本项创新技术披露了一种宏微驱动纤微连续体机器人及其制造方法,涵盖了宏机器人、驱动光纤和微机器人三个核心组件。驱动光纤一端与宏机器人相连,另一端则穿过宏机器人内部腔道与微机器人相接。宏机器人依靠驱动光纤的机械牵引力进行偏转运动,而微机器人则在光纤提供的激光激励下实现轴向收缩。该技术利用驱动光纤作为宏机器人的驱动媒介,并作为导光结构,为微机器人提供光源激励,以此调节微机器人的高度与角度,实现宏微尺度的精确运动控制,满足从宏观到微观尺度的精密作业需求。
背景技术
连续体机器人作为一种独特的机器人类型,引起了广泛关注。与传统的刚性机器人相比,连续体机器人具有柔软性结构,使其能够弯曲、蜷曲和伸展,从而适应不同的工作环境和任务;同时连续体机器人具有多自由度,在三维空间内灵活变形,从而实现更为复杂的操作和动作;由于连续体机器人的灵活性,它们可以在狭小或复杂的空间中执行操作,能够适应不同形状和表面的工作环境,如医疗手术、救援搜索、航空发动机维护等,具备广泛的应用潜力。通过身体的自然孔道进行腔内和腔内干预是医学上的一种新兴趋势,进一步支持了早期干预和精确手术的未来。这激发了小型连续体机器人的发展,使其能够在狭窄和曲折的环境中自由导航。
现有公开号为CN110402096B的专利文献,公开了一种机动式机器人装置,该机器人装置能够向前和向后驱动自身,从而位于管状结构(200)(例如,人的结肠或包括两个相对壁(202、204)的任何结构)内时锚固和操纵自身。在这方面,该装置由覆盖在弹性材料中并由内部致动机构驱动的两个节段或三个节段(102,104,106)制成。所有这些节段(102,104,106)都具有使得能够进行缩短和伸长运动的六角手风琴构造。除长度收缩和伸展之外,端部节段(102,106)中的至少一者能够以一定角度背离纵向轴线弯曲,使得它变成楔入在或卡在管状结构(200)的壁(202,204)之间。也就是说,端部节段(102,106)既能够进行弯曲动作又能够进行收缩和伸展动作。该装置(1)通过以下方式进行移动:交替地将节段(102,104,106)卡在管状结构(200)的壁(202,204)之间,然后收缩或伸展这些节段(102,104,106),以通过更有效的机动动作使装置(1)向前缓慢移动。
大范围运动和高精度之间的权衡与伴随的促动串扰提出了重大挑战。宏观和微观运动之间的串扰是宏观和微观运动的根本挑战。传统的多节段串联机器人在相邻节段之间表现出明显的相互耦合,无论是肌腱驱动机器人还是流体/气动驱动机器人都不适合高精度任务。
实现思路