CN114770585A - 一种螺旋缠绕机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种螺旋缠绕机器人，用于作为机器人的末端执行机构取放物品，包括：本体与驱动机构；所述的驱动机构驱动本体自身由伸展状态与紧密缠绕呈一套或多套相连的等角螺旋状间转换，展开放下物品或缠绕抓取物品.旨在解决现有机器人抓取机构负载小，抓取范围小，适应性差，运动速度慢的问题。本发明通过螺旋运动，机器人可以实现自身紧密的卷曲缠绕，利于提供更大的抓取负载和稳定性，同时本方案所述机器人可以实现不同大小的目标的自适应抓取。

Description

一种螺旋缠绕机器人

技术领域

本发明涉及机械结构技术领域，涉及机器人末端执行机构，尤其涉及一种螺旋缠绕机器人。

背景技术

机器人的末端执行机构多为抓取机构，抓取机构是机器人研究和应用中的关键。目前，广泛应用的机器人抓取机构一般通过若干机械手指的弯曲和聚拢执行抓取的动作。受构成机械手指的材料和结构限制，这些抓取机构存在负载小，抓取范围小，适应性差，运动速度慢的缺点。现有的缠绕抓取机构为弧形结构，无法形成自身的紧密缠绕，抓取负载小、稳定性差，且缠绕抓取机构多基于铰链结构，系统复杂度高，加工制备复杂。

发明内容

本发明的目的是提供一种螺旋缠绕机器人，旨在解决现有机器人抓取机构负载小，抓取范围小，适应性差，运动速度慢的问题。本发明通过螺旋运动，机器人可以实现自身紧密的卷曲缠绕，利于提供更大的抓取负载和稳定性，同时本方案所述机器人可以实现不同大小的目标的自适应抓取。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种螺旋缠绕机器人，用于作为机器人的末端执行机构取放物品，包括：本体与驱动机构；

所述的驱动机构驱动本体自身由伸展状态与紧密缠绕呈一套或多套相连的等角螺旋状间转换，展开放下物品或缠绕抓取物品。

所述的本体包括多个螺旋单元节1，螺旋单元节1的支撑部11纵向厚度尺寸大于抓取部12的纵向厚度尺寸，螺旋单元节1的支撑部11首尾相连，构成一套的等角螺旋本体段的相邻的螺旋单元节1由首端向末端等比例尺寸变小；本体伸展状态相邻的螺旋单元节1的抓取部12间设有间隙；驱动机构驱动相邻的螺旋单元节1沿支撑部11连接处相对转动，相邻的螺旋单元节1的抓取部12间距变化，本体自身由伸展状态与紧密缠绕呈一套或多套相连的等角螺旋状间转换，展开放下物品或缠绕抓取物品。

所述的多个螺旋单元节1构成平面双边的本体；驱动机构驱动相邻的螺旋单元节1分别沿相对的方向转动，由伸展状态与紧密缠绕呈等角螺旋状间转换，或者；

所述的多个螺旋单元节1构成平面单边的本体；驱动机构驱动相邻的螺旋单元节1沿单一方向转动，由伸展状态与紧密缠绕呈等角螺旋状间转换或者；

所述的多个螺旋单元节1构成空间多边的本体；驱动机构驱动相邻的螺旋单元节1可分别沿任意的方向转动，由伸展状态与紧密缠绕呈等角螺旋状间转换。

所述的本体由平面材料切割剪裁后折叠组合而成。

所述的驱动机构为牵引驱动机构，包括牵引绳2，牵引绳2一端由首端依次穿过螺旋单元节1的支撑部11与抓取部12间的纵向通孔3，固定于末端的螺旋单元节1上，由另一端拉紧牵引绳2驱动相邻的螺旋单元节1沿支撑部11连接处相对转动，相邻的螺旋单元节1的抓取部12间距变小，自身紧密缠绕呈等角螺旋状，抓取物品。

所述的驱动机构为流体驱动机构，包括设于螺旋单元节1的抓取部12间的驱动腔4，驱动腔4通过管路连通流体控制装置，流体控制装置通过改变驱动腔4的动作参数控制相邻的螺旋单元节1转动，自身由伸展状态紧密缠绕呈等角螺旋状，抓取物品。

