本發(fā)明屬于機器人領域，特別涉及一種機械臂。

背景技術：

機械臂是機器人的一種，傳統(tǒng)的機械臂均為剛性連桿組成，通常有串聯(lián)、并聯(lián)或串并混聯(lián)三種結構。這類機械臂的特點是具有離散關節(jié)和剛性連接，還有一類基于章魚臂、象鼻等生物器官仿生的連續(xù)體機械臂。由于連續(xù)體機械臂可在任意部位產生柔性變形，所以具有很強的避障能力，能夠更好的適應非結構環(huán)境，更好的抓取不規(guī)則物體。這類機械臂既可以像傳統(tǒng)機械臂那樣在末端裝上夾持裝置抓取物體，也可以利用機械臂本身卷起物體。從這類機械臂的結構上看，其功能強大，具有良好的柔順性和適應性；從這類機器人的應用角度看，這些機械臂的操作對象往往是一些復雜環(huán)境內的不規(guī)則形狀目標。

1995年，Immega等設計制作的KSI觸手型機械手，該機械手主要有氣囊、伺服電機、6根繩索組成，采用柔繩和氣體混合驅動；2001年，Hannan和Walker等人研發(fā)了超冗余度象鼻型機器人，該機器人由16個2自由度U型關節(jié)組成,總長82.32cm,可被分為長度不等的4個部分,其中每個部分包括4個關節(jié)。每個關節(jié)由繩索與彈簧混合實現(xiàn)混合控制；2003年,Peirs等人研制了一種用于內窺鏡機器人外科手術的柔性彎曲關節(jié)段。該連續(xù)機器人由微機電超彈性NiTi合金管構成,采用4根肌腱驅動,具有2個自由度,可在任意反方向彎曲90度；2007年,Harada等人研制了一種可彎曲的激光操作手,該操作手最大直徑2.4mm,可向任意方向彎曲,最大彎曲角度為90度；2011年,德國費斯托公司研制根據(jù)大象鼻子的特點設計出來的新型仿生機器處理系統(tǒng)“仿生操作助手”,它可以平穩(wěn)地搬運重負載,原理在于它的每一節(jié)椎骨可以通過氣囊的壓縮和充氣進行擴展和收縮；2014年，中國專利CN203804991U,公開了一種彈簧線控柔性象鼻機械臂，該實用新型包括安裝在機座上的多段串聯(lián)的關節(jié)，其中串聯(lián)的關節(jié)中第一關節(jié)的一端固定在機座上，第一關節(jié)的另一端和第二關節(jié)的一端固定連接在一起，其后依次類推，機座上固定有彈性支柱和關節(jié)單元，關節(jié)單元上有驅動彈簧，所述串聯(lián)關節(jié)固定在彈性支柱上，并且驅動彈簧穿過串聯(lián)關節(jié)。

以上所提到的這些類柔性機械臂按照驅動方式劃分，可以分為三類：內驅動型、外驅動型和混合型。內驅動型一般采用波紋管內充流體驅動的方式，外驅動型采用輕質連續(xù)體加遠程驅動的方式,混合型驅動是綜合采納了內、外兩種驅動的混合方案。外驅動或混合驅動型方案中的輕質連續(xù)體的可能用彈性桿作為脊椎或用圓柱彈簧實現(xiàn)無脊椎。目前，就承載能力來看，驅動方式采用繩索的外驅動方式承載能力較高，但這類機械臂的機械臂身較重，影響了這類機械臂的靈活性、機動性和承載能力的進一步提高。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種質量輕，機動性好，承載能力大的基于繩索驅動的輪輻式柔性機械臂。

本發(fā)明包括機座、臂身機構、末端執(zhí)行器和驅動繩索，其中機座包括機座外殼、3部電機、電源和控制部件，電機、電源和控制部件固定在機座外殼內；臂身機構由若干組關節(jié)單元通過十字鉸鏈串聯(lián)而成，臂身機構的一端通過連接盤固定在機座上，其另一端與末端執(zhí)行器連接，用來抓取目標物體；驅動繩索為周向均布的三根，每根繩索的一端固定在臂身機構末端，其另一端依次穿過每一個關節(jié)單元的過線孔分別連接在機座中的3部電機的滾輪上；所述連接盤為帶光孔的法蘭盤，其與機座連接的一面為平面，其另一面設有一個帶孔的U型耳座，用以連接與其相鄰的關節(jié)單元。

