[發明專利]一種柔性仿魚鰭雙協作機器人

有效

• 申請號: 201610103203.2
• 申請日: 2016-02-25
• 公開（公告）號: CN105563470B
• 公開（公告）日: 2017-10-24
• 發明（設計）人: 石林;王凌曉;田應仲;陸俊逸;張可軍
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: B25J9/00
• 分類號: B25J9/00;B25J9/10;B25J18/00
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙)31205
• 代理人: 陸聰明

技術領域

本發明屬于機器人技術領域，特別涉及一種柔性仿魚鰭雙協作機器人。

背景技術

當今工業用機器人如焊接、搬運機器人等主要是仿人手臂設計，由旋轉底座、三個單自由度關節和腕部關節組合在一起，再配合專用的末端執行器來完成程序預定的作業。而現如今機器人機械臂的發展從最傳統的多關節串聯工業機械臂、并聯高速Delta機械臂到Vanderbilt大學的多脊柱蛇形機器人、Clemson大學的OctArm機械臂，機械手臂的正朝著柔性化、仿生學發展。

生物體的精巧結構、運動原理和行為方式等，已經成了機器人學有意模仿的對象。尤其像海洋中的動物已經具備了高速航行的能力，同時它們的運動效率高、靈活控制性強等優點，越來越受到國內外仿生學的關注和應用。而國內外學者對魚鰭在水中的推進方式應用較為廣泛，例如麻省理工大學研究的形似鱒魚的機器魚、北京航空航天大學研制出一條“robofish”機器魚。但在對魚鰭內部運動原理的應用至今并不成熟。隨著機器人的發展，低剛度、柔性化和協作運動是這些領域結構設計制造的一個重要發展趨勢。輕型機構可以提高運載工具的效率，減少消耗的能源，提高運行精度；而協作運動，能夠更加靈活多變的適應各種復雜多變的任務要求。

發明內容

本發明的目的在于提供一種柔性仿魚鰭雙協作機器人，其重量輕、慣性小、效率高、靈活控制性強以及能夠相互協作獨立完成任務，能夠通過伺服運動控制器控制完成在規定空間范內按照規定軌跡進行協作運動。

為達到上述目的，本發明的構思如下：

該柔性機器人能夠通過控制多臺電機的協作運動，進而控制機器人手臂末端在空間中規定范圍內任意位置的移動。為達到在移動過程中運動效率高、靈活控制性強、質量輕的特點，本發明的機器人將采用高彈性、輕質量的細長桿形零件的彈性彎曲變形來實現機器人手臂的運動。并通過控制三個細長桿件不同彎曲變形來實現對機器手臂末端平面的控制。而借鑒魚鰭運動的內部原理，即可以實現柔性機器人臂的運動。

本柔性仿魚鰭雙協作機器人包括：機臺框架、動力模塊、機械臂模塊和機械手腕模塊。動力模塊為伺服電機及滾珠絲杠組成的移動平臺，由螺釘固定于機臺框架的六邊形固定架上，移動平臺上通過螺釘固定另一組伺服電機，并在伺服電機上安裝拉線滾輪，使拉線裝置能夠隨移動平臺一起移動。機械臂模塊中三根中空彈性桿通過緊定螺釘一端固定于移動平臺上，另一端固定在機械臂末端的運動平臺上，通過三組移動平臺的不同移動，使三根中空彈性桿伸出長度不同而發生有規律性的彈性變形。機械手腕模塊由球關節固定于機械臂末端的運動平臺上，并通過三根鋼絲繩牽引保持平衡。為了使機械臂模塊能夠更加靈活協作，機臺框架中兩個六邊形固定架分別水平、豎直固定。

根據上述發明構思，本發明采取下述技術方案：

一種柔性仿魚鰭雙協作機器人，包括機臺框架、機器人手臂模塊a和機器人手臂模塊b，機器人手臂模塊a和機器人手臂模塊b分別水平、豎直安裝在機臺框架上，實現雙臂的最大效率協作。

所述機器人手臂模塊b包括動力模塊、機械臂模塊和機械手腕模塊，所述動力模塊通過螺釘分別固定于機臺框架上，機械臂模塊一端通過緊定螺釘固定在動力模塊上，另一端與機械手腕模塊通過螺紋連接；所述機器人手臂模塊a與機器人手臂模塊b結構相同。其運動過程為：將適應于該工作要求的機械手爪安裝于機械手腕模塊上，通過運動控制卡控制機器人手臂模塊a和機器人手臂模塊b的動力模塊，控制機械臂模塊和機械手腕模塊的姿態和方向，從而控制機械手爪的相互配合，達到雙機械臂協作運動的效果。

所述機臺框架包括長方形支架、六邊形固定架和導向軸承架，兩個六邊形固定架按照機械臂活動范圍和適應空間分別豎直、水平的固定于長方形支架上，兩個導向軸承架根據定位銷定位，通過螺釘固定于兩個六邊形固定架上。