運(yùn)動(dòng)解耦的繩驅(qū)動(dòng)連續(xù)體機(jī)械臂及機(jī)器人的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及機(jī)械臂技術(shù)，具體地，涉及一種運(yùn)動(dòng)解耦的繩驅(qū)動(dòng)連續(xù)體機(jī)械臂。
【背景技術(shù)】
[0002]連續(xù)體機(jī)器人在受限空間中的運(yùn)動(dòng)和操作能力遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的多關(guān)節(jié)剛性連桿機(jī)器人，在航空航天制造、大型裝備檢測(cè)與維護(hù)等領(lǐng)域的深腔和危險(xiǎn)環(huán)境作業(yè)中有重要的應(yīng)用價(jià)值。
[0003]傳統(tǒng)機(jī)械臂關(guān)節(jié)多采用電機(jī)等機(jī)構(gòu)直接在關(guān)節(jié)處進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，雖然機(jī)構(gòu)簡單但增加了機(jī)械臂負(fù)載并且結(jié)構(gòu)不緊湊，無法滿足狹小空間或惡劣環(huán)境的作業(yè)要求。一些新型的醫(yī)療器械領(lǐng)域的連續(xù)體機(jī)械臂，如中國專利公開號(hào)CN 101653353A專利中采用柔性結(jié)構(gòu)體以實(shí)現(xiàn)類圓弧變形運(yùn)動(dòng)，但負(fù)載能力較弱和末端運(yùn)動(dòng)精度不夠高。本發(fā)明采用剛性的虎克鉸結(jié)構(gòu)，通過增加關(guān)節(jié)數(shù)目實(shí)現(xiàn)靈活的運(yùn)動(dòng)及變形能力，負(fù)載及末端精度有顯著提高。本發(fā)明在每個(gè)關(guān)節(jié)處對(duì)不控制該關(guān)節(jié)的途經(jīng)繩外套導(dǎo)管后，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)動(dòng)解耦，降低了控制難度和能源消耗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種運(yùn)動(dòng)解耦的繩驅(qū)動(dòng)連續(xù)體機(jī)械臂。
[0005]根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面提供的運(yùn)動(dòng)解耦的繩驅(qū)動(dòng)連續(xù)體機(jī)械臂，包括機(jī)械臂套筒、牽引繩組和關(guān)節(jié)；
[0006]其中，所述機(jī)械臂套筒、牽引繩組和所述關(guān)節(jié)的數(shù)量為多個(gè)；多個(gè)機(jī)械臂套筒順次排列且相鄰的機(jī)械臂套筒之間通過關(guān)節(jié)鉸接構(gòu)成機(jī)械臂本體；所述機(jī)械臂本體的前端用于連接線繩驅(qū)動(dòng)底座；所述牽引繩組用于驅(qū)動(dòng)相對(duì)應(yīng)的關(guān)節(jié)；
[0007]所述牽引繩組和所述關(guān)節(jié)一一對(duì)應(yīng)；所述牽引繩組的一端連接相對(duì)應(yīng)的所述關(guān)節(jié)，另一端用于依次通過穿過設(shè)置在相對(duì)應(yīng)關(guān)節(jié)前側(cè)的多個(gè)關(guān)節(jié)的導(dǎo)繩盤上的通孔后連接線繩驅(qū)動(dòng)底座。
[0008]優(yōu)選地，所述關(guān)節(jié)包括導(dǎo)繩盤、鉸鏈支座以及環(huán)形十字軸，所述導(dǎo)繩盤包括第一導(dǎo)線盤和第二導(dǎo)線盤；鉸鏈支座包括第一鉸鏈支座和第二鉸鏈支座；所述第一鉸鏈支座的一端連接所述第一導(dǎo)線盤；所述第二鉸鏈支座的一端連接所述第二導(dǎo)線盤；
[0009]所述環(huán)形十字軸一方面與所述第一鉸鏈支座的另一端鉸接，另一方面與所述第二鉸鏈支座的另一端鉸接；
