本發(fā)明涉及軟體機(jī)器人領(lǐng)域，特別是涉及一種變剛度軟體機(jī)器人。

背景技術(shù)：

隨著機(jī)器人行業(yè)的發(fā)展，機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣，機(jī)器人從傳統(tǒng)工業(yè)應(yīng)用逐步拓展到服務(wù)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、災(zāi)難救援等行業(yè)。機(jī)器人的應(yīng)用正朝著人類與機(jī)器人近距離的物理交互領(lǐng)域的發(fā)展。工作中有些時(shí)候需要人與機(jī)器人直接接觸，協(xié)同合作，機(jī)器人與人類交互的安全性問(wèn)題引起了各界的注意。提高機(jī)器人的靈活性，實(shí)現(xiàn)其變剛度特性，減輕機(jī)器人質(zhì)量等是提高人機(jī)合作安全性的有效解決方案。變剛度軟體機(jī)器人手臂是由氣動(dòng)mckibben肌肉組成，氣動(dòng)mckibben肌肉的主要優(yōu)點(diǎn)在于工作方式、響應(yīng)時(shí)間、伸縮范圍與生物肌肉較為相似，其非線性特性與人體骨骼肌相近，并且具備電機(jī)等驅(qū)動(dòng)器不具備的柔順性。由mckibben肌肉組成的軟體機(jī)器人手臂在與外部物體接觸時(shí)，具有被動(dòng)適應(yīng)性，更高的靈活性，尤其適合于非結(jié)構(gòu)環(huán)境需求，有利于增加人機(jī)合作安全性，受到全世界研究學(xué)者和研究機(jī)構(gòu)的廣泛青睞。

mckibben氣動(dòng)肌肉手臂，難以實(shí)現(xiàn)手臂剛度和位置的解耦，這種剛度調(diào)節(jié)的應(yīng)用意義在于，當(dāng)遇到外部干擾時(shí)能夠增加自身剛度來(lái)減少自身的變形，從而增加魯棒性；當(dāng)手臂與工作人員發(fā)生碰撞時(shí)，能夠增加自身的柔順性，從而增加安全性。因此，mckibben肌肉驅(qū)動(dòng)的軟體手臂的剛度與位置解耦問(wèn)題是關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種mckibben肌肉驅(qū)動(dòng)的變剛度軟體機(jī)器人手臂，不但可以實(shí)現(xiàn)負(fù)載變化及位置變化時(shí)的剛度改變，同樣還可以實(shí)現(xiàn)在負(fù)載不變及位置不變的情況下，調(diào)節(jié)手臂的剛度，即實(shí)現(xiàn)剛度與位置的解耦。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種雙節(jié)mckibben肌肉變剛度軟體機(jī)器人手臂，包括變剛度mckibben手臂；所述變剛度mckibben手臂包括分別設(shè)置在中心位置和外圍位置mckibben肌肉，所述中心位置和外圍位置的mckibben肌肉屬性相反；外圍位置的mckibben肌肉為多根，均勻布置且與中心位置的mckibben肌肉通過(guò)結(jié)扣固定。

還包括頂端平臺(tái)、圓盤；所述頂端平臺(tái)設(shè)置在單節(jié)變剛度mckibben手臂的上端；圓盤設(shè)置在一段單節(jié)變剛度mckibben手臂的下端及另外一段單節(jié)變剛度mckibben手臂的末端。

優(yōu)選地，所述收縮型mckibben肌肉為6根，共分為兩組，每組三根，一組通過(guò)結(jié)扣與伸長(zhǎng)型mckibben肌肉相連，彼此成120°均布在伸長(zhǎng)型mckibben肌肉周圍：另一組收縮型mckibben肌肉通過(guò)結(jié)扣與第一組收縮型mckibben肌肉相連。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：本發(fā)明通過(guò)打節(jié)的方式，使得伸長(zhǎng)型及收縮型mckibben肌肉相互連接在一起，工作時(shí)，通過(guò)控制伸長(zhǎng)型及收縮型mckibben肌肉內(nèi)氣壓，實(shí)現(xiàn)位置及剛度的解耦。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的雙節(jié)mckibben肌肉變剛度軟體機(jī)器人手臂的整體結(jié)構(gòu)圖；

圖2是單節(jié)mckibben肌肉變剛度軟體機(jī)器人手臂示意圖；

圖3為剛度和位置的解耦原理示意圖；

圖4為頂端平臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為圓盤結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。

