CN213005303U - 一种变刚度软体骨架结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及机器人研究与工程技术领域，为解决现有软体机器人自身刚度不足的问题，提供了一种变刚度软体骨架结构，包括若干个可伸缩单元，相邻两个可伸缩单元分别同轴地连接在一个万向节连接器上；所述可伸缩单元与万向节连接处的空腔内填充有颗粒阻塞物，所述可伸缩单元构成的骨架结构外表面套设有真空密封袋。本实用新型将可伸缩单元和万向节连接器组合，具有弯曲伸长能力，实现在软体臂内部的跟随运动，可内嵌在软体机器人内部，在不影响软体臂的运动下，能跟随软体臂实现共同运动，能实现快速高效的改变软体机器人在运动过程中的刚度。
Description
技术领域
本实用新型涉及机器人研究与工程技术领域，尤其涉及一种可嵌入软体臂形机器人内部的变刚度软体骨架结构。
背景技术
自第一台工业机器人问世以来，已经历了大半个世纪，刚体机器人研究体系已经十分成熟，且在工业方面，机器人的应用得到了全面的发展和推广。随着人类生活品质的提高，希望机器人不仅能在工业方面得到运用，在日常生活中也能有实际的运用。但由于目前刚体机器人的交互性不强，且驱动方式大多为电机驱动，运动时会产生较大的惯性，在与外界环境接触时不可避免的会发生刚性碰撞，产生一定的危险。我们希望机器人能够和人、环境进行直接交互。这类机器人能在康复、协助老人、人机协作等方面有广泛的运用。
因此，近年来科学家设计了各种软体触手型机器或连续触手型机器人来解决这一问题。软体触手型机器人由柔性材料制作而成，软体触手型机器人可实现很多刚性机器人不能实现的运动，如卷曲、扭转、伸展、柔性接触等操作。正是由于软体机器人的高柔性与无限自由度的特点，是牺牲其自身刚度换来的。也正是因为软体机器人自身刚度不足的原因使得，其在日常生活中很难得到运用。如何有效且快速的提高软体机器人的刚度一直是一个热门话题。
实用新型内容
本实用新型为了克服现有软体机器人自身刚度不足问题，提供了一种变刚度软体骨架结构，可嵌在软体机器人内部，能实现快速高效的改变软体机器人在运动过程中的刚度。
为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
一种变刚度软体骨架结构，其特征在于，包括若干个可伸缩单元，相邻两个可伸缩单元分别同轴地连接在一个万向节连接器上；所述可伸缩单元与万向节连接处的空腔内填充有颗粒阻塞物，所述可伸缩单元构成的骨架结构外表面套设有真空密封袋。
本实用新型的变刚度软体骨架结构可内嵌在软体机器人内部，能实现快速高效的改变软体机器人在运动过程中的刚度。该变刚度软体骨架结构未变刚度时能在不影响软体臂的运动下，能跟随软体臂实现共同运动。骨架在变刚度时不影响软体臂的实际运动状态，且该变刚度的过程是高效且有效的。可伸缩单元使变刚度骨架具有自身可伸长特性，万向节连接器能够增加变刚度软体骨架结构的弯曲特性，使得变刚度骨架能跟随软体臂在空间内任意方向实现弯曲运动。可伸缩单元和万向节连接器组合在一起后，变刚度骨架即具有弯曲伸长能力，即可实现在软体臂内部的跟随运动。可根据软体臂的长度不断的，增加可伸缩单元和万向节连接器个数增加骨架长度，以达到软体臂型机器人原始长度一致，提高适配性。所述真空密封袋的材质优选为PE/PRT复合材料。其余各结构由树脂材料3D打印成型。
本实用新型的变刚度软体骨架结构跟随软体臂弯曲伸长运动的实现原理为：