所述的驱动机构为磁体驱动机构，包括设于螺旋单元节1的抓取部12上的电磁体，电磁体5连接磁体控制装置，磁体控制装置通过电磁体控制相邻的螺旋单元节1转动，自身由伸展状态紧密缠绕呈等角螺旋状。

所述的本体包括可变形的材料制成的一体结构的螺旋软体，螺旋软体卷曲自身由伸展状态紧密缠绕呈一套或多套相连的等角螺旋状。

所述的驱动机构包括牵引驱动机构、流体驱动机构或磁体驱动机构。

所述的本体的接触物品的表面设有锯齿和/或传感器。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明的目的是提供一种螺旋缠绕机器人，实现了一种基于等角螺旋线的机器人设计方案，进而衍生出一系列可实现螺旋缠绕运动的机构。通过螺旋运动，机器人可以实现自身紧密的卷曲缠绕，利于提供更大的抓取负载和稳定性，同时本方案所述机器人可以实现不同大小的目标的自适应抓取。可用于包括但不限于玩具、教具、装饰品、工程装置、科学装置、及艺术装置等。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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，对于本领域的普通技术人员来讲，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附图。

图1为本发明提供的一种螺旋缠绕机器人的卷曲状态示意图；

图2为本发明实施例一提供的一种螺旋缠绕机器人的结构立体缠绕状态示意图；

图3为本发明实施例一提供的一种螺旋缠绕机器人的结构立体半缠绕状态的示意图；

图4为本发明实施例一提供的一种螺旋缠绕机器人的结构立体展开状态的示意图；

图5为本发明实施例一提供的一种螺旋缠绕机器人的采用流体驱动机构驱动的螺旋缠绕机器人的结构示意图；

图6为本发明实施例一提供的一种螺旋缠绕机器人的结构双边缠绕状态的示意图；

图7为本发明实施例一提供的一种螺旋缠绕机器人的结构单边缠绕状态的示意图；

图8为本发明实施例一提供的一种螺旋缠绕机器人的结构本体三维展开为二维制造的的示意图；

图9为本发明实施例一提供的一种螺旋缠绕机器人的结构多边展开状态的示意图。

具体实施方式

下面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一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

首先对本文中可能使用的术语进行如下说明：

术语“和/或”是表示两者任一或两者同时均可实现，例如，X和/或Y表示既包括“X”或“Y”的情况也包括“X和Y”的三种情况。

术语“包括”、“包含”、“含有”、“具有”或其它类似语义的描述，应被解释为非排它性的包括。例如：包括某技术特征要素(如原料、组分、成分、载体、剂型、材料、尺寸、零件、部件、机构、装置、步骤、工序、方法、反应条件、加工条件、参数、算法、信号、数据、产品或制品等)，应被解释为不仅包括明确列出的某技术特征要素，还可以包括未明确列出的本领域公知的其它技术特征要素。

术语“由……组成”表示排除任何未明确列出的技术特征要素。若将该术语用于权利要求中，则该术语将使权利要求成为封闭式，使其不包含除明确列出的技术特征要素以外的技术特征要素，但与其相关的常规杂质除外。如果该术语只是出现在权利要求的某子句中，那么其仅限定在该子句中明确列出的要素，其他子句中所记载的要素并不被排除在整体权利要求之外。

术语“质量份”是表示多个组分之间的质量比例关系，例如：如果描述了X组分为x质量份、Y组分为y质量份，那么表示X组分与Y组分的质量比为x:y；1质量份可表示任意的质量，例如：1质量份可以表示为1kg也可表示3.1415926kg等。所有组分的质量份之和并不一定是100份，可以大于100份、小于100份或等于100份。除另有说明外，本文中所述的份、比例和百分比均按质量计。

除另有明确的规定或限定外，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如：可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。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文中的具体含义。

当浓度、温度、压力、尺寸或者其它参数以数值范围形式表示时，该数值范围应被理解为具体公开了该数值范围内任何上限值、下限值、优选值的配对所形成的所有范围，而不论该范围是否被明确记载；例如，如果记载了数值范围“2～8”时，那么该数值范围应被解释为包括“2～7”、“2～6”、“5～7”、“3～4和6～7”、“3～5和7”、“2和5～7”等范围。除另有说明外，本文中记载的数值范围既包括其端值也包括在该数值范围内的所有整数和分数。

