本發(fā)明涉及柔性連續(xù)體機(jī)器人，尤其是涉及一種具有氣動柔性關(guān)節(jié)的繩驅(qū)連續(xù)體機(jī)器人。

背景技術(shù)：

1、近幾年，伴隨著高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，精密設(shè)備維修、核電和大型設(shè)備管道檢測等領(lǐng)域的發(fā)展已逐漸成為一個國家綜合實(shí)力與國際競爭力的一個重要標(biāo)志。但是，在極端低溫、高溫、高能粒子輻射、高壓真空等極端環(huán)境條件下，在這種環(huán)境工作的裝置極易出現(xiàn)故障，甚至徹底癱瘓，嚴(yán)重的甚至?xí)斐芍卮蠼?jīng)濟(jì)損失。為確保大型工業(yè)設(shè)備和核設(shè)施等設(shè)備的正常運(yùn)行和一些高端設(shè)備管道的日常清理和維護(hù)，對設(shè)備的日常監(jiān)控和維修工作能力有著更高的需求。當(dāng)前，在這類環(huán)境中，許多國家都在進(jìn)行大型設(shè)備的檢修、維護(hù)和監(jiān)測等方面進(jìn)行了各種嘗試。然而，這樣的工作環(huán)境下的空間多為狹小，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，危險(xiǎn)性大，使得在此類環(huán)境下任務(wù)的執(zhí)行難度極大。一方面由于該任務(wù)下的人工操作存在難度大、勞動強(qiáng)度有限和效率不高等缺點(diǎn)，不利于人類介入進(jìn)行操作；另一方面，傳統(tǒng)剛性機(jī)器人多依賴于剛性結(jié)構(gòu)和電機(jī)直接驅(qū)動關(guān)節(jié)，雖在精度和負(fù)載能力上表現(xiàn)出色，但在面對復(fù)雜、非結(jié)構(gòu)化環(huán)境時，其靈活性和適應(yīng)性受限，因而也無法很好的適用于此類狹小空間中作業(yè)。在此背景下，柔性繩驅(qū)連續(xù)體機(jī)器人應(yīng)運(yùn)而生，它巧妙地結(jié)合了柔性機(jī)械設(shè)計(jì)與繩索傳動技術(shù)，為機(jī)器人領(lǐng)域帶來了一場革命性的變革。柔性繩驅(qū)連續(xù)體機(jī)器人的核心在于利用繩索作為傳遞動力和控制的媒介，通過精確控制繩索的張力變化，實(shí)現(xiàn)對機(jī)器人本體形態(tài)的靈活操控。這種設(shè)計(jì)不僅極大地提高了機(jī)器人的靈活性和柔順性，使其能夠輕松穿越狹窄空間、執(zhí)行精細(xì)操作，還顯著降低了機(jī)器人的整體重量和能耗，增強(qiáng)了其在多種應(yīng)用場景下的適應(yīng)性和實(shí)用性。與傳統(tǒng)的工業(yè)離散型機(jī)器人相比，該機(jī)器人具有良好的彎曲特性、卓越的靈巧運(yùn)動以及極強(qiáng)的避障和環(huán)境適應(yīng)能力，適合在未知非結(jié)構(gòu)環(huán)境中應(yīng)用，所以針對柔性連續(xù)體機(jī)器人的開發(fā)具有很大的意義。

2、柔性繩驅(qū)連續(xù)型機(jī)器人結(jié)合了繩索驅(qū)動和連續(xù)型機(jī)器人本體的結(jié)構(gòu)，帶來了極大的優(yōu)勢。具體來說該結(jié)構(gòu)可以將電機(jī)等驅(qū)動機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行分離安裝，從而在柔性機(jī)器人的根部驅(qū)動控制箱中可以集成所有的控制電路和傳動機(jī)構(gòu)等，使其免受外界惡劣環(huán)境的影響如高輻射、極低高溫等的影響；另外其還可以減少操作臂的質(zhì)量，更有利于其纖細(xì)本體設(shè)計(jì)，適合于狹小工作空間作業(yè)，被廣泛用于在軌監(jiān)測、工業(yè)設(shè)備零部件裝配及其油箱監(jiān)測、核電站監(jiān)測、災(zāi)害救援、醫(yī)療和管道檢測等領(lǐng)域。