[0010]所述機(jī)械臂套筒的一端連接一關(guān)節(jié)的第一導(dǎo)線盤，另一端連接另一關(guān)節(jié)的第二導(dǎo)線盤。
[0011]優(yōu)選地，所述牽引繩組包括三根牽引驅(qū)動(dòng)繩；
[0012]所述牽引驅(qū)動(dòng)繩的一端連接對(duì)應(yīng)關(guān)節(jié)的第一導(dǎo)線盤，另一端用于通過所述第二導(dǎo)線盤依次穿過相對(duì)應(yīng)關(guān)節(jié)前側(cè)的多個(gè)關(guān)節(jié)導(dǎo)繩盤上的通孔后連接線繩驅(qū)動(dòng)底座；
[0013]所述第一導(dǎo)線盤和所述第二導(dǎo)線盤均設(shè)置有多個(gè)通孔；所述通孔的數(shù)量與所述驅(qū)動(dòng)繩的數(shù)量--對(duì)應(yīng)。
[0014]優(yōu)選地，所述牽引驅(qū)動(dòng)繩包括相連的途經(jīng)繩段和牽引繩段；
[0015]所述牽引繩段的一端連接對(duì)應(yīng)關(guān)節(jié)的第一導(dǎo)線盤，另一端穿過對(duì)應(yīng)關(guān)節(jié)的第二導(dǎo)線盤；
[0016]所述途經(jīng)繩段的一端連接所述牽引繩段的另一端，另一端用于依次穿過相對(duì)應(yīng)關(guān)節(jié)前側(cè)的多個(gè)關(guān)節(jié)導(dǎo)繩盤上的通孔后連接線繩驅(qū)動(dòng)底座。
[0017]優(yōu)選地，三根所述牽引驅(qū)動(dòng)繩之間構(gòu)成等邊三角形。
[0018]優(yōu)選地，還包括牽引驅(qū)動(dòng)繩導(dǎo)管；所述途經(jīng)繩段設(shè)置在所述牽引驅(qū)動(dòng)繩導(dǎo)管內(nèi)側(cè)；
[0019]所述途經(jīng)繩段采用螺旋曲線的方式連接在一關(guān)節(jié)對(duì)應(yīng)的兩個(gè)導(dǎo)繩盤之間。
[0020]優(yōu)選地，所述第一導(dǎo)線盤和所述第二導(dǎo)線盤沿周向方向均勻設(shè)置有36個(gè)通孔；
[0021]所述機(jī)械臂套筒、牽引繩組和所述關(guān)節(jié)的數(shù)量均為12個(gè)。
[0022]優(yōu)選地，所述鉸鏈支座包括第一支座、第二支座和鉸鏈支座筋板；
[0023]其中，所述第一支座通過所述鉸鏈支座筋板連接所述第二支座；所述第一支座和所述第二支座的一端部均設(shè)置有螺紋孔，另一端部均設(shè)置有鉸鏈支座定位孔；所述第一支座和所述第二支座的一端均設(shè)置有倒角。
[0024]優(yōu)選地，環(huán)狀十字軸為環(huán)狀八邊形結(jié)構(gòu)，在十字方向設(shè)置有4個(gè)連接通孔；
[0025]連接通孔處通過內(nèi)六角圓柱端緊定螺釘與螺紋孔配合。
[0026]根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)方面提供的機(jī)器人，包括項(xiàng)所述的運(yùn)動(dòng)解耦的繩驅(qū)動(dòng)連續(xù)體機(jī)械臂，還包括還線繩驅(qū)動(dòng)底座和直線導(dǎo)軌；
[0027]所述線繩驅(qū)動(dòng)底座設(shè)置在所述直線導(dǎo)軌上且能夠沿所述直線導(dǎo)軌滑動(dòng)；線繩驅(qū)動(dòng)底座設(shè)置有多個(gè)獨(dú)立的拉繩機(jī)構(gòu)，所述機(jī)械臂本體的前端連接所述線繩驅(qū)動(dòng)底座，所述拉繩機(jī)構(gòu)連接所述牽引繩組的另一端。
[0028]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果:
[0029]1、本發(fā)明中每個(gè)關(guān)節(jié)由獨(dú)立的多根牽引驅(qū)動(dòng)繩驅(qū)動(dòng)，而經(jīng)過該關(guān)節(jié)延伸至前端關(guān)節(jié)的途經(jīng)繩外套牽引驅(qū)動(dòng)繩導(dǎo)管后，前側(cè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)將不影響其繩長的變化，從而實(shí)現(xiàn)了運(yùn)動(dòng)解耦；
