一种基于变刚度弹簧的张拉整体机器人
技术领域
本发明涉及机器人的
技术领域
，特别涉及一种基于变刚度弹簧的张拉整体机器人。背景技术
连续型机器人作为一种新兴的机器人，因具有良好的环境共融能力，使其在狭小空间设备检修、灾后搜救等实际工程领域具有广阔的应用前景。由于应用环境的复杂性和不确定性，对连续型机器人提出了刚柔并济的要求。然而，多数连续型机器人尚不具备此能力。
为了实现连续型机器人刚柔并济的要求，可以利用更换不同刚度弹簧的方式实现。但每个弹簧的弹性系数是固定的，如果需要改变结构的受力状态必然需要更换弹簧，而且对于机器人在工作中频繁更换弹簧并非是一种简单的事情，会严重影响工程周期，为此急需一种能够解决此问题的技术方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于变刚度弹簧的张拉整体机器人，以解决现有技术需要频繁更换弹簧的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于变刚度弹簧的张拉整体机器人，包括驱动机构、机械臂、刚度调节单元和气源；所述驱动机构用于驱动所述机械臂摆动；所述机械臂的多个活动关节位均设有所述刚度调节单元；所述刚度调节单元包括橡胶软套、弹簧和通气接口；所述橡胶软套包裹于所述弹簧外，所述通气接口与所述橡胶软套内部接通，所述气源与所述通气接口连接导通，所述气源用于对所述橡胶软套充气以挤压调节所述弹簧的刚度，所述刚度调节单元的刚度变化用于调节所述机械臂对应活动关节的活动幅度变化。
在其中一个实施例中，所述刚度调节单元还包括硬质外套，所述橡胶软套和所述弹簧均设于所述硬质外套包围的空间内。
在其中一个实施例中，所述橡胶软套挤压所述弹簧的表面设有多个凸起的颗粒物，多个所述颗粒物分布于所述橡胶软套表面的各处。
在其中一个实施例中，所述机械臂包括多个活动环和多个伸缩单元；所述活动环上设有多个所述刚度调节单元，多个所述刚度调节单元沿所述活动环的周向排列设置，多个所述刚度调节单元均与所述驱动机构联动；相邻的两个所述活动环之间均连接有多个所述伸缩单元，多个所述伸缩单元分别与相邻两个所述活动环的多个所述刚度调节单元联动；所述驱动机构用于调节所述弹簧的伸缩量，所述弹簧的伸缩用于调节所述活动环的扩展和收拢，所述活动环的扩展和收拢用于控制所述伸缩单元的伸缩。
在其中一个实施例中，所述活动环包括横向连接杆和连接座，所述横向连接杆的两端均连接有所述连接座，所述弹簧的两端均连接有所述连接座，以此围成环形；在任意两相对的两个刚度调节单元之间，所述伸缩单元均通过所述连接座与相对的所述刚度调节单元活动连接。
在其中一个实施例中，所述伸缩单元包括两竖向连接杆，两所述竖向连接杆呈交错设置，两所述竖向连接杆的两端分别与所述刚度调节单元不同侧的所述连接座转动连接。
在其中一个实施例中，所述连接座设有穿孔，所述穿孔的朝向与所述活动环的周向相同；所述驱动机构设有多根拉绳，多根所述拉绳分别穿过多个所述连接座的所述穿孔，相对布置的所述连接座共用一根拉绳，所述驱动机构用于调控多根所述拉绳的松紧变化，多根所述拉绳的松紧变化用于驱动所述机械臂摆动。
本发明的有益效果如下：
由于所述橡胶软套包裹于所述弹簧外，所述通气接口与所述橡胶软套内部接通，所述气源与所述通气接口连接导通，所述气源用于对所述橡胶软套充气以挤压调节所述弹簧的刚度，所述刚度调节单元的刚度变化用于调节所述机械臂对应活动关节的活动幅度变化，即本发明只需调节橡胶软套的充气变化，则可实现弹簧刚度的调控，无需进行弹簧更换，切实解决了现有技术需要频繁更换弹簧的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的结构示意图；
图2是图1的A部份结构示意图；
图3是图1的刚度调节单元结构示意图；
图4是图3的剖视结构示意图；
图5是图1的活动环局部结构示意图；
图6是图1的竖向连接杆结构示意图。
附图标记如下：
10、驱动机构；11、拉绳；
20、机械臂；21、活动环；211、横向连接杆；212、连接座；213、穿孔；22、伸缩单元；221、竖向连接杆；
30、刚度调节单元；31、橡胶软套；32、弹簧；33、通气接口；34、硬质外套；
40、气源。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。
本发明提供了一种基于变刚度弹簧的张拉整体机器人，其实施例如图1、图3和图4所示，包括驱动机构10、机械臂20、刚度调节单元30和气源40；驱动机构10用于驱动机械臂20摆动；机械臂20的多个活动关节位均设有刚度调节单元30；刚度调节单元30包括橡胶软套31、弹簧32和通气接口33；橡胶软套31包裹于弹簧32外，通气接口33与橡胶软套31内部接通，气源40与通气接口33连接导通，气源40用于对橡胶软套31充气以挤压调节弹簧32的刚度，刚度调节单元30的刚度变化用于调节机械臂20对应活动关节的活动幅度变化。
