一种基于柔顺Stewart并联机构的连续体机器人.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114800454A(43)申请公布日2022.07.29(21)申请号202210651049.8(22)申请日2022.06.10(71)申请人大连理工大学地址116024辽宁省大连市甘井子区凌工路２号(72)发明人李海洋冷初阳金楚涵(74)专利代理机构辽宁鸿文知识产权代理有限公司21102专利代理师许明章王海波(51)Int.Cl.B25J9/00(2006.01)B25J9/10(2006.01)权利要求书3页说明书6页附图5页(54)发明名称一种基于柔顺Stewart并联机构的连续体机器人(57)摘要一种基于柔顺Stewart并联机构的连续体机器人，包括作为主体结构的柔顺骨架和驱动系统。柔顺骨架由多个柔顺Stewart并联机构为基本组成单元串联而成，具有6个自由度，实现连续体机器人的各种动作和姿态。驱动系统用于驱动柔顺骨架发生特定形变，按照驱动系统作用段将整个连续体机器人分成若干段，每一段称为一个柔顺机构组，每个柔顺机构组包括若干个串联在一起的柔顺Stewart并联机构，每个柔顺机构组配置一套驱动系统。本发明连续体机器人灵活度更高；结构简单，柔顺骨架可以通过3D打印整体加工，便于一体化小型化；扭转外力最终被绳索拉力抵消，抗扭转性能强；柔顺支腿固连位置及薄片厚度和细长杆横截面积可以调节，有利于实现产品的标准化，系列化。CN114800454ACN114800454A权利要求书1/3页1.一种基于柔顺Stewart并联机构的连续体机器人，其特征在于，所述的连续体机器人包括作为主体结构的柔顺骨架(1)和驱动系统；所述的柔顺骨架(1)由多个柔顺Stewart并联机构为基本组成单元串联而成，柔顺Stewart并联机构具有六个自由度，实现连续体机器人的各种动作和姿态；所述的驱动系统用于驱动柔顺骨架(1)发生特定形变，将整个连续体机器人分成若干段，每一段为一个柔顺机构组，每个柔顺机构组包括若干个按顺序串联的柔顺Stewart并联机构，且每个柔顺机构组各配置一套驱动系统；所述的柔顺骨架(1)具体结构如下：所述的每个柔顺Stewart并联机构由两端的连接盘和夹在两连接盘之间的六个柔顺支腿(9)组成；所述的连接盘为刚性板状构件，包括形状及结构完全一致的上连接盘(10)、下连接盘(8)；两个连接盘的柔顺支腿固连位置附近设置用于穿过绳索(3)的平台过绳孔(11)，两个连接盘的几何中心处设置骨架过绳孔(103)；所述的每个柔顺支腿(9)的结构相同，其两端各布置1个用于与连接盘连接的柔顺球铰，两个柔顺球铰之间布置多个受力能够发生变形的柔顺滑移铰；所述的柔顺球铰为细短杆(901)，可以向任意方向弯曲从而具有球铰的自由度，每个柔顺支腿(9)两端的细短杆(901)结构完全一致且轴线重合；每个柔顺支腿(9)中安装驱动组件后可被绳索(3)驱动伸缩，从而改变两个连接盘之间的相对的位置和姿态；所述的每个柔顺滑移铰为柔顺平行四边形结构，包括两个互相平行的刚性构件和布置于刚性构件之间的两个互相平行的矩形柔性薄片(904)，两刚性构件互相平行布置且其中一个刚性构件的轴线方向和柔顺支腿上细短杆(901)轴线方向重合，两柔性薄片(904)平行布置且柔性薄片(904)的法线方向平行于刚性构件轴线方向，柔性薄片(904)的两条对边分别连接两刚性构件形成平行四边形结构，柔性薄片(904)可以发生弹性弯曲形变，使得其连接的两刚性构件互相在其平行方向上滑移，实现滑移副的自由度；所述两互相平行的刚性构件中轴线与细短杆(901)重合的称为滑块，另一个称为连接块；位于柔顺支腿两端的滑块为端部滑块(907)，细短杆(901)固连在端部滑块(907)上；柔顺支腿(9)包括多个柔顺滑移铰，柔顺滑移铰之间通过刚性构件连接；所述柔顺支腿两端的端部滑块(907)上均设有用于放置滑轮(2)的滑轮槽(902)以及用于安装滑轮轴(5)的滑轮轴孔(906)；所述柔顺滑移铰的每个柔性薄片(904)上设置有支腿过绳孔903，每个柔顺支腿(9)上的支腿过绳孔按照其所在位置从下至上依次编号为：支腿过绳孔A(9031)，支腿过绳孔B(9032)，支腿过绳孔C(9033)，支腿过绳孔D(9034)，支腿过绳孔E(9035)，支腿过绳孔F(9036)，支腿过绳孔G(9037)，支腿过绳孔H(9038)；将上连接盘(10)作为另一个柔顺Stewart并联机构的下连接盘，再为此柔顺Stewart并联机构重新设置一上连接盘，连接柔顺支腿后得到将2个柔顺Stewart并联机构串联的柔顺机构组；按此方法串联多个柔顺Stewart并联机构后得到柔顺骨架(1)；柔顺骨架(1)中的每个柔顺Stewart并联机构空间上可以看成由一个柔顺Stewart并联机构平移而成，其中