术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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，仅是为了便于描述和简化描述，而不是明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文的限制。

下面对本发明所提供的方案进行详细描述。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。本发明实施例中未注明具体条件者，按照本领域常规条件或制造商建议的条件进行。本发明实施例中所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

本发明实施例提供的一种螺旋缠绕机器人，用于作为机器人的末端执行机构取放物品，具体的包括：本体与驱动机构；所述的驱动机构驱动本体自身由伸展状态与紧密缠绕呈等角螺旋状间转换，展开放下物品或缠绕抓取物品。

需要说明的是，如图1所示，所述本体在完全卷曲状态下，其内外两侧共同构成同一个等角螺旋线001，在极坐标下该螺旋线方程为：

ρ＝ae^bθ

其中：a与b为常数，e为自然对数的底，θ为极角，ρ为极径。

这里称该螺旋线为本发明所述本体的生成螺旋线也就是图示的等角螺旋线001。等角螺旋线也称对数螺旋线，对于任意给定的生成螺旋线，本发明提出的本体的纵向截面可由该生成螺旋线通过离散化的方式获得。离散化的方式属于公知方法，包括但不限于图示沿极角等间隔划分的离散方式方法。通过改变螺旋线方程中的a，b参数，可以获得不同的对数螺旋线。在极坐标系中，离散单元纵截面002和离散间隙纵截面003的设计参数可以由生成螺旋线方程生成。这些离散单元纵截面002的尺寸等比例变化。

在实施本专利中，也可以通过选择生成螺旋线的角度参数范围，来自由选择螺旋缠绕机器人可以缠绕的程度，缠绕的程度体现在抓取范围的不同，以适应不同尺寸的物品，具体的在其他参数不变的情况下，极度θ越小，纵截面尺寸越小，可抓取物体的直径越小，反之，极度θ越大，纵截面尺寸越大，可抓取物体的直径越大。

离散单元纵截面002可以是近似梯形的四边形也可以是三角形。相应的离散间隙纵截面003一般情况是三角形。进一步地，也不仅限于四边形与三角形，也可以是多边形、甚至是由扇形及多边形组成的复杂几何形状。此外，生成螺旋线的离散化方式不局限于本所述方式，可以采用更精细或更粗糙的离散化，甚至将离散程度推向极限，使用可连续形变的材料一体化构筑本体。更进一步地，本体不一定由完全符合同一生成螺旋线方程的单元组成，可以是多个生成螺旋线的组合或在本体，或加装其他附属机构，只要本体部分符合本发明所述技术特征均落入本专利保护范围。

实施例一

如图2至4所示，一种螺旋缠绕机器人，用于作为机器人的末端执行机构抓取物品，具体的包括：本体与驱动机构；所述的驱动机构驱动本体自身由伸展状态与紧密缠绕呈一套或多套相连的等角螺旋状间转换，展开放下物品或缠绕抓取物品。

为了描述方便，下文没有单独强调是紧密缠绕呈一套等角螺旋状的地方，均可以理解为一套或多套相连的等角螺旋状。

本例中，所述的本体包括多个螺旋单元节1，这里的螺旋单元节1是通过对等角螺旋线001进行离散化得到的离散单元纵截面002的尺寸进行设计的，故可以保证紧密缠绕后呈等角螺旋状。具体的螺旋单元节1的支撑部11纵向厚度尺寸大于抓取部12的纵向厚度尺寸，如图2，中部为支撑部11，两侧为抓取部12。螺旋单元节1的支撑部11首尾相连，构成一套的等角螺旋本体段的相邻的螺旋单元节1由首端向末端等比例尺寸变小；本体伸展状态相邻的螺旋单元节1的抓取部12间设有间隙；相邻的螺旋单元节1之间可以是铰接，也可以是柔性的可变形的连接，还可以只是接触。也就是螺旋单元节1的横截面尺寸依照离散单元纵截面002的尺寸等比例尺寸变小，也就是本体的螺旋单元节1由首端向末端横截面尺寸等比例尺寸变小。且相邻的螺旋单元节1沿支撑部11连接处相对转动，相邻的螺旋单元节1的抓取部12间距变化，也就是间隙变化，也就是离散单元纵截面002占用离散间隙纵截面003的区域，极限情况完全占用离散间隙纵截面003的区域，则实现了紧密缠绕。本体自身由伸展状态与紧密缠绕呈等角螺旋状间转换，展开放下物品或缠绕抓取物品。如图3所示，抓取部12间距变小，则自身由伸展状态转换为紧密缠绕呈等角螺旋状抓取物品；如图4所示，抓取部12间距变大，则自身由紧密缠绕呈等角螺旋状转换为伸展状态放下物品。