[0030]2、本發(fā)明中鉸鏈支座和環(huán)形十字軸組成改進(jìn)型虎克鉸，在保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的前提下，質(zhì)量輕，為電纜線或液壓管道提供通過空間的中空設(shè)計(jì)；
[0031]3、本發(fā)明自由度多，體型細(xì)長，適用于狹小空間的勘測(cè)與作業(yè)，具有較大的應(yīng)用潛力。
【附圖說明】
[0032]通過閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯:
[0033]圖1為本發(fā)明中機(jī)器人的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖2為本發(fā)明中運(yùn)動(dòng)解耦的繩驅(qū)動(dòng)連續(xù)體機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035]圖3為本發(fā)明中關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036]圖4為本發(fā)明中途徑繩外套牽引驅(qū)動(dòng)繩導(dǎo)管的彎曲示意圖；
[0037]圖5為本發(fā)明中鉸鏈支座的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0038]圖6是本發(fā)明中環(huán)形十字軸的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0039]圖7是本發(fā)明中導(dǎo)繩盤的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0040]圖8是本發(fā)明中機(jī)械臂套筒的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0041]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0042]在本實(shí)施例中，本發(fā)明提供的運(yùn)動(dòng)解耦的繩驅(qū)動(dòng)連續(xù)體機(jī)械臂，包括機(jī)械臂套筒3、牽引繩組和關(guān)節(jié)4 ;其中，所述機(jī)械臂套筒3、牽引繩組和所述關(guān)節(jié)4的數(shù)量為多個(gè)；多個(gè)機(jī)械臂套筒3順次排列且相鄰的機(jī)械臂套筒3之間通過關(guān)節(jié)4鉸接構(gòu)成機(jī)械臂本體；所述機(jī)械臂本體的前端用于連接線繩驅(qū)動(dòng)底座；所述牽引繩組和所述關(guān)節(jié)4 一一對(duì)應(yīng)；所述牽引繩組的一端連接相對(duì)應(yīng)的所述關(guān)節(jié)，另一端用于依次通過穿過設(shè)置在相對(duì)應(yīng)關(guān)節(jié)前側(cè)的多個(gè)關(guān)節(jié)導(dǎo)繩盤上的通孔后連接線繩驅(qū)動(dòng)底座。所述牽引繩組用于驅(qū)動(dòng)相對(duì)應(yīng)的關(guān)節(jié)4。