在进行应用时，气源40输入气量的变化，则可用于调节橡胶软套31的膨胀程度，橡胶软套31的膨胀程度越大，弹簧32的受压程度也将越大，从而加强了弹簧32的刚度，即降低了机械臂20对应活动关节的活动幅度，类似的，橡胶软套31的膨胀程度越小，弹簧32的受压程度也将越小，从而降低了弹簧32的刚度，即提高了机械臂20对应活动关节的活动幅度。
具体的，通过气源40输入气量的调控，可控制部份刚度调节单元30的刚度较大，部份刚度调节单元30的刚度较小，以控制机械臂20各个活动关节位的刚度处于不同状态，满足了机械臂20刚柔并济的要求；而且由于此时机械臂20各个活动关节位的刚度均可自行调控，则也为机械臂20的活动调控方式提供了更多选择，从而满足了更多应用场景的使用需求。
如图3和图4所示，刚度调节单元30还包括硬质外套34，橡胶软套31和弹簧32均设于硬质外套34包围的空间内。
在设置硬质外套34后，则固定了橡胶软套31和弹簧32的安装位置，所以若橡胶软套31处于充气状态时，将可限制橡胶软套31的活动空间，并加强了橡胶软套31对弹簧32的挤压力，从而满足了对弹簧32施加更强压力的需求。
而且此实施例还优选设置橡胶软套31挤压弹簧32的表面设有多个凸起的颗粒物(未示出)，多个颗粒物分布于橡胶软套31表面的各处，以此进一步增强了橡胶软套31对弹簧32的挤压作用。
如图1、图2、图5和图6所示，机械臂20包括多个活动环21和多个伸缩单元22；活动环21上设有多个刚度调节单元30，多个刚度调节单元30沿活动环21的周向排列设置，多个刚度调节单元30均与驱动机构10联动；相邻的两个活动环21之间均连接有多个伸缩单元22，多个伸缩单元22分别与相邻两个活动环21的多个刚度调节单元30联动；驱动机构10用于调节弹簧32的伸缩量，弹簧32的伸缩用于调节活动环21的扩展和收拢，活动环21的扩展和收拢用于控制伸缩单元22的伸缩。
譬如，当驱动机构10控制弹簧32处于伸展状态时，刚度调节单元30将可驱动活动环21变为扩展状态，而活动环21的形态变化也将驱动伸缩单元22缩短，以此实现了机械臂20的缩短控制。
类似的，当驱动机构10控制弹簧32处于收缩状态时，刚度调节单元30可以驱动活动环21变为收拢状态，而活动环21的形态变化也将驱动伸缩单元22伸长，以此实现了机械臂20的伸长控制。
而此时只需控制机械臂20各个部位的伸缩量变化，则可实现械臂的摆动调控，譬如控制机械臂20左侧均处于伸长状态，控制机械臂20右侧均处于缩短状态，则可实现机械臂20的右摆驱动。
如图1、图2和图5所示，活动环21包括横向连接杆211和连接座212，横向连接杆211的两端均连接有连接座212，弹簧32的两端均连接有连接座212，以此围成环形；在任意两相对的两个刚度调节单元30之间，伸缩单元22均通过连接座212与相对的刚度调节单元30活动连接。
在采用此设置方式后，若弹簧32处于伸展状态，弹簧32将可推动两侧的连接座212往外移动，各个横向连接杆211也将因此往外移动，从而实现活动环21的扩展；若弹簧32处于收缩状态，弹簧32将可拉动两侧的连接座212往内移动，各个横向连接杆211也将因此往内移动，从而实现了活动环21的收拢。
如图1和图2所示，伸缩单元22包括两竖向连接杆221，两竖向连接杆221呈交错设置，两竖向连接杆221的两端分别与刚度调节单元30不同侧的连接座212转动连接。
以图1、图2和图6所示方向为参考，两竖向连接杆221交错设置为交叉状，第一根竖向连接杆221的上端与左上方的连接座212转动连接，第一根竖向连接杆221的下端与右下方的连接座212转动连接，第二根竖向连接杆221的上端与右上方的连接座212转动连接，第二个竖向连接杆221的下端与左下方的连接座212转动连接。
所以当活动环21处于扩展状态时，两竖向连接杆221的上端将会相互分离，两竖向连接杆221的下端也会相互分离，从而实现了伸缩单元22的缩短；类似的，当活动环21处于收拢状态时，两竖向连接杆221的上端将会相互靠近，两竖向连接杆221的下端也会相互靠近，从而实现了伸缩单元22的伸展。
如图2和图5所示，连接座212设有穿孔213，穿孔213的朝向与活动环21的周向相同；驱动机构10设有多根拉绳11，多根拉绳11分别穿过多个连接座212的穿孔213，相对布置的连接座212共用一根拉绳11，驱动机构10用于调控多根拉绳11的松紧变化，多根拉绳11的松紧变化用于驱动机械臂20摆动。
譬如驱动机构10控制拉绳11拉紧后，便可将各个活动环21拉紧，从而实现机械臂20的缩短，而对拉绳11进行放松后，则可便于机械臂20进行伸展；因此，只需控制各条拉绳11的松紧程度不一，则可驱动机械臂20实现摆动。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
