[發(fā)明專利]一種模塊化高冗余多自由度柔性機(jī)械臂系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610226875.2
• 申請(qǐng)日: 2016-04-13
• 公開（公告）號(hào): CN105751210B
• 公開（公告）日: 2018-06-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐凱;朱向陽;陽志雄;劉歡;朱志軍;陳煜陽;梁博;趙彬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號(hào): B25J9/08
• 分類號(hào): B25J9/08;B25J18/06
• 代理公司: 上海科盛知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 蔣亮珠

1.一種模塊化高冗余多自由度柔性機(jī)械臂系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括N節(jié)機(jī)械臂模塊，N為大于1的自然數(shù)；各單節(jié)機(jī)械臂模塊有3個(gè)自由度，分別是2個(gè)彎曲自由度以及1個(gè)進(jìn)給自由度，相鄰機(jī)械臂模塊之間嵌套組合在一起，并可進(jìn)行相對(duì)運(yùn)動(dòng)；

各單節(jié)機(jī)械臂模塊均包括驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和功能執(zhí)行機(jī)構(gòu)，所述的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和功能執(zhí)行機(jī)構(gòu)通過4個(gè)相隔90°布置的方鍵連接；

所述的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括固定板(506)、4個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元(501)、4個(gè)直線軸承(505)、傳動(dòng)螺母(504)、電機(jī)b(502)、絲杠b(503)、驅(qū)動(dòng)桿(601)和圓弧片(603)；所述的直線軸承(505)與機(jī)架中的導(dǎo)向光軸(207)配合，使得與其對(duì)應(yīng)的機(jī)械臂模塊能夠沿導(dǎo)向光軸(207)上滑動(dòng)，所述的電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元(501)是推拉驅(qū)動(dòng)桿(601)的裝置，4個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元(501)相隔90°分布在一個(gè)圓上，相隔180°的兩個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元(501)協(xié)同驅(qū)動(dòng)，一個(gè)推驅(qū)動(dòng)桿(601)，一個(gè)拉驅(qū)動(dòng)桿(601)，運(yùn)動(dòng)量相等，所述的圓弧片(603)為四分之一圓弧，4片圓弧片連接成一個(gè)完整的圓片，所述的電機(jī)b(502)帶動(dòng)絲杠b(503)轉(zhuǎn)動(dòng)，絲杠b(503)與下一節(jié)機(jī)械臂模塊上的傳動(dòng)螺母配合，實(shí)現(xiàn)下一節(jié)機(jī)械臂模塊的整體直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模塊化高冗余多自由度柔性機(jī)械臂系統(tǒng)，其特征在于，所述的系統(tǒng)還包括機(jī)架，第一節(jié)機(jī)械臂模塊安裝在機(jī)架上并可相對(duì)機(jī)架向外伸展，其余各節(jié)機(jī)械臂模塊可逐級(jí)往外伸展，并可在伸展的過程中實(shí)現(xiàn)彎曲運(yùn)動(dòng)，所述的機(jī)架與第一節(jié)機(jī)械臂模塊之間，以及相鄰機(jī)械臂模塊之間設(shè)有進(jìn)給機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種模塊化高冗余多自由度柔性機(jī)械臂系統(tǒng)，其特征在于，所述的機(jī)架包括框架(201)以及固定支架(202)，框架(201)的前端板(203)和后端板(204)上固定4根導(dǎo)向光軸(207)，為機(jī)械臂模塊進(jìn)給運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向；前端板(203)上固定第一節(jié)機(jī)械臂模塊的進(jìn)給機(jī)構(gòu)(206)，實(shí)現(xiàn)第一節(jié)機(jī)械臂模塊的整體直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，第一節(jié)機(jī)械臂模塊的功能執(zhí)行機(jī)構(gòu)由前端板(203)上的孔(205)伸出。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種模塊化高冗余多自由度柔性機(jī)械臂系統(tǒng)，其特征在于，所述的進(jìn)給機(jī)構(gòu)包括電機(jī)a(301)、聯(lián)軸器a(302)、錐齒輪(303)、聯(lián)軸器b(304)和絲杠a(305)，所述的電機(jī)a(301)通過聯(lián)軸器a(302)驅(qū)動(dòng)一對(duì)錐齒輪(303)，錐齒輪(303)的轉(zhuǎn)動(dòng)通過聯(lián)軸器b(304)轉(zhuǎn)換成絲杠a(305)的轉(zhuǎn)動(dòng)，絲杠a(305)與第一節(jié)機(jī)械臂模塊相配合，實(shí)現(xiàn)第一節(jié)機(jī)械臂模塊整體直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模塊化高冗余多自由度柔性機(jī)械臂系統(tǒng)，其特征在于，所述的電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元(501)包括電機(jī)c(701)、聯(lián)軸器c(702)、直齒輪(703)、固定角碼(704)、絲杠c(801)、光軸(802)、傳動(dòng)螺母(803)和壓塊a(804)，電機(jī)c(701)通過聯(lián)軸器c(702)與直齒輪(703)將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞到絲杠c(801)，使得傳動(dòng)螺母(803)沿光軸(802)進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)，壓塊a(804)將驅(qū)動(dòng)桿(601)壓緊在傳動(dòng)螺母(803)上，傳動(dòng)螺母(803)進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，將推動(dòng)或者拉動(dòng)驅(qū)動(dòng)桿(601)，驅(qū)動(dòng)桿(601)另一端穿過圓弧片(603)通過壓塊b(1108)壓緊在功能執(zhí)行機(jī)構(gòu)固定環(huán)(1107)上，四個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元(501)通過控制驅(qū)動(dòng)桿(601)的運(yùn)動(dòng)來控制功能執(zhí)行機(jī)構(gòu)固定環(huán)(1107)的運(yùn)動(dòng)，整個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元通過固定角碼(704)與固定板(506)連接。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模塊化高冗余多自由度柔性機(jī)械臂系統(tǒng)，其特征在于，所述的功能執(zhí)行機(jī)構(gòu)(402)包括功能執(zhí)行機(jī)構(gòu)遠(yuǎn)端結(jié)構(gòu)(901)與功能執(zhí)行機(jī)構(gòu)近端結(jié)構(gòu)(902)。