[發明專利]一種模塊化高冗余多自由度柔性機械臂系統

有效

• 申請號: 201610226875.2
• 申請日: 2016-04-13
• 公開（公告）號: CN105751210B
• 公開（公告）日: 2018-06-26
• 發明（設計）人: 徐凱;朱向陽;陽志雄;劉歡;朱志軍;陳煜陽;梁博;趙彬
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: B25J9/08
• 分類號: B25J9/08;B25J18/06
• 代理公司: 上?？剖⒅R產權代理有限公司 31225
• 代理人: 蔣亮珠

本發明涉及一種模塊化高冗余多自由度柔性機械臂系統，該系統包括N節機械臂模塊，N為大于1的自然數；各單節機械臂模塊有3個自由度，分別是2個彎曲自由度以及1個進給自由度，相鄰機械臂模塊之間嵌套組合在一起，并可進行相對運動。所述的系統還包括機架，第一節機械臂模塊安裝在機架上并可相對機架向外伸展，其余各節機械臂模塊可逐級往外伸展，并可在伸展的過程中實現彎曲運動，所述的機架與第一節機械臂模塊之間，以及相鄰機械臂模塊之間設有進給機構，實現進給運動。與現有技術相比，本發明具有運動能力強、可在復雜的狹小空間工作，負載較高，精度高等優點。

技術領域

本發明屬于工業機器人領域，具體涉及一種模塊化高冗余多自由度柔性機械臂系統

背景技術

現代的工業領域中經常需要在人無法進入的復雜狹小空間里完成一些異物探查、維修裝配、缺陷探傷等操作任務。在該領域內，英國的OC Robotics公司所開發的剛性結構體的冗余機械臂已經在商業飛機的裝配中得到應用；德國Festo氣動元件公司推出的全柔性氣動冗余操作臂也將投入工業應用；而一些工業內窺鏡早就在工業中得到廣泛應用。但是由于自身的一些限制，上述幾種機械臂都有一定的局限性，諸如OC Robotics公司的機械臂為基于剛性結構體的冗余機械臂，由于其結構的特點以及驅動方式上的缺陷，使得機械臂構節間的運動能力有限，很難在復雜的狹小空間里工作；全柔性氣動冗余操作臂則因其全柔性的材料特點，負載較低，且氣體驅動的控制精度也比較低；而工業內窺鏡多為被動產品，即使有主動驅動的部件，也只有1至2個可控關節，缺乏完整探索結構復雜的深腔的能力，更不可能實現力負載的工作。因此，針對在狹小空間進行一定力負載操作的柔性機械臂的研究具有極高的意義。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種運動能力強、可在復雜的狹小空間工作，負載較高，精度高的模塊化高冗余多自由度柔性機械臂系統。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：一種模塊化高冗余多自由度柔性機械臂系統，其特征在于，該系統包括N節機械臂模塊，N為大于1的自然數；各單節機械臂模塊有3個自由度，分別是2個彎曲自由度以及1個進給自由度，相鄰機械臂模塊之間嵌套組合在一起，并可進行相對運動。

所述的機械臂模塊包括驅動機構和功能執行機構，所述的驅動機構和功能執行機構通過4個相隔90°布置的方鍵連接。方鍵從驅動機構固定板上面的T型槽插入，插至功能執行機構固定板的T型槽。驅動機構固定板上的4個T型槽與功能執行機構固定板上的4個T型槽均為周向相隔90°布置。

所述的驅動機構包括固定板、4個電機驅動單元、4個直線軸承、傳動螺母、電機b、絲杠b、驅動桿和圓弧片；所述的直線軸承與機架中的導向光軸配合，使得機械臂模塊能夠沿導向光軸滑動，所述的電機驅動單元是推拉驅動桿的裝置，4個電機驅動單元相隔90°分布在一個圓上，相隔180°的兩個電機驅動單元協同驅動，一個推驅動桿，一個拉驅動桿，運動量相等，所述的圓弧片為四分之一圓弧，4片圓弧片連接成一個完整的圓片，每兩個圓片距離5-20mm，防止驅動桿運動過程中受壓失穩，所述的電機b帶動絲杠b轉動，絲杠b與下一節機械臂模塊上的傳動螺母配合，實現下一節機械臂模塊的整體直線進給運動。

所述的系統還包括機架，第一節機械臂模塊安裝在機架上并可相對機架向外伸展，其余各節機械臂模塊可逐級往外伸展，并可在伸展的過程中實現彎曲運動，所述的機架與第一節機械臂模塊之間，以及相鄰機械臂模塊之間設有進給機構，實現進給運動。

所述的機架包括框架以及固定支架，框架的前端板和后端板上固定4根導向光軸，為機械臂模塊進給運動導向；前端板上固定第一節機械臂模塊的進給機構，實現第一節機械臂模塊的整體直線進給運動，第一節機械臂模塊的功能執行機構由前端板上的孔伸出。

所述的進給機構包括電機a、聯軸器a、錐齒輪、聯軸器b和絲杠a，所述的電機a通過聯軸器a驅動一對錐齒輪，錐齒輪的轉動通過聯軸器b轉換成絲杠a的轉動，絲杠a與第一節機械臂模塊相配合，實現第一節機械臂模塊整體直線進給運動。