[發明專利]液壓與仿生肌肉共同驅動的微型機械臂及其驅動方法

有效

• 申請號: 201610998687.1
• 申請日: 2016-11-14
• 公開（公告）號: CN106737570B
• 公開（公告）日: 2019-01-22
• 發明（設計）人: 許明;余昕;陳國金
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: B25J9/00
• 分類號: B25J9/00;B25J17/00;B25J19/00
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 杜軍

本發明公開了液壓與仿生肌肉共同驅動的微型機械臂及其驅動方法。微型機械臂在醫療、救援、軍事等領域都起著十分重要的作用。液壓驅動的微型機械臂響應速度慢，仿生肌肉驅動的微型機械臂驅動力較小。本發明包括機座、殼體、執行臂、微型編碼器、關節、仿生肌肉氣囊、進油比例閥、進油接頭、高壓油管、低壓油管和出油比例閥。本發明以液壓驅動為主要驅動方式，以仿真肌肉驅動為輔助驅動方式，在獲得較大驅動力的同時，提高了微型機械臂的響應速度。此外，本發明對每一個機械臂單元單獨進行控制，能夠實現機械臂的精確控制。

技術領域

本發明屬于機械臂技術領域，具體涉及一種液壓與仿生肌肉共同驅動的微型機械臂及其驅動方法。

背景技術

隨著計算機通信技術的不斷進步，人們對機器人的要求不斷提高。在醫療、救援、軍事等領域，小型機器人有著其獨特的優勢。“快、準、狠”是人們對機器人的通用標準，其中“快”指的是響應快速，“準”指的是運行穩定精準，“狠”指的是機器人驅動力大，強度可靠。在醫療領域，手術機器人的需求越來越大。外科手術特別是神經外科手術，對醫生的操作水平有很高的要求。而精準、持久的手術機器人的使用在一定程度上降低了對醫生操作水平的要求，使得外科手術得到了長足的發展。在救援領域，小型機器人在狹小空間的優勢也能起到巨大的作用。

目前，微型機械臂有液壓驅動、氣壓驅動、電機驅動、機械驅動、仿生肌肉驅動等驅動方式。液壓驅動是利用液壓油傳遞壓力和能量，其優點是驅動力大，但由于油箱與機械臂的距離較遠，其響應速度較慢；氣壓驅動是利用氣體傳遞壓力和能量，由于介質本身的可壓縮性，其驅動力較小；電機驅動的體積較大，成本較高；機械驅動，由于其運行軌跡固定，難以滿足復雜的生產需要。仿生肌肉驅動的模型尚不完善，且驅動力較小。

專利號為CN201420841973.3號的實用新型專利中公開了“一種多自由度液壓式機械臂”，這種機械臂是用液壓缸完成直線運動，擺動油缸實現轉動。由于擺動油缸重量較大，這種驅動方式難以用于微型機械臂的驅動。

專利號為CN201510311779.3號的發明專利中公開了“一種基于多種人工肌肉混合驅動的仿人機械臂”，這種機械臂采用多種人工肌肉聯合驅動，模擬了人手的內部結構，但其機構復雜，各類模塊體積較大且驅動力較小，不適宜用在微型機械臂領域。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術的不足，提供一種以液壓驅動為主要驅動方式，通過仿生肌肉驅動加快響應速度的微型機械臂；本發明的另一個目的是提供該微型機械臂的驅動方法。

本發明液壓與仿生肌肉共同驅動的微型機械臂，包括機座、殼體、執行臂、微型編碼器、關節、仿生肌肉氣囊、進油比例閥、進油接頭、高壓油管、低壓油管和出油比例閥。所述殼體的主體呈內部中空且兩端封閉的圓柱狀，殼體共有n個，2≤n≤6；n個殼體依次首尾相連，即前一級殼體的后端內側與后一級殼體的前端內側構成轉動副；第一級殼體的前端與機座固定，最后一級殼體的后端內側與執行臂的前端內側構成轉動副；相連的兩個殼體之間以及最后一級殼體與執行臂之間均設有關節。每個殼體的后端均固定有微型編碼器，微型編碼器的輸入軸與對應殼體轉動副位置的鉸接軸固定。所述的微型編碼器均為絕對型編碼器。所述殼體的內腔作為油腔；油腔壁上固定有一個仿生肌肉氣囊。殼體的側面固定有進油接頭，進油接頭連通進油比例閥的出油口與殼體油腔的進油口，進油比例閥的進油口與高壓油管連通。液壓泵將油箱里的液壓油打入高壓油管。

所述的關節包括膨脹油管、復位彈簧和出油接頭；所述的膨脹油管設置在相連的兩個殼體或最后一級殼體與執行臂之間；膨脹油管的進油口與靠近機座側的殼體內的油腔出油口連通。所述的出油接頭連通膨脹油管的出油口與出油比例閥的進油口；出油比例閥的出油口與低壓油管連通，低壓油管回油至油箱。相連的殼體的相對面通過對應關節的復位彈簧連接，最后一級殼體與執行臂的相對面通過對應關節的復位彈簧連接。

所述的進油接頭設置在殼體靠前端位置。

所述的出油接頭固定在膨脹油管的出油口處。