颗粒阻塞物均匀的分布在万向节连接部分，外部套有真空密封袋防止颗粒阻塞物掉落。当变刚度软体骨架结构跟随软体臂型机器人，实现共同弯曲伸长后，利用真空气泵抽出真空密封袋内的空气，真空密封袋内空气抽走后，真空密封袋紧密的贴合住了可伸缩单元，从而抑制了可伸缩单元的伸缩运动，颗粒阻塞物在受到真空密封袋的挤压后，紧密的压紧成稳定的阻塞结构，从而抑制万向节连接器的转动，从而抑制了变刚度软体骨架结构的弯曲。真空密封袋内抽出空气后同时抑制了变刚度骨架的伸长运动和可弯曲运动，因此实现了骨架的变刚度运动。
作为优选，所述可伸缩单元包括套筒和穿插于套筒内的滑动内轴，所述滑动内轴具有滑轴和第一卡紧部，所述滑轴的外表面开设有滑槽，所述套筒内壁设有与所述滑槽形状适配的滑轨。该模块的主要功能是使变刚度骨架具有自身可伸长特性。
作为优选，所述滑槽的末端设有限位部，所述滑轨的末端设有与限位部形状适配的限位挡片，防止滑动内轴从套筒内滑出，提高结构的稳定性。
作为优选，所述第一卡紧部设有卡紧槽和第一连接耳，所述第一连接耳上开设有第一轴承孔；所述套筒的端部设有第二卡紧部和第二连接耳，所述第二连接耳上开设有第二轴承孔。
作为优选，所述万向节连接器包括万向节本体，所述万向节本体设有四个连通的第三轴承孔，所述第三轴承孔内安装有轴销，所述轴销与万向节本体组装形成十字型结构。
作为优选，所述轴销具有与第三轴承孔固定连接的卡接部和与可伸缩单元转动连接的连接部。
作为优选，所述滑动内轴通过第一轴承孔与轴销的配合与万向节连接器转动连接；相邻可伸缩单元的套筒通过第二轴承孔与剩余两个销轴的配合与万向节连接器转动连接。
作为优选，所述真空密封袋上开设有抽真空机构，优选为真空气泵。
因此，本实用新型具有如下有益效果：
（1）本实用新型的变刚度软体骨架结构将可伸缩单元和万向节连接器组合，具有弯曲伸长能力，实现在软体臂内部的跟随运动，可内嵌在软体机器人内部，在不影响软体臂的运动下，能跟随软体臂实现共同运动，能实现快速高效的改变软体机器人在运动过程中的刚度；
（2）根据软体臂的长度可调节可伸缩单元和万向节连接器个数，以达到软体臂型机器人原始长度一致，提高适配性。
附图说明
图1是本实用新型的变刚度软体骨架结构的弯曲状态下的结构示意图。
图2是滑动内轴的一种结构示意图。
图3是套筒的一种结构示意图。
图4是万向节本体的一种结构示意图。
图5是轴销的一种结构示意图。
图6是万向节连接器的一种结构示意图。
图7是本实用新型的一种组装结构示意图。
图中：滑动内轴1，套筒2，万向节本体3，轴销4，滑槽5，限位部6，滑轴7，第一卡紧部8，卡紧槽9，第一连接耳10，第一轴承孔11，第二连接耳12，第二轴承孔13，第二卡紧部14，限位挡片15，第三轴承孔16，卡接部17，连接部18，真空密封袋17，颗粒阻塞物18。
具体实施方式
下面通过具体实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。
如图1和图7所示，一种变刚度软体骨架结构，包括若干个可伸缩单元，相邻两个可伸缩单元分别同轴地连接在一个万向节连接器上；可伸缩单元与万向节连接处的空腔内填充有颗粒阻塞物18，可伸缩单元构成的骨架结构外表面套设有真空密封袋17，真空密封袋上开设有真空气泵。真空密封袋的材质为PE/PRT复合材料，其余各结构由树脂材料3D打印成型。
如图2和图3所示，可伸缩单元包括套筒2和穿插于套筒内的滑动内轴1，滑动内轴具有滑轴7和第一卡紧部8，滑轴的外表面开设有滑槽5，套筒内壁设有与所述滑槽形状适配的滑轨，滑槽的末端设有限位部6，滑轨的末端设有与限位部形状适配的限位挡片15，第一卡紧部设有卡紧槽9和第一连接耳10，第一连接耳上开设有第一轴承孔11；套筒的端部设有第二卡紧部14和第二连接耳12，第二连接耳上开设有第二轴承孔13。滑动内轴通过第一轴承孔与轴销的配合与万向节连接器转动连接；相邻可伸缩单元的套筒通过第二轴承孔与剩余两个销轴的配合与万向节连接器转动连接。