如圖1所示，該雙節(jié)mckibben肌肉變剛度軟體機(jī)器人手臂由以下部分組成：一個(gè)頂端平臺(tái)1，兩組單節(jié)mckibben肌肉變剛度軟體機(jī)器人手2，兩個(gè)圓盤3。

從圖2所示，單節(jié)mckibben肌肉變剛度軟體機(jī)器人手臂由三部分組成：若干結(jié)扣4，一根伸長(zhǎng)型mckibben肌肉5，六根收縮型mckibben肌肉6。收縮型mckibben肌肉6共分為兩組，每組三根，一組通過(guò)結(jié)扣4與伸長(zhǎng)型mckibben肌肉5相連，彼此成120°均布在伸長(zhǎng)型mckibben肌肉5周圍：另一組mckibben肌肉同樣通過(guò)結(jié)扣4與第一組收縮型mckibben肌肉相連。本實(shí)施例中，收縮型mckibben肌肉6圍繞伸長(zhǎng)型mckibben肌肉5，也可以將收縮型mckibben肌肉與伸長(zhǎng)型mckibben肌肉互換位置，其效果是一樣的。

本發(fā)明的原理是：由于本發(fā)明通過(guò)打節(jié)的方式，使得伸長(zhǎng)型及收縮型mckibben肌肉相互連接在一起，工作時(shí)，通過(guò)控制伸長(zhǎng)型及收縮型mckibben肌肉內(nèi)氣壓，氣壓增大剛性也增加，而由于伸長(zhǎng)型及收縮型mckibben肌肉相互連接在一起，因此，整體肌肉的位置并沒(méi)有發(fā)生變化，保證了在位置不變的情況下剛性增加；反之，則可以保證剛度不變的情況下的位置變化，即實(shí)現(xiàn)了位置及剛度的解耦。

如圖3所示，當(dāng)手臂到達(dá)某一位置，同時(shí)調(diào)節(jié)伸長(zhǎng)型及收縮型mckibben肌肉內(nèi)部氣壓，實(shí)現(xiàn)手臂在不改變位置的情況下，調(diào)節(jié)剛度，使手臂剛度與位置的關(guān)系解耦。在保證手臂長(zhǎng)度相同情況下，(a)對(duì)中間伸長(zhǎng)型mckibben肌肉充氣，其余三根收縮型mckibben肌肉不充氣，實(shí)現(xiàn)手臂低剛度工作狀態(tài)；(b)增加中間mckibben肌肉的充氣壓力，同時(shí)對(duì)其余三根收縮型mckibben肌肉充入一定壓力的氣體，產(chǎn)生收縮力，保持位置不變，而實(shí)現(xiàn)手臂高剛度工作狀態(tài)。同樣，手臂彎曲運(yùn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)三根收縮型mckibben肌肉內(nèi)部壓力及伸長(zhǎng)型mckibben肌肉內(nèi)部壓力實(shí)現(xiàn)剛度的調(diào)節(jié)。圖3中，fea與feb為中間伸長(zhǎng)型mckibben肌肉產(chǎn)生的輸出力，fcb1、fcb2和fcb3為三根收縮型mckibben肌肉產(chǎn)生的輸出力。

本發(fā)明中，頂端平臺(tái)、圓盤的結(jié)構(gòu)如圖4、圖5所示，均設(shè)置中間位置的圓孔及圍繞其的圓孔，分別用來(lái)固定中間位置的mckibben肌肉和圍繞在外側(cè)的mckibben肌肉；由于設(shè)置了圓盤、頂端平臺(tái)，可以保證圍繞的mckibben肌肉受力均勻。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開一種雙節(jié)McKibben肌肉變剛度軟體機(jī)器人手臂，包括變剛度McKibben手臂，所述變剛度McKibben手臂包括收縮型McKibben肌肉、伸長(zhǎng)型McKibben肌肉；所述收縮型McKibben肌肉為多根，圍繞伸長(zhǎng)型McKibben肌肉設(shè)置并通過(guò)結(jié)扣與伸長(zhǎng)型McKibben肌肉固定。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：本發(fā)明通過(guò)打節(jié)的方式，使得伸長(zhǎng)型及收縮型McKibben肌肉相互連接在一起，工作時(shí)，通過(guò)控制伸長(zhǎng)型及收縮型McKibben肌肉內(nèi)氣壓，實(shí)現(xiàn)位置及剛度的解耦。

技術(shù)研發(fā)人員：郝麗娜;項(xiàng)超群;張穎;高席峰
受保護(hù)的技術(shù)使用者：東北大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.05.24
技術(shù)公布日：2017.10.13