一种绳驱动连续体机器人

本发明涉及机器人领域，特别是涉及一种绳驱动连续体机器人。

背景技术：

1、连续体机器人是一类新型仿生机器人，采用与章鱼触角和象鼻等生物器官类似的“无脊椎”柔性结构，具有传统刚性机器人所无法比拟的优良弯曲性能，对狭小工作空间和障碍物众多的非结构化环境适应力极强，适合于在各种未知环境中工作。

2、现有技术中，连续体机器人有多种驱动控制方法，比如气动肌肉驱动，形状记忆合金驱动以及绳索驱动，相比之下，绳驱动构型能够传递较大驱动力，提高机械臂带负载能力，同时可以将传统控制装置置于基座，有利于实现运动部件的轻量化，更为适合于复杂环境操作以及人机交互。

3、然而，一方面，连续体机器人柔性支撑低刚度的特性同样带来了建模复杂、控制精度差的问题；另一方面，末端驱动结构的冗余使得绳索数量繁多控制复杂，且容易出现绳索缠绕导致力传递不稳定和长度缩长不准确的问题。

4、因此，如何提高绳驱动连续体机器人的控制精度，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种绳驱动连续体机器人，该绳驱动连续体机器人能够有效的提高控制精度，结构布局合理，建模方便。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种绳驱动连续体机器人，包括：

4、机械臂，所述机械臂包括若干节盘和用于支撑所述节盘的柔性支撑体，各所述节盘上均连接有若干绳体，所述绳体的第一端可拉动所述节盘摆动，且各所述节盘上的所述绳体沿所述节盘的周向错位排列；

5、驱动机构，所述驱动机构包括框架和安装在所述框架内部的若干驱动组件，所述柔性支撑体安装在所述框架的一侧，所述驱动组件用于缠绕并拉动所述绳体的第二端，以驱动所述节盘动作；且各所述驱动组件相对于所述柔性支撑体的周向依次排列并与所述绳体的位置一一对应；

6、控制器，用于控制所述驱动组件动作，所述控制器与所述驱动组件通讯连接。

7、优选地，所述机械臂还包括若干绳体连接件，所述绳体连接件用于固定所述绳体的第一端，所述绳体连接件与所述节盘卡接，并可相对于所述节盘转动。

8、优选地，所述节盘上设有安装槽和避让孔，所述绳体连接件装配在所述安装槽内，且远端所述节盘上的绳体贯穿近端所述节盘的避让孔后与所述驱动组件连接。

9、优选地，所述节盘上位于相邻两个所述安装槽之间设有若干多边形减重孔。

10、优选地，所述柔性支撑体上设有若干用于限位所述节盘的止推轴套。

11、优选地，各所述节盘上均连接有至少三个所述绳体，且各所述绳体沿所述节盘的周向均匀分布。

12、优选地，所述框架内设有第一驱动层和第二驱动层，所述第一驱动层位于靠近所述节盘的一侧；所述第一驱动层内设有若干第一驱动组件，所述第二驱动层内设有若干第二驱动组件，所述第一驱动组件与近端的所述节盘通过所述绳体连接，所述第二驱动组件与远端的所述节盘通过所述绳体连接，所述第一驱动组件与所述第二驱动组件沿所述柔性支撑体的周向错位排列。

13、优选地，所述第一驱动组件包括总线舵机和绕绳法兰盘，所述绕绳法兰盘用于缠绕对应位置的所述绳体的第二端。

14、优选地，所述第二驱动组件包括动力部件、卷绳部件、滑轨和平移组件；所述动力部件安装在所述滑轨上并可相对于所述滑轨滑动，所述动力部件用于带动所述卷绳部件转动；所述卷绳部件用于缠绕对应位置的所述绳体的第二端；所述滑轨安装在所述框架上；所述平移组件安装在所述动力部件与所述框架之间，用于在所述卷绳部件转动时推动所述动力部件平移以改变所述绳体在所述卷绳部件上的缠绕位置。

15、优选地，所述平移组件包括丝杆和固定座，所述固定座安装在所述框架上，所述丝杆与所述固定座之间螺纹连接，所述丝杆固设在所述卷绳部件靠近所述固定座的一端，所述卷绳部件会带动所述丝杆相对于所述固定座转动以使所述动力部件相对于所述滑轨滑动，所述丝杆与所述卷绳部件的导程相同。

16、本发明所提供的绳驱动连续体机器人，包括：机械臂，所述机械臂包括若干节盘和用于支撑所述节盘的柔性支撑体，各所述节盘上均连接有若干绳体，所述绳体的第一端可拉动所述节盘摆动，且各所述节盘上的所述绳体沿所述节盘的周向错位排列；驱动机构，所述驱动机构包括框架和安装在所述框架内部的若干驱动组件，所述柔性支撑体安装在所述框架的一侧，所述驱动组件用于缠绕并拉动所述绳体的第二端，以驱动所述节盘动作；且各所述驱动组件相对于所述柔性支撑体的周向依次排列并与所述绳体的位置一一对应；控制器，用于控制所述驱动组件动作，所述控制器与所述驱动组件通讯连接。本发明所提供的绳驱动连续体机器人，利用所述绳体对单个所述节盘进行两个自由度的控制，然后通过若干所述节盘的设置，可以实现所述机械臂的三维空间运动，操作方便，利用所述控制器的设置，可实现对所述机械臂的远程控制，控制精度高，成本低。