如图4和图6所示，万向节连接器包括设有四个连通的第三轴承孔16的万向节本体3，第三轴承孔内安装有轴销4，轴销与万向节本体组装形成十字型结构。如图5所示，销具有与第三轴承孔固定连接的卡接部17和与可伸缩单元转动连接的连接部18。
本实用新型的变刚度软体骨架结构跟随软体臂弯曲伸长运动的实现原理为：
颗粒阻塞物均匀的分布在万向节连接部分，外部套有真空密封袋防止颗粒阻塞物掉落。当变刚度软体骨架结构跟随软体臂型机器人，实现共同弯曲伸长后，利用真空气泵抽出真空密封袋内的空气，真空密封袋内空气抽走后，真空密封袋紧密的贴合住了可伸缩单元，从而抑制了可伸缩单元的伸缩运动，颗粒阻塞物在受到真空密封袋的挤压后，紧密的压紧成稳定的阻塞结构，从而抑制万向节连接器的转动，从而抑制了变刚度软体骨架结构的弯曲。真空密封袋内抽出空气后同时抑制了变刚度骨架的伸长运动和可弯曲运动，因此实现了骨架的变刚度运动。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。
Claims (8)
1.一种变刚度软体骨架结构，其特征在于，包括若干个可伸缩单元，相邻两个可伸缩单元分别同轴地连接在一个万向节连接器上；所述可伸缩单元与万向节连接处的空腔内填充有颗粒阻塞物，所述可伸缩单元构成的骨架结构外表面套设有真空密封袋。
2.根据权利要求1所述的变刚度软体骨架结构，其特征在于，所述可伸缩单元包括套筒和穿插于套筒内的滑动内轴，所述滑动内轴具有滑轴和第一卡紧部，所述滑轴的外表面开设有滑槽，所述套筒内壁设有与所述滑槽形状适配的滑轨。
3.根据权利要求2所述的变刚度软体骨架结构，其特征在于，所述滑槽的末端设有限位部，所述滑轨的末端设有与限位部形状适配的限位挡片。
4.根据权利要求2所述的变刚度软体骨架结构，其特征在于，所述第一卡紧部设有卡紧槽和第一连接耳，所述第一连接耳上开设有第一轴承孔；所述套筒的端部设有第二卡紧部和第二连接耳，所述第二连接耳上开设有第二轴承孔。
5.根据权利要求3所述的变刚度软体骨架结构，其特征在于，所述万向节连接器包括万向节本体，所述万向节本体设有四个连通的第三轴承孔，所述第三轴承孔内安装有轴销，所述轴销与万向节本体组装形成十字型结构。
6.根据权利要求5所述的变刚度软体骨架结构，其特征在于，所述轴销具有与第三轴承孔固定连接的卡接部和与可伸缩单元转动连接的连接部。
7.根据权利要求5所述的变刚度软体骨架结构，其特征在于，所述滑动内轴通过第一轴承孔与轴销的配合与万向节连接器转动连接；相邻可伸缩单元的套筒通过第二轴承孔与剩余两个销轴的配合与万向节连接器转动连接。
8.根据权利要求1-7任一所述的变刚度软体骨架结构，其特征在于，所述真空密封袋上开设有抽真空机构。
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| CN202021234823.8U CN213005303U (zh) | 2020-06-29 | 2020-06-29 | 一种变刚度软体骨架结构 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111745631A (zh) * | 2020-06-29 | 2020-10-09 | 浙江工业大学 | 一种变刚度软体骨架结构及软体臂形机器人 |
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2020
- 2020-06-29 CN CN202021234823.8U patent/CN213005303U/zh not_active Expired - Fee Related
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