一种基于力锁合变刚度的连续体机械装置的制作方法
本技术涉及机器人，特别涉及一种基于力锁合变刚度的连续体机械装置。
背景技术：
1、相关技术提供的连续体机器人变刚度系统通常为相变材料变刚度法或结构变刚度法，即通过控制信号，如电流等，改变材料诸如体积，形状或状态等物理量，提供机器人抵抗形变的力，以此提高机器人刚度。上述方法存在响应慢，系统复杂与介质对人体有害的问题，而在连续体机器人面对的复杂环境下，如人体自然腔道的手术任务，狭小曲折空间下的探测或操作作业等，则需要保证机器人具备一定的稳定性、实时性和灵活性。此外，目前应用的力锁合连续体机器人构型多为中空的线接触摩擦结构，且仅为单关节构型，在利用力锁合变刚度时，容易产生滑移等问题，造成连续体失效，进而影响其作业稳定性。而在控制端上也有诸多问题，如无法在运行中连续调节刚度，运动控制系统与变刚度调节系统未分离，在调整刚度时会改变机器人位姿等问题导致其工作性能不佳。
技术实现思路
1、针对相关技术存在的上述问题，本实用新型提供了一种基于力锁合变刚度的连续体机械装置，通过仿脊柱构型的仿生学设计，使得连续体机器人机械臂中各基体间的接触摩擦增大，并通过刚度控制钢绳和姿态控制钢绳的多关节控制实现对连续体机器人机械臂刚度及姿态的连续、实时及稳定控制，可达到提高连续体机器人机械臂刚度、姿态调节连续性及稳定性的技术效果。
2、根据本实用新型实施例的一个方面，提供一种基于力锁合变刚度的连续体机械装置，包括机械臂、刚度控制组件和姿态控制组件，其特征在于：
3、所述机械臂包括n段由凹型基体和凸型基体组成的关节；所述凸型基体两端为半球状突起，所述凹型基体两端为与所述半球状突起相匹配的半球状凹槽，各个凸型基体和各个凹型基体分别通过所述半球状突起和所述半球状凹槽交替相接；所述凸型基体和所述凹型基体的轴心均对应设有刚度控制通孔，所述刚度控制通孔内穿设有刚度控制钢绳；所述凸型基体和所述凹型基体的圆周均匀分布有对应的n组姿态控制通孔队，每组姿态控制通孔队包括3个间隔120°的姿态控制通孔，每组姿态控制通孔队分别通过各个姿态控制通孔内穿设的姿态控制钢绳控制所述机械臂中对应段关节内凹型基体与凸型基体的组合姿态；
4、所述刚度控制组件包括刚度控制电机，所述刚度控制电机的输出轴通过绞盘与所述刚度控制钢绳一端链接，所述刚度控制钢绳依次通过各个基体内的刚度控制通孔与所述机械臂尾部的基体固定链接；
5、所述姿态控制组件包括与所述姿态控制通孔对应的n组姿态控制电机队，每组姿态控制电机队包括3个姿态控制电机，每个姿态控制电机的输出轴通过绞盘与对应姿态控制通孔内的刚度控制钢绳一端链接，所述姿态控制钢绳的另一端则依次通过对应各个基体内的姿态控制通孔与对应段关节尾部的基体固定链接。
6、优选的，所述连续体机械装置还包括变刚度调整组件，所述变刚度调整组件包括壳体，所述壳体左右两侧内壁对称设有移动滑槽，所述移动滑槽内嵌设有移动滑块，所述移动滑块上表面通过安装孔安装有所述刚度控制电机，所述移动滑块沿滑动方向的轴心处设有螺孔，所述螺孔内设有可转动的调节螺杆，所述调节螺杆的两端分别通过所述壳体前后两侧的螺孔与调节螺母固定连接。
7、优选的，所述连续体机械装置还包括水平移动组件，所述水平移动组件包括支架，所述支架内水平设有丝杠，所述丝杠的一端与驱动电机传动连接，所述丝杠预设段套设有移动平台，所述移动平台上表面安装有所述连续体机械装置。
8、优选的，所述机械臂中各个凸型基体的尺寸相同，各个凹型基体的尺寸相同。
9、优选的，所述机械臂中各个基体的尺寸沿根部至尾部方向逐渐变小。
10、优选的，所述机械臂中各段关节包含的基体数量由根部至尾部逐渐变小。
11、优选的，所述连续体机械装置还包括中控处理组件，所述中控处理组件与各个姿态控制电机及刚度控制电机电信号连接，并用于控制各个电机的运行状态。