所述的關節(jié)單元包括外框連接架、內框連接架、滑套、拉條以及相應的緊固螺母，內框連接架中部為一個圓管，圓管兩端分別設有一個向對面方向傾斜20°的法蘭盤，兩個法蘭盤相反的一面上均設有對稱的一對帶孔的U型耳座，并且相鄰的兩個關節(jié)單元上的U型耳座在位置尺寸上沿內框連接架中軸線彼此錯開30度，內框連接架的兩個法蘭盤均設有周向均布的三組連接孔，這三組連接孔兩兩一組；外框連接架上設有三組周向均置的連接孔，每組四個孔，并互成角度；拉條的一端通過直角彎頭和圓球形冒頭勾連在內框連接架的連接孔內，其另一端通過拉條上的螺紋和緊固螺母固定在外框連接架的連接孔內，所述的外框連接架內側設有三個周向均勻布置的過線孔，過線孔內安裝有滑套，并且相鄰兩關節(jié)單元之間均布三個彈簧，彈簧的兩端分別抵在相鄰的兩個關節(jié)單元外框連接架帶有過線孔的耳座上并套在滑套的外沿上，每個彈簧的中軸心與過線孔的中軸心重合。

與末端執(zhí)行器連接的關節(jié)單元的內框連接架的一面為設有帶螺紋孔的法蘭盤。

所述的連接盤、外框連接架、內框連接架均為鋁合金材質，拉條和緊固螺母為不銹鋼材質，滑套為黃銅材質，驅動繩索為高強度鋼絲繩。

本發(fā)明運動的基本原理是：某一個電機轉動帶動驅動繩索收緊，另外兩個電機適當?shù)姆潘沈寗永K索，或是某兩個電機帶動驅動繩索收緊，另外一個電機放松驅動繩索，也可以三個電機同時收緊驅動繩索，可以實現(xiàn)柔性機械臂空間多個方向彎曲。同時控制三根驅動繩索的收放長度，可以控制臂身機構的軟硬程度，可以使臂身機構保持當前姿態(tài)或是自由下垂。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有如下優(yōu)點：

臂身質量輕，負載大，機動性好，既保證了柔性機械臂的靈活性，又擴展的柔性機械臂的使用范圍。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的立體示意簡圖。

圖2為本發(fā)明連接盤的示意簡圖。

圖3為本發(fā)明的關節(jié)單元的示意簡圖。

圖4為本發(fā)明的內框連接架結構示意簡圖。

圖5為本發(fā)明相鄰的兩個關節(jié)單元的連接示意簡圖。

圖6為本發(fā)明與末端執(zhí)行器連接的關節(jié)單元示意簡圖。

圖中：1-驅動繩索、2-機座外殼、3-電源、4-控制部件、5-電機、6-連接盤、7-臂身機構、8-末端執(zhí)行器、9-外框連接架、10-內框連接架、11-拉條、12-緊固螺母、13-滑套、14-十字軸、15-彈簧、16-與末端執(zhí)行器連接的內框連接架。

具體實施方式

在圖1所示的基于繩索驅動的輪輻式柔性機械臂示意圖中，電機5、電源3和控制部件4固定在機座外殼2內；臂身機構7由若干組關節(jié)單元通過十字鉸鏈串聯(lián)而成，臂身機構的一端通過連接盤6固定在機座上，其另一端與末端執(zhí)行器8連接，驅動繩索1為周向均布的三根，每根繩索的一端固定在臂身機構末端，其另一端依次穿過每一個關節(jié)單元的過線孔分別連接在機座中的3部電機的滾輪上；如圖2所示，所述連接盤為帶光孔的法蘭盤，其與機座連接的一面為平面，其另一面設有一個帶孔的U型耳座，用以連接與其相鄰的關節(jié)單元。

如圖3、圖4所示，關節(jié)單元包括外框連接架、內框連接架、滑套、拉條以及相應的緊固螺母，內框連接架10中部為一個圓管，圓管兩端分別設有一個向對面方向傾斜20°的法蘭盤，兩個法蘭盤相反的一面上均設有對稱的一個帶孔的U型耳座，并且相鄰的兩個關節(jié)單元上的U型耳座在位置尺寸上沿內框連接架中軸線彼此錯開30度，內框連接架的兩個法蘭盤均設有周向均布的三組連接孔，這三組連接孔兩兩一組，外框連接架9上設有三組周向均置的連接孔，每組四個孔，并互成角度，拉條11的一端通過直角彎頭和圓球形冒頭勾連在內框連接架的連接孔內，其另一端通過拉條上的螺紋和緊固螺母12固定在外框連接架的連接孔內，所述的外框連接架內側設有三個周向均勻布置的過線孔，過線孔內安裝有滑套13。

如圖5所示，通過十字軸14將每兩個相鄰的關節(jié)單元的內框連接架上的兩個相鄰U型耳座連接，構成十字副，使每兩個關節(jié)單元之間具有兩自由度運動。兩關節(jié)單元之間均布三個彈簧15起支撐作用，彈簧的兩端分別抵在相鄰的兩個關節(jié)單元外框連接架帶有過線孔的耳座上并套在滑套的外沿上，每個彈簧的中軸心與過線孔的中軸心重合。

如圖6所示，與末端執(zhí)行器連接的關節(jié)單元的內框連接架16的一面為設有帶螺紋孔的法蘭盤。

所述的連接盤、外框連接架、內框連接架均為鋁合金材質，拉條和緊固螺母為不銹鋼材質，滑套為黃銅材質，驅動繩索為高強度鋼絲繩。