3、但目前來說，柔性繩驅(qū)連續(xù)體機(jī)器人的發(fā)展仍然存在許多的不足。如現(xiàn)在制作出來的繩驅(qū)連續(xù)體機(jī)器人一般是針對某一場景而進(jìn)行研發(fā)，所設(shè)計(jì)的連續(xù)體機(jī)器人的直徑尺寸多為固定，不具有通用性，又或者制作的繩驅(qū)機(jī)器人的柔性機(jī)械臂一般是設(shè)置好的長度，不能輕易拆裝和替換，這些設(shè)計(jì)會大大的增加維護(hù)的時間和減慢工作效率，同時工作范圍也受到長度的影響，當(dāng)要求的工作范圍超過繩驅(qū)機(jī)器人本身的機(jī)械臂長度，則需要對繩驅(qū)機(jī)器人進(jìn)行重新設(shè)計(jì)等不足。所以目前柔性連續(xù)體機(jī)器人仍然有很廣的研究前景。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種具有氣動柔性關(guān)節(jié)的繩驅(qū)連續(xù)體機(jī)器人，解決傳統(tǒng)繩驅(qū)連續(xù)體機(jī)器人的適配性和環(huán)境適應(yīng)能力不強(qiáng)，不易檢修和工作范圍有限且不能隨意增加的問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種具有氣動柔性關(guān)節(jié)的繩驅(qū)連續(xù)體機(jī)器人，包括驅(qū)動箱和活動臂，所述活動臂的一端與所述驅(qū)動箱可拆卸固定連接，所述活動臂包括m個依次可拆卸連接的氣動柔性關(guān)節(jié)，所述驅(qū)動箱內(nèi)設(shè)有m個驅(qū)動裝置和一個充放氣裝置，所述驅(qū)動裝置通過驅(qū)動繩與所述氣動柔性關(guān)節(jié)一一對應(yīng)連接，所述充放氣裝置中的m個空氣閥通過氣管與所述氣動柔性關(guān)節(jié)一一對應(yīng)連接；

3、每個所述氣動柔性關(guān)節(jié)的曲面?zhèn)缺诰鶠槌錃馀蛎洸牧?，所述曲面?zhèn)缺谏显O(shè)有多個用于穿設(shè)所述驅(qū)動繩的引導(dǎo)盤，所述引導(dǎo)盤與所述曲面?zhèn)缺诠潭ㄟB接且沿所述氣動柔性關(guān)節(jié)的長度方向均勻分布；

4、每個所述氣動柔性關(guān)節(jié)的內(nèi)部均設(shè)有m個并列設(shè)置的軟管,m個軟管分別為1個充放氣軟管和n個輸送氣軟管，所述充放氣軟管上設(shè)有與所述氣動柔性關(guān)節(jié)的內(nèi)腔相連通的氣孔，所述活動臂中每相鄰的兩個氣動柔性關(guān)節(jié)內(nèi)的軟管一一對應(yīng)密封連接后形成m條所述氣管，每條所述氣管上均只有一個所述充放氣軟管，且所述氣管的末端設(shè)有封口。

5、優(yōu)選的，所述引導(dǎo)盤包括第一彈性固定環(huán)、第二彈性固定環(huán)和四個分盤，四個分盤分別為第一分盤、第二分盤、第三分盤和第四分盤，所述第一分盤和所述第二分盤對稱設(shè)置在所述氣動柔性關(guān)節(jié)的兩側(cè)，所述第三分盤和所述第四分盤對稱設(shè)置在所述氣動柔性關(guān)節(jié)的兩側(cè)，所述分盤的側(cè)面上設(shè)有m個通孔，所述分盤的兩個端面之間設(shè)有平行設(shè)置的第一圓弧形通槽和第二圓弧形通槽，所述第一彈性固定環(huán)位于四個所述第一圓弧形通槽內(nèi)，所述第二彈性固定環(huán)位于四個所述第二圓弧形通槽內(nèi)。