[0043]在本實(shí)施例中，更為具體地，如圖2所示，將牽引驅(qū)動(dòng)繩中靠近操作手部分稱為末端，靠近驅(qū)動(dòng)底座部分稱為前端。將最末端的關(guān)節(jié)作為第一關(guān)節(jié)100，依次是第二關(guān)節(jié)200，第三關(guān)節(jié)300至第十二關(guān)節(jié)1200，第十二關(guān)節(jié)1200為連接驅(qū)動(dòng)底座的關(guān)節(jié)。所述第一關(guān)節(jié)100設(shè)置有三根周向互成120度的牽引驅(qū)動(dòng)繩，牽引驅(qū)動(dòng)繩的另一端連接至線繩驅(qū)動(dòng)底座I的夾線處。將第一關(guān)節(jié)100處的三根繩稱為第一牽引繩組，顯然當(dāng)整個(gè)機(jī)械臂伸直的情況下第一繩組以三根直線的形式貫穿整個(gè)機(jī)械臂本體。第二關(guān)節(jié)200處有途經(jīng)第二關(guān)節(jié)200的途經(jīng)第一牽引繩組和控制該第二關(guān)節(jié)的第二牽引繩組2。第二牽引繩組2以第一牽引繩組I的逆時(shí)針方向一個(gè)間隔孔的方式排布。第二關(guān)節(jié)1200處共有12組牽引繩通過。總結(jié)規(guī)律為，第N牽引繩組在第η關(guān)節(jié)處為驅(qū)動(dòng)繩段，而在第(η+1)至12關(guān)節(jié)處都為途經(jīng)繩段。途經(jīng)繩段外套牽引繩導(dǎo)管，驅(qū)動(dòng)繩段為裸露的牽引繩。
[0044]所述關(guān)節(jié)4包括導(dǎo)繩盤10、鉸鏈支座8以及環(huán)形十字軸9，所述導(dǎo)繩盤10包括第一導(dǎo)線盤和第二導(dǎo)線盤；鉸鏈支座8包括第一鉸鏈支座和第二鉸鏈支座；所述第一鉸鏈支座的一端連接所述第一導(dǎo)線盤；所述第二鉸鏈支座的一端連接所述第二導(dǎo)線盤；所述環(huán)形十字軸9 一方面與所述第一鉸鏈支座的另一端鉸接，另一方面與所述第二鉸鏈支座的另一端鉸接；所述機(jī)械臂套筒3的一端連接一關(guān)節(jié)4的第一導(dǎo)線盤，另一端連接另一關(guān)節(jié)4的第二導(dǎo)線盤。
[0045]所述牽引繩組包括三根牽引驅(qū)動(dòng)繩；所述牽引驅(qū)動(dòng)繩的一端連接對(duì)應(yīng)關(guān)節(jié)的第一導(dǎo)線盤，另一端用于通過所述第二導(dǎo)線盤依次穿過相對(duì)應(yīng)關(guān)節(jié)前側(cè)的多個(gè)關(guān)節(jié)導(dǎo)繩盤上的通孔后連接線繩驅(qū)動(dòng)底座；所述第一導(dǎo)線盤和所述第二導(dǎo)線盤均設(shè)置有多個(gè)通孔；所述通孔的數(shù)量與所述驅(qū)動(dòng)繩的數(shù)量一一對(duì)應(yīng)。
[0046]所述牽引驅(qū)動(dòng)繩包括相連的途經(jīng)繩段和牽引繩段；所述牽引繩段的一端連接對(duì)應(yīng)關(guān)節(jié)的第一導(dǎo)線盤，另一端穿過對(duì)應(yīng)關(guān)節(jié)的第二導(dǎo)線盤；所述途經(jīng)繩段的一端連接所述牽引繩段的另一端，另一端用于依次穿過相對(duì)應(yīng)關(guān)節(jié)前側(cè)的多個(gè)關(guān)節(jié)導(dǎo)繩盤上的通孔后連接線繩驅(qū)動(dòng)底座。三根所述牽引驅(qū)動(dòng)繩之間構(gòu)成等邊三角形。
[0047]本發(fā)明提供的運(yùn)動(dòng)解耦的繩驅(qū)動(dòng)連續(xù)體機(jī)械臂，還包括牽引驅(qū)動(dòng)繩導(dǎo)管；所述途經(jīng)繩段設(shè)置在所述牽引驅(qū)動(dòng)繩導(dǎo)管內(nèi)側(cè)；所述途經(jīng)繩段采用螺旋曲線的方式連接一關(guān)節(jié)對(duì)應(yīng)的兩個(gè)導(dǎo)繩盤之間。在對(duì)機(jī)械臂有較高動(dòng)力學(xué)性能要求時(shí)，可將所有牽引驅(qū)動(dòng)繩導(dǎo)管移除，所有牽引驅(qū)動(dòng)繩都為裸露的狀態(tài)。這樣變成了各關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)耦合的連續(xù)體機(jī)械臂，協(xié)同控制所有牽引繩組，機(jī)械臂將獲得較好的動(dòng)力學(xué)性能。
[0048]在本實(shí)施例中，更為具體地，所述第一導(dǎo)線盤和所述第二導(dǎo)線盤沿周向方向均勻設(shè)置有36個(gè)