[發(fā)明專利]模塊化線繩驅(qū)動(dòng)連續(xù)體機(jī)械臂

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610270200.8
• 申請(qǐng)日: 2016-04-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105729498B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-02-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 谷國(guó)迎;湯磊;朱向陽(yáng);朱利民
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號(hào): B25J18/06
• 分類號(hào): B25J18/06
• 代理公司: 上海漢聲知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國(guó)中

本發(fā)明提供了一種模塊化線繩驅(qū)動(dòng)連續(xù)體機(jī)械臂，包括多個(gè)模塊化單體；其中，任一相鄰兩個(gè)模塊化單體的相對(duì)面分別設(shè)置第一鉸接件、第二鉸接件；一模塊化單體的所述第一鉸接與另一模塊化單體的所述第二鉸接件形成鉸接結(jié)構(gòu)；多個(gè)模塊化單體依次通過(guò)所述鉸接結(jié)構(gòu)鉸接形成機(jī)械臂節(jié)；所述模塊化單體上設(shè)置有功能孔和周向依次排列的過(guò)線孔。本發(fā)明中兩相鄰模塊化單體間采用不同的連接和鎖緊方式，可以得到靈活性和負(fù)載能力不同的連續(xù)體機(jī)械臂。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及機(jī)械臂，具體地，涉及一種模塊化線繩驅(qū)動(dòng)連續(xù)體機(jī)械臂。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)機(jī)械臂關(guān)節(jié)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(jiǎn)單但增加了機(jī)械臂負(fù)載并且結(jié)構(gòu)不緊湊，效率低。一般很難滿足狹小深腔或惡劣環(huán)境的作業(yè)要求。連續(xù)體機(jī)器人是指存在多個(gè)連續(xù)分布的彎曲、伸縮或扭轉(zhuǎn)自由度的柔性機(jī)器人。由于其固有的超冗余度特性，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，在核工廠大型裝備檢測(cè)與維護(hù)、搶險(xiǎn)救災(zāi)及航空航天制造等領(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。

通過(guò)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，中國(guó)專利公開(kāi)號(hào)CN101653353A和公布號(hào)CN103948435A分別介紹了用于一種內(nèi)窺鏡機(jī)器人和一種單孔腹腔鏡微創(chuàng)手術(shù)系統(tǒng)。這兩種手術(shù)機(jī)器人中的機(jī)械臂都屬于線繩驅(qū)動(dòng)的連續(xù)體機(jī)械臂。由于用于人體手術(shù)的機(jī)械臂外徑比較小，因此比較柔軟靈活，但能承受負(fù)載較小不適合用于負(fù)載較大的工業(yè)場(chǎng)合。公開(kāi)號(hào)CN105014689A專利中詳細(xì)介紹的連續(xù)體機(jī)械臂采用剛性的虎克鉸結(jié)構(gòu)，通過(guò)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，但由于采用剛性結(jié)構(gòu)，不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)變形因此不夠靈活。事實(shí)上靈活性與高剛度高負(fù)載能力是一對(duì)矛盾的性能指標(biāo)，為了保證靈活性可能會(huì)犧牲部分負(fù)載能力，反之亦然。為了解決柔性和剛性負(fù)載之間的矛盾，本發(fā)明提出了四種模塊化線繩驅(qū)動(dòng)連續(xù)體機(jī)械臂，

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，為了解決柔性和剛性負(fù)載之間的矛盾，本發(fā)明的目的是提供一種模塊化線繩驅(qū)動(dòng)連續(xù)體機(jī)械臂，能夠在靈活性和負(fù)載之間尋求一個(gè)平衡點(diǎn)，從而可以根據(jù)不同的工況要求選擇不同的設(shè)計(jì)。

根據(jù)本發(fā)明提供的模塊化線繩驅(qū)動(dòng)連續(xù)體機(jī)械臂，包括多個(gè)模塊化單體；

其中，任一相鄰兩個(gè)模塊化單體的相對(duì)面分別設(shè)置第一鉸接件、第二鉸接件；一模塊化單體的所述第一鉸接與另一模塊化單體的所述第二鉸接件形成鉸接結(jié)構(gòu)；

多個(gè)模塊化單體依次通過(guò)所述鉸接結(jié)構(gòu)鉸接形成機(jī)械臂節(jié)；

所述模塊化單體上設(shè)置有功能孔和周向依次排列的過(guò)線孔。

優(yōu)選地，所述過(guò)線孔的數(shù)量為至少3個(gè)；

所述過(guò)線孔內(nèi)均設(shè)置有驅(qū)動(dòng)線繩。

優(yōu)選地，所述模塊化單體的上端面、下端面均設(shè)置有兩個(gè)相對(duì)設(shè)置的對(duì)稱斜面；兩個(gè)相對(duì)設(shè)置的對(duì)稱斜面之間設(shè)置有沿徑向貫穿的上滑槽；

所述模塊化單體的上端面的下端面設(shè)置有與所述上滑槽相匹配的下轉(zhuǎn)軸；

一模塊化單體的上滑槽與另一模塊化單體的下轉(zhuǎn)軸形成鉸接結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，所述模塊化單體的上端面設(shè)置有上球鉸面和上圓弧掃略面，下端面設(shè)置有下球鉸面和下圓弧掃略面；

一模塊化單體的上球鉸面與另一模塊化單體的下球鉸面之間形成鉸接結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，所述模塊化單體的上端面設(shè)置有沿周向依次排列的盲孔通道，下端面設(shè)置有與所述盲孔通道相匹配的柔性桿；

所述柔性桿的端部設(shè)置有固定鉸鏈；所述盲孔通道的底部設(shè)置有與所述固定鉸鏈相匹配的球形凹槽；

一模塊化單體的柔性桿通過(guò)固定鉸鏈與另一模塊化單體的盲孔通道之間形成鉸接結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，還包括鉸鏈中圈和螺紋彈簧；