本例中，所述的驱动机构为牵引驱动机构，包括牵引绳2，牵引绳2一端由本体首端依次穿过螺旋单元节1的支撑部11与抓取部12间的纵向通孔3，固定于末端的螺旋单元节1上，从牵引绳2另一端拉紧牵引绳2驱动相邻的螺旋单元节1沿支撑部11连接处相对转动，相邻的螺旋单元节1的抓取部12间距变小，自身紧密缠绕呈等角螺旋状，抓取物品。本例的牵引绳2另一端由电机拉动，可以在电机上安装绳轮，电机带动绳轮旋转拉动牵引绳2，还可以采用电动推杆、拉杆等直线运动的机构进行拉动，均为公知技术的应用，是本专利的范围，不再赘述。

除驱动机构所提供驱动力使本体产生螺旋缠绕运动以外，外部作用力也可以使本体产生被动螺旋缠绕运动。例如，在本实例中，保持牵引绳2总长度不变，在外力作用下当本体一部分朝某方向弯曲时，穿过该部分的牵引绳2长度增加，则穿过本体其他部分的牵引绳2长度减小，从而产生螺旋缠绕运动。基于这一特性，本发明螺旋缠绕机器人可用于与机器人存在相对运动的目标的抓取。所述相对运动的产生方式可以是目标自身存在运动，也可以是机器人本体安装在其他运动机构上。

本例中，参考图5，所述的驱动机构还可以为流体驱动机构，包括设于螺旋单元节1的抓取部12间的驱动腔4，驱动腔4通过控制管路5连通流体控制装置，流体控制装置通过改变驱动腔4的动作控制相邻的螺旋单元节1转动，自身由伸展状态紧密缠绕呈等角螺旋状，抓取物品。

这里的流体包括但不限于空气、水、油等介质。相应的流体控制装置包括气动与液压控制装置，如气泵、液压泵，控制阀、压力表及管路等，均为公知技术的应用，是本专利的范围，不再赘述。

本例的驱动腔4可以是螺旋单元节1间的密闭的腔室，自然状态占用离散间隙纵截面003的区域；各驱动腔4可以通过螺旋单元节1上的通孔互相连通，通孔供流体流动或通过管路，这样所有的驱动腔4构成一个控制整体，改变其内流体的压力与输入流体的体积，可以改变驱动腔4和外形尺寸的大小，推动螺旋单元节1转动。

本例中，所述的驱动机构还可以为磁体驱动机构，包括设于螺旋单元节1的抓取部12上的电磁体，电磁体连接磁体控制装置，磁体控制装置通过电磁体控制相邻的螺旋单元节1转动，自身由伸展状态紧密缠绕呈等角螺旋状，抓取物品。电磁体可以嵌于抓取部12的两边，通过磁体控制装置控制这些电磁体的通断电，在螺旋单元节1之间产生磁吸(斥)力，磁体控制装置通过螺旋单元节1上的通孔穿入导线对电磁体进行连接控制。具体的控制方式，为公知技术的应用，不再赘述。

