[0001] 本发明涉及机器人技术领域，特别是涉及一种机器人柔性关节。

[0002] 机器人是一种自动化机器，不同的是这种机器具备一些与人或生物相似的智能能力，如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力，是一种具有高度灵活性的自动化机器。机器人可以辅助甚至替代人类完成危险、繁重、复杂的工作，提高工作效率和质量，并服务人类生活，扩大延伸人的活动及能力范围。

[0003] 目前市面上所使用的大多为刚性机器人，由于刚性机器人通常采用电机等方式进行关节的驱动，优点在于负载能力强、重复和定位精度高，但若要实现多自由度运动，则需要将多个单自由度关节组装，或使用更多的电机进行控制，增加了系统的复杂程度，且使得体积和重量都大大增加。

[0004] 而随着软体机器人技术的出现和发展，将软体机器人作为末端执行器代替刚性机器人末端夹爪，用于对目标进行夹持，得到了较多的应用。但是，将柔性机器人应用于关节时，柔性关节的自由度越多，其稳定性与强度越难保证，也就是说，柔性关节多自由度同其稳定性与强度难以兼顾的问题制约了柔性关节的发展。

[0028] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0029] 需要说明的是，当组件被称为“固定于”或“设置于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。本发明的说明书所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

[0030] 此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

[0031] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”、“下”可以是第一特征直接和第二特征接触，或第一特征和第二特征间接地通过中间媒介接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

[0032] 除非另有定义，本发明的说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本发明的说明书所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

[0033] 下面结合图1‑图5描述本发明的机器人柔性关节。

[0034] 如图1和图2所示，在一个实施例中，一种机器人柔性关节，包括两固定座110、多个软体执行器230和阻尼器350；多个软体执行器230位于两固定座110之间，每个软体执行器230的两端分别连接在两固定座110的边缘；阻尼器350位于多个软体执行器230之间，且阻尼器350的两端分别与两个固定座110连接。

[0035] 需要说明的是，作为关节机构，其主要作用是连接前后两级的机器人结构，并改变运动状态，具体到本实施例中，上层固定座110用于和后一级的结构连接，如末端执行器等等，下层固定座110用于和前一级的机构连接，如机台、机械臂的插口等等，两层固定座110都是板状结构，截面形状可为方形、圆形等任意形状，采用刚性材料，并通过如金属加工、注塑、3D打印等方式进行制造。

[0036] 上述机器人柔性关节，沿两固定座110边缘设置多个软体执行器230能够对两个固定座110之间的距离进行调整，在使用时通过对不同位置的单个或多个软体执行器230进行驱动，即可使得软体执行器230对两个固定座110不同位置的间距进行伸缩控制，达到对关节转动情况进行多方位控制的效果，该结构能够实现机器人在多个自由度上的单向运动或组合运动。由于软体执行器230通常采用橡胶等柔软材料制成，因此软体执行器230的刚度很大程度上取决于软体执行器230的实际状态(如气动软体执行器230的内部气压高的时候具有更高的刚度)，该机器人柔性关节通过在两个固定座110之间设置阻尼器350，增强了结构的抗干扰能力和稳定性，且强度更高，使得机器人柔性关节能够起到更好的运动和控制效果。

[0037] 需要说明的是，位于两层固定座110中间的软体执行器230通常使用动作方式为伸缩的执行器，如流体驱动的囊类执行器、波纹管、层叠袋式执行器、折纸结构的执行器等等，图1和图2中为波纹管形式的执行器。此类执行器通常使用柔性材料及对应加工制造工艺制成，如塑料执行器使用注塑、吹塑等方式加工，硅胶执行器使用模具铸造的方式加工，TPU或者复合织物一类的薄片状执行器可使用热压、高周波焊接等方式加工。

[0038] 在一个实施例中，软体执行器230倾斜设置，且软体执行器230的两端分别到对应连接的两个固定座110的中心的距离相等。

[0039] 具体的，由于软体执行器230沿两固定座110边缘分布，通过将软体执行器230设置为倾斜状态，且软体执行器230的两端分别到对应连接的两个固定座110中心的距离相等，该柔性关节结构更规整，在对两层固定座110之间的距离进行调整时稳定性更高，且对于后续柔性关节调整角度的计算也更快捷。

[0040] 以气囊执行器为例，气囊的两端各有安装结构，分别安装在两层固定座110上对应的软体执行器230安装位置处，进行驱动时，进气位置可设置在执行器中间位置或设置在两端，并将气路设置在固定座110内或固定座110四周位置。安装时，需要将软体执行器230的轴向和柔性关节的轴向做空间交叉形式安装，即软体执行器230倾斜设置。

[0041] 在一个实施例中，相邻两个软体执行器230对称，且对称面为经过两固定座110中心的面。

[0042] 具体的，通过将相邻的软体执行器230设置对称，且对称面经过两固定座110的中心，可得知该对称面即是两固定座110的一个径切面，同时还由于多个软体执行器230两端连接在两个固定座110边缘，因此通过驱动不同位置的软体执行器230产生伸缩运动，使得柔性关节能够实现在六个自由度上的单向运动或组合运动，如空间x、y、z三个方向的平移和沿着三个方向的旋转。

