具有多功能层螺旋拼接与变刚度混合吸附结构的机器人

本发明涉及机器人，尤其是涉及一种具有多功能层螺旋拼接与变刚度混合吸附结构的机器人。

背景技术：

1、连续体机器人因其出色的柔性和灵活变形能力，被广泛应用于航空发动机叶片检测、复杂管道探查等狭小非结构化环境。传统的绳驱动连续体机器人，多采用柔性骨架配合周向均布的驱动绳索，通过绳索的收放实现整体弯曲变形。然而，传统的柔性骨架多采用一体化层压粘接或整体式制造工艺，将承载支撑、状态感知与刚度调节元件混杂加工，导致各硬件功能层无法物理解耦。一旦局部发生疲劳或损坏，往往导致整机报废，难以进行现场快速重构与线边维护。同时，这种整体被动柔性的设计导致结构抗扭刚度极低，在受到多向复合载荷时极易发生轴向扭转失稳，严重影响了末端定位精度。

2、且现有连续体机器人缺乏可靠的关节主动变刚度调控机制，在柔性避障穿行与高刚度作业定位两种模式间难以实现高效切换。一旦脱离外部支点，其关节刚度恒定且不足的缺陷将完全暴露，恶化了系统在狭小受限环境下末端自主作业的精度与稳定性。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术中连续体机器人缺乏可靠的关节主动变刚度调控机制，在柔性避障穿行与高刚度作业定位两种模式间难以实现高效切换的问题，提供一种具有多功能层螺旋拼接与变刚度混合吸附结构的机器人。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种具有多功能层螺旋拼接与变刚度混合吸附结构的机器人，包括外壳、锁定组件以及若干导向件

3、外壳包括依次连接的基础支撑件、感知检测件、变刚度调节件，

4、导向件连接基础支撑件、感知检测件和变刚度调节件，基础支撑件、感知检测件、变刚度调节件围绕锁定组件布置，通过基础支撑、感知检测、变刚度调节的模块化拼接，结合导向件的张力控制，实现了机器人低刚度柔性穿行与高刚度锁定两种工作模式的自主、可控切换；

5、当处于低刚度柔性模式，导向件施加的张力，基础支撑件、感知检测件和变刚度调节件之间无相对滑移；

6、当处于高刚度锁定模式，导向件施加的张力使得基础支撑件、感知检测件和变刚度调节件之间产生相对滑移形成径向挤压力，使得锁定组件工作。

7、为了解决传统骨架在轴向上抗扭刚度低、各层之间易发生轴向松散或扭转失稳的问题，进一步包括基础支撑件、感知检测件、变刚度调节件均成带状螺旋结构，基础支撑件、感知检测件、变刚度调节件围绕锁定组件布置。

8、为了解决单根或双根驱动绳无法实现空间任意方向弯曲驱动，以及驱动力传递不均匀的问题，进一步包括基础支撑件、感知检测件、变刚度调节件上均开设有用于供导向件连接的安装孔，导向件对应的安装孔位于同一直线上，导向件至少具有三个。

9、为了解决分立式螺旋带在弯曲受力时层间易发生法向脱离和径向翘曲的问题，进一步包括基础支撑件靠近感知检测件一侧开设有沿其自身延伸的第一装配块；

10、感知检测件靠近基础支撑件靠一侧凸出形成有与第一装配块相匹配的第一装配槽，第一装配槽布置在第一装配块内；

11、感知检测件靠近变刚度调节件一侧开设有沿其自身延伸的第二装配块

12、变刚度调节件靠近感知检测件靠一侧凸出形成有与第二装配块相匹配的第二装配槽，第二装配槽布置在第二装配块内；

13、第一装配块和第二装配块均为燕尾块。

14、为了解决现有机器人依赖外置传感器、易刮蹭损坏且无法原位感知内部应变状态的问题，进一步包括感知检测件内部开设有感知微流通道，感知微流通道内填充有感知液态金属，感知液态金属构成应变感知节点。