本例中，本体有三种形式：双边的形式、单边的形式与多边的形式。

如图6所示，双边的形式，所述的多个螺旋单元节1构成平面双边的本体；这里螺旋单元节1的支撑部11纵向厚度尺寸大于抓取部12的纵向厚度尺寸，螺旋单元节1纵截面左右对称，对称轴的单侧纵截面可以是近似梯形的四边形，两侧的梯形长底边共用的中部左右对称轴部位作为支撑部11，两外侧的梯形短底边一侧作为抓取部12；梯形短底边可以小至接近或等于零，则单侧纵截面可以是三角形；螺旋单元节1单侧纵截面也可以是“T”型，两侧的“T”型的横边共用的中部左右对称轴部位作为支撑部11，两外侧的竖边作为抓取部12。这一结构是保证本体伸展状态相邻的螺旋单元节1的抓取部12间设有间隙。相邻的螺旋单元节1可分别沿相对的方向转动，分别可以在两侧的工作平面内转动，本体自身由伸展状态与紧密缠绕呈等角螺旋状间转换，可以从两侧来展开放下物品或缠绕抓取物品。这一形式，本体紧密缠绕后，非缠绕侧的抓取部12间距变大到最大，也就是离散间隙纵截面003达到极大。在紧密缠绕的本体内部形成空隙，便于抓取一些表面柔软的物品，增加抓取的夹持效果。

这种双边的形式，应用牵引驱动机构，需要在螺旋单元节1两侧开有纵向通孔3，纵向通孔3也就是穿绳孔，穿绳孔的开孔位置也应该符合等比例尺寸变小的趋势。两根牵引绳2一端分别由本体两侧首端依次穿过螺旋单元节1的支撑部11与抓取部12间的穿绳孔，固定于末端的螺旋单元节1上。放松一侧的牵引绳2，拉动另一侧的牵引绳2另一端并拉紧牵引绳2，可驱动相邻的螺旋单元节1沿支撑部11连接处相对转动，相邻的螺旋单元节1的抓取部12间距变小，自身紧密缠绕呈等角螺旋状，抓取物品。需要放下时，可以放松拉紧这一侧的牵引绳2，拉动另一侧原来放松的牵引绳2，则本体展开，放下物品。

使用过程中，当牵引绳2收紧时，本体从末端(尖端)的螺旋单元节1到首端(根部)螺旋单元节1依次受力卷曲，产生可以抓取目标物体的运动。基于生成螺旋线的设计原理，本体在卷曲状态下可以实现自身与自身的紧密接触呈等角螺旋状，从而增大对于抓取物体的抓取正压力，表现出较大的负载能力和较强的稳定性。且在卷曲过程中，本体可以被动适应不同大小的目标物体，因此表现出较大的抓取范围。

这种双边的形式，应用流体驱动机构，可以在两侧的相邻螺旋单元节1的抓取部12间均设置驱动腔4，这情况要求驱动腔4变形后的体积要小，或者，螺旋单元节1的相邻待接触的面预留有一定的空间，用于容纳驱动腔4，以便本体可以顺利的紧密缠绕。

驱动腔4可以是密封装置(如薄膜等)将机器人本体相邻螺旋单元节1之间的间隙构成密闭的腔室，密封装置选用柔性的可变形的材料，如橡胶薄膜等。腔室可以通过螺旋单元节1上预留的小孔连通，供流体流动与控制，这样，相连的一排驱动腔4构成一体的驱动腔。

驱动腔4可以采用弹性囊的形式，设于相邻螺旋单元节1的抓取部12的间隙中，弹性囊填充流体或柔性可形变材料。

实际应用中，对于同一侧的每个驱动腔4可以单独连接管路单独控制，也可以分组，几个相邻的一给连接同一管路分组控制，也可以所有的驱动腔4连接同一管路统一控制，对于上面的一体的驱动腔则只一个管路可实现统一控制。本例可以使用类似上面的纵向通孔3穿过管路。

以油压控制为例，一侧的驱动腔4连通油箱，另一侧驱动腔4通入压力油，这一侧的驱动腔4纵向伸长或膨胀，推动螺旋单元节1转动，同时，另一侧的驱动腔4中的油流回油箱，驱动腔4纵向缩短或缩小，为螺旋单元节1转动提供空间；这样本体向一侧紧密缠绕，呈等角螺旋状，抓取物品。需要放下时，通入压力油一侧减压，驱动腔4连通油箱，即可放开，当然也可以在另一侧通入适量的压力油，展开本体，放下物品。