6、優(yōu)選的，每個所述驅(qū)動裝置均包括一個平擺驅(qū)動電機(jī)和一個俯仰驅(qū)動電機(jī)，所述驅(qū)動繩有m組且與所述氣動柔性關(guān)節(jié)一一對應(yīng)設(shè)置，每組所述驅(qū)動繩均包括一條平擺驅(qū)動繩和一條俯仰驅(qū)動繩，所述平擺驅(qū)動繩的頭端在對應(yīng)的平擺驅(qū)動電機(jī)的卷筒上纏繞幾圈后固定在卷筒上，所述平擺驅(qū)動繩的尾端穿出所述驅(qū)動箱后依次穿過其所經(jīng)過的第一分盤上的通孔引向其對應(yīng)的氣動柔性關(guān)節(jié)的末端，隨后在對應(yīng)的氣動柔性關(guān)節(jié)的末端的引導(dǎo)盤上轉(zhuǎn)向，并依次穿過其所經(jīng)過的第二分盤上的通孔回到卷筒處，最后在卷筒上纏繞數(shù)圈后固定在卷筒上，每個第一分盤和每個第二分盤上的所有通孔內(nèi)均只穿設(shè)有一條平擺驅(qū)動繩；

7、所述俯仰驅(qū)動繩的頭端在對應(yīng)的俯仰驅(qū)動電機(jī)的卷筒上纏繞幾圈后固定在卷筒上，所述俯仰驅(qū)動繩的尾端穿出所述驅(qū)動箱后依次穿過其所經(jīng)過的第三分盤上的通孔引向其對應(yīng)的氣動柔性關(guān)節(jié)的末端，隨后在對應(yīng)的氣動柔性關(guān)節(jié)的末端的引導(dǎo)盤上轉(zhuǎn)向，并依次穿過其所經(jīng)過的第四分盤上的通孔回到卷筒處，最后在卷筒上纏繞數(shù)圈后固定在卷筒上，每個第三分盤和每個第四分盤上的所有通孔內(nèi)均只穿設(shè)有一條俯仰驅(qū)動繩。

8、優(yōu)選的，所述充放氣裝置包括儲氣罐、空氣泵和m個所述空氣閥，所述空氣泵的一端與所述儲氣罐連接，所述空氣泵的另一端并聯(lián)有m個所述氣管，每個所述氣管靠近所述空氣泵的一端上均設(shè)有空氣閥。

9、優(yōu)選的，所述分盤上設(shè)有母扣，所述氣動柔性關(guān)節(jié)的曲面?zhèn)缺谏显O(shè)有與所述母扣對應(yīng)設(shè)置的子扣，所述母扣和所述子扣過盈連接。

10、優(yōu)選的，所述分盤的材料為鋁合金，所述第一彈性固定環(huán)和所述第二彈性固定環(huán)均為橡膠圈。

11、因此，本發(fā)明采用上述結(jié)構(gòu)的具有氣動柔性關(guān)節(jié)的繩驅(qū)連續(xù)體機(jī)器人，具有如下有益效果：

12、1、方便拆卸氣動柔性關(guān)節(jié)：氣動柔性關(guān)節(jié)采取分段式設(shè)計(jì)，當(dāng)其中某一段在工作時發(fā)生破損，也可以隨時進(jìn)行更換，而不需要對整段進(jìn)行返修，減少了因維修時間過長而導(dǎo)致的工作受阻。

13、2、方便更換引導(dǎo)盤：由于引導(dǎo)分盤的設(shè)計(jì)，避免了傳統(tǒng)繩驅(qū)機(jī)器人部分引導(dǎo)盤出現(xiàn)損壞不易更換的缺陷。

14、3、能適應(yīng)不同復(fù)雜程度的工作條件：由于氣動柔性關(guān)節(jié)采用彈性材料制作，具有很高的延展性和彈性，所以隨著加壓空氣的增加或減少可以調(diào)節(jié)該繩驅(qū)機(jī)器人機(jī)械臂的直徑尺寸，產(chǎn)生不同強(qiáng)度的力和剛度以適應(yīng)不同復(fù)雜程度的工作條件。并且，氣動柔性關(guān)節(jié)材質(zhì)的選取使得整體繩驅(qū)機(jī)器人的重量和體積也減小了許多，該繩驅(qū)連續(xù)體機(jī)器人的氣動柔性關(guān)節(jié)將繩驅(qū)技術(shù)和氣動技術(shù)融合為一體，更容易適應(yīng)各種復(fù)雜的工作環(huán)境。

15、下面通過附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。