[0043] 在一个实施例中，多个软体执行器230依次首尾相接并形成闭合连接。

[0044] 具体的，结构设置形成闭合在实际使用中更稳定。

[0045] 在一个实施例中，多个软体执行器230连接后形成的多个夹角的角度相等。

[0046] 具体的，如设定柔性关节轴线沿顺时针旋转小于90度能和软体执行器230轴线平行时，软体执行器230为正角度安装，反之沿逆时针旋转小于90度能和软体执行器230轴线平行时，软体执行器230为负角度安装。正角度安装的软体执行器230总是和负角度安装的软体执行器230成对出现，一对为一组，因此软体执行器230的数量为一组或多组，并分布于两个固定座110之间。

[0047] 在一个实施例中，阻尼器350的两端分别连接在两固定座110的中心，相邻的两个软体执行器230具有关于阻尼器350的轴线对称的另两个相邻的软体执行器230。

[0048] 需要说明的是，在固定座110上均可按需求设置螺纹孔、销孔之类的辅助安装、固定结构。此外，还可以使用两组甚至多组的柔性关节，并将两个柔性关节的上下两层固定座110连接，依次组装为一整套的柔性关节(或称为六自由度运动系统)，从而增加各个自由度上的形变量，如图2即为三组柔性关节相连接的整体结构，且每组柔性关节还可绕整体轴心呈第一角度，增加运动模式。

[0049] 如图3所示，在一个实施例中，固定座110呈环形结构设置，固定座110内圈固定有安装架130，阻尼器350的端部安装在安装架130上。

[0050] 固定座110的表面设置有多对第一定位螺杆120，多对第一定位螺杆120沿固定座110外周向分布，并分别与多对软体执行器230相对。

[0051] 具体的，第一定位螺杆120用于定位软体执行器230，且固定座110表面的第一定位螺杆120的数量至少为四对，用以确保至少有四对软体执行器230能够安装在固定座110。

[0052] 如图4所示，在一个实施例中，软体执行器230的端部活动安装有第一螺套210，第一螺套210安装在第一定位螺杆120上。软体执行器230的端部固定有球头220，球头220活动卡接在第一螺套210的顶端。

[0053] 具体的，使用球头220对第一螺套210和软体执行器230进行连接，在对软体执行器230进行安装时可以将第一螺套210直接螺接在第一定位螺杆120上，安装过程中软体执行器230保持位置不便，安装方便且稳定。

[0054] 如图5所示，在一个实施例中，机器人柔性关节还包括球形座310，球形座310活动卡接在安装架130上，且阻尼器350的一端与球形座310连接。

[0055] 具体的，柔性关节在进行偏转时，两个固定座110之间的软体执行器230运行执行驱动，由于两个固定座110之间的一处相对距离受阻尼器350限制，因此固定座110和安装在固定座110内的球形座310产生相对转动，从而实现柔性关节的转动。

[0056] 在一个实施例中，球形座310内部中空且具有一个开口，第二螺套320设置在球形座310内，且第二螺套320朝向球形座310内部的一端通过第二弹性件340与球形座310弹性连接，第二螺套320侧壁通过第一弹性件330与球形座310弹性连接，阻尼器350的一端螺纹安装在第二螺套320内。

[0057] 具体的，当阻尼器350的两端分别安装在两个第二螺套320内时，若柔性关节受到非轴向方向的外力，则连接第二螺套320和球形座310的多个第一弹性件330会发生不同程度的伸缩，从而对柔性关节受到的力进行缓冲，减小振动。若柔性关节受到轴向方向的外力时，则连接第二螺套320和球形座310的第二弹性件340会发生形变，从而对柔性关节受到的力进行缓冲，避免柔性关节内的零部件产生损伤。

[0058] 需要说明的是，由于阻尼器350具有较大的阻尼，因此能够带来缓冲、减振的效果，且阻尼器350的阻尼大小是可以调节的，因此能控制驱动时所需的驱动力的大小。通过在柔性关节中引入阻尼器350后，能使整个柔性关节抗干扰能力增强，提升了柔性关节的稳定性，从而更好地进行控制。其中，阻尼器350不用主动进行运动，将其安装在对应位置后，随着软体执行器230的驱动，阻尼器350即可被动地进行动作，从而实现其调节功能。由于关节可以分别实现空间x、y、z三个方向上的平移、绕着三个轴向的旋转以及多种模式的复合运动。因此在安装时，阻尼器350两端通常都会通过球铰、万向节或其他适合结构分别与上下层固定座110活动连接，从而使得阻尼器350能够随着柔性关节的运动而完成对应的形位变化。

[0059] 在一个实施例中，阻尼器350可安装在柔性关节的中轴线位置，也可采用多个，并呈圆周方式均布在固定座110上。

[0060] 以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

[0061] 以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。