17、在一种优选实施方式中，所述框架内设有第一驱动层和第二驱动层，所述第一驱动层位于靠近所述节盘的一侧；所述第一驱动层内设有若干第一驱动组件，所述第二驱动层内设有若干第二驱动组件，所述第一驱动组件与近端的所述节盘通过所述绳体连接，所述第二驱动组件与远端的所述节盘通过所述绳体连接，所述第一驱动组件与所述第二驱动组件沿所述柔性支撑体的周向错位排列。上述设置，通过对所述驱动机构分层设置，针对远端和近端不同位置的所述节盘可以采用不同特性的驱动组件进行控制，满足所述绳体缠绕的特点，提高绳体长度的控制精度和对扭矩传递的效果，进一步提高机械臂的灵活性和操作便捷性。

技术特征：

1.一种绳驱动连续体机器人，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的绳驱动连续体机器人，其特征在于，所述机械臂(1-1)还包括若干绳体连接件(2-4)，所述绳体连接件(2-4)用于固定所述绳体(1-3)的第一端，所述绳体连接件(2-4)与所述节盘(2-1)卡接，并可相对于所述节盘(2-1)转动。

3.根据权利要求2所述的绳驱动连续体机器人，其特征在于，所述节盘(2-1)上设有安装槽和避让孔(2-6)，所述绳体连接件(2-4)装配在所述安装槽内，且远端所述节盘(2-1)上的绳体(1-3)贯穿近端所述节盘(2-1)的避让孔(2-6)后与所述驱动组件连接。

4.根据权利要求1所述的绳驱动连续体机器人，其特征在于，所述节盘(2-1)上位于相邻两个所述安装槽之间设有若干多边形减重孔(2-5)。

5.根据权利要求1所述的绳驱动连续体机器人，其特征在于，所述柔性支撑体(2-3)上设有若干用于限位所述节盘(2-1)的止推轴套(2-2)。

6.根据权利要求1所述的绳驱动连续体机器人，其特征在于，各所述节盘(2-1)上均连接有至少三个所述绳体(1-3)，且各所述绳体(1-3)沿所述节盘(2-1)的周向均匀分布。

7.根据权利要求1至6任意一项所述的绳驱动连续体机器人，其特征在于，所述框架(1-4)内设有第一驱动层和第二驱动层，所述第一驱动层位于靠近所述节盘(2-1)的一侧；所述第一驱动层内设有若干第一驱动组件，所述第二驱动层内设有若干第二驱动组件，所述第一驱动组件与近端的所述节盘(2-1)通过所述绳体(1-3)连接，所述第二驱动组件与远端的所述节盘(2-1)通过所述绳体(1-3)连接，所述第一驱动组件与所述第二驱动组件沿所述柔性支撑体(2-3)的周向错位排列。

8.根据权利要求7所述的绳驱动连续体机器人，其特征在于，所述第一驱动组件包括总线舵机(3-1)和绕绳法兰盘(3-3)，所述绕绳法兰盘(3-3)用于缠绕对应位置的所述绳体(1-3)的第二端。

9.根据权利要求7所述的绳驱动连续体机器人，其特征在于，所述第二驱动组件包括动力部件(4-1)、卷绳部件(4-3)、滑轨(4-5)和平移组件；所述动力部件(4-1)安装在所述滑轨(4-5)上并可相对于所述滑轨(4-5)滑动，所述动力部件(4-1)用于带动所述卷绳部件(4-3)转动；所述卷绳部件(4-3)用于缠绕对应位置的所述绳体(1-3)的第二端；所述滑轨(4-5)安装在所述框架(1-4)上；所述平移组件安装在所述动力部件(4-1)与所述框架(1-4)之间，用于在所述卷绳部件(4-3)转动时推动所述动力部件(4-1)平移以改变所述绳体(1-3)在所述卷绳部件(4-3)上的缠绕位置。

10.根据权利要求9所述的绳驱动连续体机器人，其特征在于，所述平移组件包括丝杆(4-6)和固定座(4-4)，所述固定座(4-4)安装在所述框架(1-4)上，所述丝杆(4-6)与所述固定座(4-4)螺纹连接，所述丝杆(4-6)固设在所述卷绳部件(4-3)靠近所述固定座(4-4)的一端，所述卷绳部件(4-3)会带动所述丝杆(4-6)相对于所述固定座(4-4)转动以使所述动力部件(4-1)相对于所述滑轨(4-5)滑动，所述丝杆(4-6)与所述卷绳部件(4-3)的导程相同。

技术总结本发明公开了一种绳驱动连续体机器人，包括：机械臂，包括若干节盘和用于支撑节盘的柔性支撑体，各节盘上均连接有若干绳体，绳体的第一端可拉动节盘摆动，且各节盘上的绳体沿节盘的周向错位排列；驱动机构，包括框架和若干驱动组件，柔性支撑体安装在框架的一侧，驱动组件用于缠绕并拉动绳体的第二端；且各驱动组件相对于柔性支撑体的周向依次排列并与绳体的位置一一对应；控制器，用于控制驱动组件动作，控制器与驱动组件通讯连接。本发明所提供的机器人，利用绳体对单个节盘进行两个自由度的控制，然后通过若干节盘的设置，可以实现机械臂的三维空间运动，操作方便，利用控制器的设置，可实现对机械臂的远程控制，控制精度高，成本低。技术研发人员：钱书文,郑天江,沈雯钧,张昊,白昊天,张驰受保护的技术使用者：中国科学院宁波材料技术与工程研究所技术研发日：技术公布日：2024/6/2