12、优选的，所述机械臂尾部的基体表面还设有工件安装孔，所述工件安装孔用于安装工作组件。
13、优选的，所述凸型基体的半球状突起表面均匀分布有凸点，所述凹型基体的半球状凹槽表面对应均匀分布有凹坑，且各个凸点与各个凹坑匹配。
14、优选的，所述水平移动组件的支架底部均匀设有滑轮，且各个滑轮轮轴处均设有锁止装置。
15、与现有技术相比，本实用新型提供的一种基于力锁合变刚度的连续体机械装置具有以下优点：
16、本实用新型提供的一种基于力锁合变刚度的连续体机械装置，通过将力锁合变刚度装置设于机械臂的轴心处，姿态控制组件设于机械臂圆周处的分离设计，以及仿脊柱构型的仿生学设计，使得连续交替组成连续体机器人机械臂的凹型基体和凸型基体间接触摩擦增大，并通过刚度控制钢绳和姿态控制钢绳的多关节控制实现对连续体机器人机械臂刚度及姿态的连续、实时及稳定控制，可达到提高连续体机器人机械臂刚度及姿态调节连续性和稳定性的技术效果。
17、进一步的，本实用新型还通过变刚度调整组件的设计进一步调整力锁合变刚度装置的调整灵敏度，从而更好地实现连续体机械装置机械臂的负载能力调节，以及姿态变化灵敏度调节。
技术特征：
1.一种基于力锁合变刚度的连续体机械装置，包括机械臂、刚度控制组件和姿态控制组件，其特征在于：
2.根据权利要求1所述的连续体机械装置，其特征在于，所述连续体机械装置还包括变刚度调整组件，所述变刚度调整组件包括壳体，所述壳体左右两侧内壁对称设有移动滑槽，所述移动滑槽内嵌设有移动滑块，所述移动滑块上表面通过安装孔安装有所述刚度控制电机，所述移动滑块沿滑动方向的轴心处设有螺孔，所述螺孔内设有可转动的调节螺杆，所述调节螺杆的两端分别通过所述壳体前后两侧的螺孔与调节螺母固定连接。
3.根据权利要求1所述的连续体机械装置，其特征在于，所述连续体机械装置还包括水平移动组件，所述水平移动组件包括支架，所述支架内水平设有丝杠，所述丝杠的一端与驱动电机传动连接，所述丝杠预设段套设有移动平台，所述移动平台上表面安装有所述连续体机械装置。
4.根据权利要求1所述的连续体机械装置，其特征在于，所述机械臂中各个凸型基体的尺寸相同，各个凹型基体的尺寸相同。
5.根据权利要求1所述的连续体机械装置，其特征在于，所述机械臂中各个基体的尺寸沿根部至尾部方向逐渐变小。
6.根据权利要求1所述的连续体机械装置，其特征在于，所述机械臂中各段关节包含的基体数量由根部至尾部逐渐变小。
7.根据权利要求1所述的连续体机械装置，其特征在于，所述连续体机械装置还包括中控处理组件，所述中控处理组件与各个姿态控制电机及刚度控制电机电信号连接，并用于控制各个电机的运行状态。
8.根据权利要求1所述的连续体机械装置，其特征在于，所述机械臂尾部的基体表面还设有工件安装孔，所述工件安装孔用于安装工作组件。
9.根据权利要求1所述的连续体机械装置，其特征在于，所述凸型基体的半球状突起表面均匀分布有凸点，所述凹型基体的半球状凹槽表面对应均匀分布有凹坑，且各个凸点与各个凹坑匹配。
10.根据权利要求3所述的连续体机械装置，其特征在于，所述水平移动组件的支架底部均匀设有滑轮，且各个滑轮轮轴处均设有锁止装置。
技术总结
本技术公开了一种基于力锁合变刚度的连续体机械装置，涉及机器人技术领域。本技术提供的基于力锁合变刚度的连续体机械装置，通过将力锁合变刚度装置设于机械臂的轴心处，姿态控制组件设于机械臂圆周处的分离设计，以及仿脊柱构型的仿生学设计，使得连续交替组成连续体机器人机械臂的凹型基体和凸型基体间接触摩擦增大，并通过刚度控制钢绳和姿态控制钢绳的多关节控制实现对连续体机器人机械臂刚度及姿态的连续、实时及稳定控制，可达到提高连续体机器人机械臂刚度及姿态调节连续性和稳定性的技术效果。
技术研发人员：陈刚,吴雨桐
受保护的技术使用者：嘉兴索亚智能科技有限公司
技术研发日：20240208
技术公布日：2024/9/23