15、为了解决传统机器人材料刚度恒定、主动调控范围窄且响应慢的问题，进一步包括变刚度调节件内部开设有调节微流通道，调节微流通道内填充有调节液态金属，调节液态金属能够在温度影响下硬化或软化。

16、为了解决外部挤压力难以高效、稳定地转化为内部轴向锁定力的问题，进一步包括锁定组件包括中心轴以及若干斜楔滑块，斜楔滑块围绕中心轴布置，斜楔滑块外缘和外壳内腔面接触，斜楔滑块内壁面和中心轴接触，斜楔滑块具有三个。

17、为了解决滑块在受力挤压时应力集中、运动导向性差且容易发生卡滞的问题，进一步包括斜楔滑块的横截面呈平行四边形或等腰梯形。

18、为了解决传动件在大张力负载下易发生塑性变形或断裂，且自身缺乏柔性无法跟随机械臂弯曲的问题，进一步包括导向件为具有高轴向抗拉强度和挠性的直杆或多股编织绳结构。

19、本发明的有益效果是：本发明提供的一种具有多功能层螺旋拼接与变刚度混合吸附结构的机器人，通过基础支撑、感知检测、变刚度调节的模块化拼接，结合导向件的张力控制，实现了机器人低刚度柔性穿行与高刚度锁定两种工作模式的自主、可控切换。

1.一种具有多功能层螺旋拼接与变刚度混合吸附结构的机器人，其特征在于，包括外壳、锁定组件以及若干导向件（7）

2.如权利要求1所述的具有多功能层螺旋拼接与变刚度混合吸附结构的机器人，其特征在于：所述基础支撑件（1）、感知检测件（2）、变刚度调节件（3）均成带状螺旋结构，所述基础支撑件（1）、感知检测件（2）、变刚度调节件（3）围绕锁定组件布置。

3.如权利要求1所述的具有多功能层螺旋拼接与变刚度混合吸附结构的机器人，其特征在于：所述基础支撑件（1）、感知检测件（2）、变刚度调节件（3）上均开设有用于供导向件（7）连接的安装孔（4），所述导向件（7）对应的安装孔（4）位于同一直线上，所述导向件（7）至少具有三个。

4.如权利要求1所述的具有多功能层螺旋拼接与变刚度混合吸附结构的机器人，其特征在于：所述基础支撑件（1）靠近感知检测件（2）一侧开设有沿其自身延伸的第一装配块（11）；

5.如权利要求1所述的具有多功能层螺旋拼接与变刚度混合吸附结构的机器人，其特征在于：所述感知检测件（2）内部开设有感知微流通道（23），所述感知微流通道（23）内填充有感知液态金属，所述感知液态金属构成应变感知节点。

6.如权利要求1所述的具有多功能层螺旋拼接与变刚度混合吸附结构的机器人，其特征在于：所述变刚度调节件（3）内部开设有调节微流通道（32），所述调节微流通道（32）内填充有调节液态金属，所述调节液态金属能够在温度影响下硬化或软化。

7.如权利要求1所述的具有多功能层螺旋拼接与变刚度混合吸附结构的机器人，其特征在于：所述锁定组件包括中心轴（5）以及若干斜楔滑块（6），所述斜楔滑块（6）围绕中心轴（5）布置，所述斜楔滑块（6）外缘和外壳内腔面接触，所述斜楔滑块（6）内壁面和中心轴（5）接触，所述斜楔滑块（6）具有三个。

8.如权利要求7所述的具有多功能层螺旋拼接与变刚度混合吸附结构的机器人，其特征在于：所述斜楔滑块（6）的横截面呈平行四边形或等腰梯形。

9.如权利要求1所述的具有多功能层螺旋拼接与变刚度混合吸附结构的机器人，其特征在于：所述导向件（7）为具有高轴向抗拉强度和挠性的直杆或多股编织绳结构。