上面的所有的驱动腔4连接同一管路，可以是相邻的驱动腔4间互相连接，可以是通过管路在纵向通孔3处连接，这样只在首端引出控制管路，连接流体控制装置即可。

本例中，如使用气压控制，也可以采用驱动腔4抽负压，驱动腔4纵向缩短或缩小，这样本体向一侧紧密缠绕，呈等角螺旋状，抓取物品。原理相近，不再赘述。

这种双边的形式，应用磁体驱动机构，在两侧的螺旋单元节1的抓取部12上均设置电磁体，电磁体连接磁体控制装置，磁体控制装置通过电磁体控制相邻的螺旋单元节1相对转动，自身由伸展状态紧密缠绕呈等角螺旋状，抓取物品。一侧的电磁体断电(或通电使其极性互斥)，另一侧的电磁体通电使其互吸，则互吸侧相邻的螺旋单元节1相对转动，本体紧密缠绕呈等角螺旋状，抓取物品。放下物品时，断电，即可放开，这时一般需要系统有弹性的复位设计，不再赘述。

驱动机构除了可以采用液压，电机与磁性材料外，还可以使用电化学材料、记忆合金或采用多种驱动方式的组合等等，均是本专利的保护范围。

如图7所示，单边的形式，所述的多个螺旋单元节1构成平面单边的本体；这里螺旋单元节1的支撑部11纵向厚度尺寸大于抓取部12的纵向厚度尺寸，螺旋单元节1纵截面可以是近似梯形的四边形，梯形长底边部位作为支撑部11，梯形短底边部位作为抓取部12；梯形短底边可以小至接近或等于零，则纵截面可以是三角形；螺旋单元节1纵截面也可以是“T”型，“T”型的横边部位作为支撑部11，竖边作为抓取部12。这一结构是保证本体伸展状态相邻的螺旋单元节1的抓取部12间设有间隙。相邻的螺旋单元节1沿单一方向转动，只在一侧的工作平面内转动，本体自身由伸展状态与紧密缠绕呈等角螺旋状间转换，只可以从一侧来展开放下物品或缠绕抓取物品。这一形式，本体紧密缠绕后，非缠绕侧均被本体紧密缠绕，其间没有空隙，有利于一些细小或表面硬度好的物品。

本例，展示了一种单侧螺旋缠绕运动手爪的设计方案。也就是单边的形式相比于双边的形式，该实施例展示了基于相同的生成螺旋线采用不同的离散化方式可以获得不同的螺旋缠绕机器人，也就是螺旋单元节1的参数不同，详见图1与图7。

这种单边的形式，应用牵引驱动机构，只需要在螺旋单元节1一侧开有纵向通孔3，纵向通孔3也就是穿绳孔，穿绳孔的开孔位置也应该符合等比例尺寸变小的趋势。牵引绳2一端由本体首端依次穿过螺旋单元节1的支撑部11与抓取部12间的穿绳孔，固定于末端的螺旋单元节1上。拉动牵引绳2另一端并拉紧牵引绳2，可驱动相邻的螺旋单元节1沿支撑部11连接处相对转动，相邻的螺旋单元节1的抓取部12间距变小，自身紧密缠绕呈等角螺旋状，抓取物品。需要放下时，可以放松拉紧的牵引绳2，拉则本体展开，放下物品。这时一般需要系统有弹性的复位设计，不再赘述。

一根牵引绳2可控制螺旋缠绕机器人的单侧卷曲运动。该特性使得驱动机构的设计大为简化，降低了成本，增加了系统的可靠性。

这种单边的形式，应用流体驱动机构，只一侧的螺旋单元节1的抓取部12间均设置驱动腔4，这情况要求驱动腔4变形后的体积要小，或者，螺旋单元节1的相邻待接触的面预留有一定的空间，用于容纳驱动腔4，以便本体可以顺利的紧密缠绕。

实际应用中，对于同一侧的每个驱动腔4可以单独连接管路单独控制，也可以分组，几个相邻的一给连接同一管路分组控制，也可以所有的驱动腔4连接同一管路统一控制。本例可以使用类似上面的纵向通孔3穿过管路。

单边比较适用于气压控制，以气压控制为例，驱动腔4通入压力空气，驱动腔4纵向伸长或膨胀，推动螺旋单元节1转动，这样本体向一侧紧密缠绕，呈等角螺旋状，抓取物品。需要放下时，驱动腔4连通大气或抽负压，即可放开，展开本体，放下物品。

