(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210891581.7 (22)申请日 2022.07.27 (71)申请人 西南科技大 学 地址 621010 四川省绵阳市涪城区青龙 大 道中段59号 (72)发明人 张静　孙弋　刘满禄　王姮　 刘宏伟　霍建文　刘冉　张坊　 石繁荣　徐锋　 (74)专利代理 机构 成都正德明志知识产权代理 有限公司 513 60 专利代理师 万雪松 (51)Int.Cl. B25J 9/08(2006.01) B25J 9/10(2006.01) B25J 9/12(2006.01)B25J 9/16(2006.01) B25J 15/10(2006.01) B25J 17/00(2006.01) (54)发明名称 一种多级柔性模块化连续体机器人及控制 方法 (57)摘要 本发明公开了一种多级柔性模块化连续体 机器人及控制方法， 机器人包括相互连接的若干 级关节组， 位于顶端的关节组的端部连接末端执 行器， 位于底端的关节组的下端安装在底座上， 关节组内沿轴线开设有贯穿的第一通孔， 第一通 孔的周围沿轴线方向开设有贯穿关节组的若干 第二通孔， 第二通孔内设置有控制该级关节组活 动的若干控制索， 每一级关节组上的控制索从下 一级关节组内的第一通孔引 出与对应的驱动器 连接； 控制方法包括步骤S1 ‑S4。 本方案利用每个 驱动器单独驱动一节关节组， 利用电缸平台对关 节组进行直观的控制调节， 能够极大的降低高级 别连续体机器人控制的复杂 度， 提升控制效果的 直观性， 能够快速的将多级关节部署成机器人机 体。 权利要求书2页 说明书8页 附图7页 CN 115256362 A 2022.11.01 CN 115256362 A 1.一种多级柔性模块化连续体机器人， 其特征在于， 机器人由相互连接的若干级关节 组构成， 位于顶端的所述关节组的端部连接末端执行器， 最底端的所述关节组的下端安装 在底座上， 所述关节组内沿轴线开设有贯穿的第一通孔， 所述第一通孔的周围沿轴线方向 开设有贯穿关节组的若干第二通孔， 所述第二通孔内设置有控制该级关节组活动的若干控 制索， 每一级 所述关节组上的控制索从下一级关节组内的第一通孔引出与对应的驱动器连 接； 所述驱动器包括上盖板和下盖板， 所述上盖板和下盖板之间设置有电缸， 所述电缸的 下端安装在下盖板上， 所述电缸 的伸缩端通过万向接头与上盖板连接； 所述上盖板的边沿 设置有若干挂钩， 所述控制索的端部 设置固定环， 所述固定环的顶部 设置有通孔， 所述挂钩 穿过通孔与固定环连接， 所述下盖板的边沿设置有供控制索伸缩活动的缺口， 所述电缸与 控制器电连接 。 2.根据权利要求1所述的多级柔性模块化连续体机器人， 其特征在于， 所述关节组包括 两块关节板， 两块所述关节板之 间设置有若干支撑板， 若干所述支撑板、 两块关节板均同轴 堆叠排列， 且相邻支撑板之间、 支撑板与关节板之间均设置有间隙， 所述支撑板与关节板、 相邻支撑 板之间通过若干弹簧支撑； 相邻所述关节组之间通过关节板连接， 所述末端执行器安装在关节板上， 所述关节组 通过关节板安装在底座上； 所述支撑板和关节板的中部均开设有脊椎孔， 同一级关节组的 所述关节板和支撑板上的脊椎孔内设置有同一根第一限位管， 所述第一限位管为软质材 料， 所述第一限位管 形成第一 通孔； 所述关节板和 支撑板上的脊椎孔周围开设有若干牵引孔， 同一级所述关节组 的关节板 和支撑板上 的牵引孔内通过同一根第二限位管连接， 所述第二限位管为软质材料， 所述第 二限位管形成第二通孔， 且控制索设置在第二通孔内， 且同一级关节组内所述控制索连接 顶端的关节板， 控制索穿过下一级关节组中部的第一限位管从底座引出与对应的驱动器上 挂钩连接 。 