气动柔性关节绳驱连续体机器人的创新设计
2025-01-18 14:12
No.1330179474872082432
技术概要
PDF全文
本项创新技术介绍了一种新型绳驱连续体机器人,该机器人具备气动柔性关节,属于柔性连续体机器人技术领域。该机器人由驱动箱和活动臂组成,活动臂配备M个气动柔性关节,而驱动箱内则集成了M个相应的驱动装置。
背景技术
近几年,伴随着高新技术产业的快速发展,精密设备维修、核电和大型设备管道检测等领域的发展已逐渐成为一个国家综合实力与国际竞争力的一个重要标志。但是,在极端低温、高温、高能粒子辐射、高压真空等极端环境条件下,在这种环境工作的装置极易出现故障,甚至彻底瘫痪,严重的甚至会造成重大经济损失。为确保大型工业设备和核设施等设备的正常运行和一些高端设备管道的日常清理和维护,对设备的日常监控和维修工作能力有着更高的需求。当前,在这类环境中,许多国家都在进行大型设备的检修、维护和监测等方面进行了各种尝试。然而,这样的工作环境下的空间多为狭小,结构复杂,危险性大,使得在此类环境下任务的执行难度极大。一方面由于该任务下的人工操作存在难度大、劳动强度有限和效率不高等缺点,不利于人类介入进行操作;另一方面,传统刚性机器人多依赖于刚性结构和电机直接驱动关节,虽在精度和负载能力上表现出色,但在面对复杂、非结构化环境时,其灵活性和适应性受限,因而也无法很好的适用于此类狭小空间中作业。在此背景下,柔性绳驱连续体机器人应运而生,它巧妙地结合了柔性机械设计与绳索传动技术,为机器人领域带来了一场革命性的变革。柔性绳驱连续体机器人的核心在于利用绳索作为传递动力和控制的媒介,通过精确控制绳索的张力变化,实现对机器人本体形态的灵活操控。这种设计不仅极大地提高了机器人的灵活性和柔顺性,使其能够轻松穿越狭窄空间、执行精细操作,还显著降低了机器人的整体重量和能耗,增强了其在多种应用场景下的适应性和实用性。与传统的工业离散型机器人相比,该机器人具有良好的弯曲特性、卓越的灵巧运动以及极强的避障和环境适应能力,适合在未知非结构环境中应用,所以针对柔性连续体机器人的开发具有很大的意义。 柔性绳驱连续型机器人结合了绳索驱动和连续型机器人本体的结构,带来了极大的优势。具体来说该结构可以将电机等驱动机构和执行机构进行分离安装,从而在柔性机器人的根部驱动控制箱中可以集成所有的控制电路和传动机构等,使其免受外界恶劣环境的影响如高辐射、极低高温等的影响;另外其还可以减少操作臂的质量,更有利于其纤细本体设计,适合于狭小工作空间作业,被广泛用于在轨监测、工业设备零部件装配及其油箱监测、核电站监测、灾害救援、医疗和管道检测等领域。 但目前来说,柔性绳驱连续体机器人的发展仍然存在许多的不足。如现在制作出来的绳驱连续体机器人一般是针对某一场景而进行研发,所设计的连续体机器人的直径尺寸多为固定,不具有通用性,又或者制作的绳驱机器人的柔性机械臂一般是设置好的长度,不能轻易拆装和替换,这些设计会大大的增加维护的时间和减慢工作效率,同时工作范围也受到长度的影响,当要求的工作范围超过绳驱机器人本身的机械臂长度,则需要对绳驱机器人进行重新设计等不足。所以目前柔性连续体机器人仍然有很广的研究前景。
实现思路
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该技术已申请专利,如用于商业用途,请联系技术所有人!
技术研发人员:
孙浩  雷思旭  邵可
技术所属: 合肥工业大学
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