这种单边的形式，应用磁体驱动机构，在螺旋单元节1的抓取部12均设置电磁体，电磁体连接磁体控制装置，磁体控制装置通过电磁体控制相邻的螺旋单元节1相对转动，自身由伸展状态紧密缠绕呈等角螺旋状，抓取物品。电磁体通电使其互吸，则相邻的螺旋单元节1相对转动，本体紧密缠绕呈等角螺旋状，抓取物品。放下物品时，断电，即可放开，这时一般需要系统有弹性的复位设计，不再赘述。

如图8所示，所述的本体由平面材料切割剪裁后折叠组合而成。具体的，是涉及了本体制备方式。本例的，螺旋单元节1由一系列等比例的棱台组成，每个三维结构的棱台可以在二维平面进行展开，且展开后的图形尺寸依旧保持相应的比例。在设计出二维平面内展开的方案后可以通过普通打印机与激光切割等平面加工工艺制备二维平面图形。所得二维平面图形可通过折叠与固定构成所述螺旋缠绕机器人本体三维空间立体结构。

这种方式适用于双边的形式也适用于单边的形式。

如图9所示，多边的形式，图中分别给出了立体，主视与右视的结构示意图。所述的多个螺旋单元节1构成空间多边的本体；这里螺旋单元节1的支撑部11纵向厚度尺寸大于抓取部12的纵向厚度尺寸，螺旋单元节1呈碟形，中心部位作为支撑部11，周边部位作为抓取部12；这一结构是保证本体伸展状态相邻的螺旋单元节1的抓取部12间设有间隙。相邻的螺旋单元节1可分别沿任意的方向转动，螺旋单元节1中心轴旋转对称，也就是可在三维空间内转动。本例提供了三边的形式，通过驱动控制三个方向上的转动角度可以实现三维空间内任意角度的缠绕与伸展。

这种多边的形式，应用牵引驱动机构，需要在如图7所示的碟状的螺旋单元节1上周向均布开有三组纵向通孔3，纵向通孔3也就是穿绳孔，共穿三条牵引绳2。穿绳孔的开孔位置也应该符合等比例尺寸变小的趋势。三根牵引绳2一端分别由本体两侧首端依次穿过螺旋单元节1的支撑部11与抓取部12间的穿绳孔，固定于末端的螺旋单元节1上。

同步拉紧或放松三根牵引绳2，对三根牵引绳2施加不同的拉动的距离(或拉力)，可以控制本体的缠绕方向，所需的方向与拉动的距离可以通过数学计算或电脑模拟给出对应关系，属于数学常识，不再赘述。

这样，控制三根牵引绳2就可以实现本体任意方向的缠绕与展开。

本例展示了螺旋缠绕机器人的可在三维空间多个方向产生卷曲运动的设计方案。本体绕中心轴旋转对称。使用三根绳索驱动，通过三根绳索驱动力的组合可以实现所述螺旋缠绕机器人在三维空间中的复杂缠绕卷曲运动。

这种多边的形式，应用流体驱动机构与磁体驱动机构可以参考上文本领域技术人员自行设计实施，均是结合公知的技术，不再赘述。

实施例二

一种螺旋缠绕机器人，用于作为机器人的末端执行机构抓取物品，具体的包括：本体与驱动机构；所述的驱动机构驱动本体自身由伸展状态与紧密缠绕呈等角螺旋状间转换，展开放下物品或缠绕抓取物品。

所述的本体包括可变形的材料制成的一体结构的螺旋软体，螺旋软体卷曲自身由伸展状态紧密缠绕呈等角螺旋状。

本例，是一种螺旋缠绕机器人的整体成型制备方案。该方案中先制备模具，然后使用硅胶、橡胶等可形变材料倒模成型。在该实施例中，机器人本体的形变由可行变材料拉伸或挤压提供。该实施例所示制备方案成本低，速度快，适合大规模生产加工。

所述的驱动机构包括牵引驱动机构、流体驱动机构或磁体驱动机构。

另外，基于实施例一与二，所述的本体的接触物品的表面设有锯齿和/或传感器。此外，对于仅对本专利的实施例方案的部件的形状、尺寸、材料进行适应性修改，至发生结构形状上的单纯变化，而不能带来功能性改变的方案，也落入本专利的保护范围。例如，在本体的表面设置锯齿，或者在单元内部增加结构，或者在单元的表面设置传感器等等方案，均落入本专利的保护范围。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种螺旋缠绕机器人，用于作为机器人的末端执行机构取放物品，其特征在于，包括：本体与驱动机构；