3.根据权利要求2所述的多级柔性模块化连续体机器人， 其特征在于， 所述底座包括下 底板和上底板， 所述上底板的上方设置有凸台， 所述下底板和上底板之间通过若干支撑柱 连接， 所述凸台上设置有若干与牵引孔对应的第三通孔， 以及与脊椎孔对应的第四通孔， 所 述控制索穿过第三 通孔从下底板和上底板之间的间隙穿出， 所述关节板固定在凸台上； 所述关节板的外圆周上均匀开设有若干U形缺口， 相邻所述关节组的关节板之间通过 螺栓连接， 且螺栓设置在U形缺口内； 所述凸台上开设有与U形缺口对应的U形沉槽， 所述关 节板通过螺 栓安装在凸台上， 且螺 栓设置在U形沉槽内。 4.根据权利要求2所述的多级柔性模块化连续体机器人， 其特征在于， 每一级所述关节 组的外表面均通过瓦楞纸封装， 所述瓦楞纸连接两端关节板， 且瓦楞纸包裹关节板和支撑 板。 5.根据权利要求2所述的多级柔性模块化连续体机器人， 其特征在于， 所述末端执行器 包括下爪板和上爪板， 所述下爪板和上爪板之间设置有支撑杆， 所述下爪板安装在关节板 上， 所述上爪板上设置有若干活动孔， 每个所述活动孔内均设置有升降杆， 每块所述升降块 的下端均安装在升降块上， 所述升降块安装在沿关节组轴线伸缩的电动伸缩杆的伸长端 上， 所述电动伸缩杆安装在上爪板的下端， 所述升降杆的上端铰接有第一连杆， 所述升降杆权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115256362 A 2的中部沿长度方向开设有滑槽， 所述升降杆 的中部与第二连杆连接， 且第二连杆的一端设 置有活动柱， 所述活动柱活动设置在滑槽内， 所述第二连杆的另一端铰接有第三连杆， 所述 第三连杆的端部设置有爪齿， 所述电动伸缩杆的控制线缆通过第一限位管从底座引出与控 制器电连接 。 6.根据权利要求5所述的多级柔性模块化连续体机器人， 其特征在于， 所述升降杆包括 两根， 两根所述升降杆平行设置， 所述第二连杆为L形， 所述第二连杆设置在两根升降杆之 间； 两根所述升降杆上均开设有滑槽， 所述第二连杆均设置有位于滑槽内的活动柱， 所述第 二连杆的端部通过两根平行的第三连 杆与爪齿连接。 7.根据权利要求1所述的多级柔性模块化连续体机器人， 其特征在于， 所述控制索包括 钢索， 所述钢索设置在第二通孔和第一通孔内， 所述底座与驱动器之间的钢索上套有闸线 管， 且挂钩与钢索连接 。 8.根据权利要求1所述的多级柔性模块化连续体机器人， 其特征在于， 同一所述驱动器 上连接控制索的数量与驱动器上设置的电缸的数量相等， 且电缸对应挂钩的位置设置 。 9.一种权利要求1 ‑8任一项所述的多级柔性模块化连续体机器人的控制方法， 其特征 在于， 包括以下步骤： S1： 根据末端执 行器需要完成的任务， 设置 机器人的活动姿态指令； S2： 将活动姿态指令分解成每一级关节组的变化姿态， 得到每一级关节组需要执行的 弯曲角度α1， α2，···， αn， n为机器人 组装的关节组的级数； 根据每一级关节组的弯曲角度 α 和弯曲方向βi计算对应控制索的变化 量ΔLi： 其中， a为关节组的半径， ε为控制索的分布角， ε取 i为每一级关节组第i个控制 索， Δl0为同一级关节组中选择的参 考控制索的变化 量； Δl0±Δli·cosε中正负号的取值方法为： 若l0与li同轴， 则取Δl0+Δli·cosε； 否则 取Δl0‑Δli·cos ε； S3： 根据变化量ΔLi控制对应驱动器上不同电缸的伸缩长度， 使上盖板进行倾斜， 使连 接在同一上盖板上不同位置的控制索达到对应的变化量， 实现不同关节组不同偏移角的控 制。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115256362 A 3