述连接隔板片材以及所述多个第一扩缩片材结构同轴设置，

所述多个第一驱动件用于分别对应驱动所述多个第一扩缩片材结构扩张或收缩，

所述扭曲变形单元包括底部片材、多个第二扩缩片材结构以及多个第二驱动件，

所述第二扩缩片材结构的两端分别固接在所述连接隔板片材和所述底部片材的相向表面上，所述第二扩缩片材结构用于通过扩张或收缩使得所述底部片材相对所述连接隔板片材发生位移，

所述第二扩缩片材结构包括隔板联动片材、第二对折片材、底部联动片材以及第二复位弹性件，

所述底部联动片材与所述底部片材固接，所述隔板联动片材与所述连接隔板片材固接，并且所述隔板联动片材与所述底部联动片材相互平行，

所述第二对折片材的两端分别对应固接在所述底部联动片材和所述隔板联动片材的相向表面上，所述第二对折片材具有至少一条第二对折线，并且所述隔板联动片材和所述底部联动片材关于所述第二对折线轴对称，

所述第二复位弹性件为弹力绳，所述第二复位弹性件的两端分别固接在所述隔板联动片材和所述底部联动片材的相向表面上，

所述第二对折片材为通过依次弯折形成的连续封闭框，具有均相对设置的两个折叠子片和两个连接子片，

两个连接子片分别与所述底部联动片材和所述隔板联动片材固接，两个折叠子片均具有所述第二对折线，

所述多个第二扩缩片材结构呈轴对称均匀分布，并且所述连接隔板片材、所述底部片材以及所述多个第二扩缩片材结构同轴设置，

所述多个第二驱动件用于分别对应驱动所述多个第二扩缩片材结构扩张或收缩，

所述第一驱动件为电驱动或液压驱动的驱动舵机，设置在所述执行平台片材上，所述第一驱动件的输出端卷绕设置有第一联动线缆，该第一联动线缆的自由端固接在所述连接隔板片材上，

所述第二驱动件为电驱动或液压驱动的驱动舵机，设置在所述连接隔板片材和/或所述底部片材上，所述第二驱动件的输出端卷绕设置有第二联动线缆，该第二联动线缆的自由端固接在所述第二对折线上，

所述第二驱动件的数量为六个，三三设置在所述连接隔板片材和所述底部片材的相向表面上，所述第二联动线缆通过往复穿过所述连接隔板片材或所述底部片材与所述第二对折线固接。

2.根据权利要求1所述的线驱动的柔性机器人，其特征在于：

其中，所述第一驱动件的数量为三个。

3.根据权利要求1所述的线驱动的柔性机器人，其特征在于：

其中，所述执行平台片材、所述连接隔板片材以及所述底部片材均为正六边形，且所述连接隔板片材和所述底部片材在竖直方向上对应。

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