所述的驱动机构驱动本体自身由伸展状态与紧密缠绕呈一套或多套相连的等角螺旋状间转换，展开放下物品或缠绕抓取物品。

2.根据权利要求1所述的螺旋缠绕机器人，其特征在于，所述的本体包括多个螺旋单元节(1)，螺旋单元节(1)的支撑部(11)纵向厚度尺寸大于抓取部(12)的纵向厚度尺寸，螺旋单元节(1)的支撑部(11)首尾相连，构成一套的等角螺旋本体段的相邻的螺旋单元节(1)由首端向末端等比例尺寸变小；本体伸展状态相邻的螺旋单元节(1)的抓取部(12)间设有间隙；驱动机构驱动相邻的螺旋单元节(1)沿支撑部(11)连接处相对转动，相邻的螺旋单元节(1)的抓取部(12)间距变化，本体自身由伸展状态与紧密缠绕呈一套或多套相连的等角螺旋状间转换，展开放下物品或缠绕抓取物品。

3.根据权利要求2所述的螺旋缠绕机器人，其特征在于，所述的多个螺旋单元节(1)构成平面双边的本体；驱动机构驱动相邻的螺旋单元节(1)分别沿相对的方向转动，由伸展状态与紧密缠绕呈等角螺旋状间转换，或者；

所述的多个螺旋单元节(1)构成平面单边的本体；驱动机构驱动相邻的螺旋单元节(1)沿单一方向转动，由伸展状态与紧密缠绕呈等角螺旋状间转换或者；

所述的多个螺旋单元节(1)构成空间多边的本体；驱动机构驱动相邻的螺旋单元节(1)可分别沿任意的方向转动，由伸展状态与紧密缠绕呈等角螺旋状间转换。

4.根据权利要求3所述的螺旋缠绕机器人，其特征在于，所述的本体由平面材料切割剪裁后折叠组合而成。

5.根据权利要求1、2、3或4所述的螺旋缠绕机器人，其特征在于，所述的驱动机构为牵引驱动机构，包括牵引绳(2)，牵引绳(2)一端由首端依次穿过螺旋单元节(1)的支撑部(11)与抓取部(12)间的纵向通孔(3)，固定于末端的螺旋单元节(1)上，由另一端拉紧牵引绳(2)驱动相邻的螺旋单元节(1)沿支撑部(11)连接处相对转动，相邻的螺旋单元节(1)的抓取部(12)间距变小，自身紧密缠绕呈等角螺旋状，抓取物品。

6.根据权利要求1、2、3或4所述的螺旋缠绕机器人，其特征在于，所述的驱动机构为流体驱动机构，包括设于螺旋单元节(1)的抓取部(12)间的驱动腔(4)，驱动腔(4)通过管路连通流体控制装置，流体控制装置通过改变驱动腔(4)的动作参数控制相邻的螺旋单元节(1)转动，自身由伸展状态紧密缠绕呈等角螺旋状，抓取物品。

7.根据权利要求1、2、3或4所述的螺旋缠绕机器人，其特征在于，所述的驱动机构为磁体驱动机构，包括设于螺旋单元节(1)的抓取部(12)上的电磁体，电磁体(5)连接磁体控制装置，磁体控制装置通过电磁体控制相邻的螺旋单元节(1)转动，自身由伸展状态紧密缠绕呈等角螺旋状。

8.根据权利要求1所述的螺旋缠绕机器人，其特征在于，所述的本体包括可变形的材料制成的一体结构的螺旋软体，螺旋软体卷曲自身由伸展状态紧密缠绕呈一套或多套相连的等角螺旋状。

9.根据权利要求8所述的螺旋缠绕机器人，其特征在于，所述的驱动机构包括牵引驱动机构、流体驱动机构或磁体驱动机构。

10.根据权利要求1、2、3、4、8或9所述的螺旋缠绕机器人，其特征在于，所述的本体的接触物品的表面设有锯齿和/或传感器。

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