[發(fā)明專利]一種基于變胞機(jī)構(gòu)的空間多自由度分節(jié)控制仿生柔性臂

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811078502.0
• 申請(qǐng)日: 2018-09-14
• 公開（公告）號(hào): CN109202878B
• 公開（公告）日: 2020-11-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 魏敦文;馬虹蛟;彭倍;高濤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): B25J9/10
• 分類號(hào): B25J9/10;B25J9/16
• 代理公司: 成都弘毅天承知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51230
• 代理人: 鄒敏菲

本發(fā)明公開了一種基于變胞機(jī)構(gòu)的空間多自由度分節(jié)控制仿生柔性臂，涉及仿生機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，包括連接有繩索的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和通過分節(jié)機(jī)構(gòu)與驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)連接的若干個(gè)柔性機(jī)構(gòu)，繩索穿過分節(jié)機(jī)構(gòu)后固定連接有固定組件，分節(jié)機(jī)構(gòu)包括分節(jié)殼體及其內(nèi)部的鎖放機(jī)構(gòu)，分節(jié)殼體上設(shè)置有用于驅(qū)動(dòng)鎖放機(jī)構(gòu)鎖死和釋放繩索的舵機(jī)。鎖放機(jī)構(gòu)包括用于鎖放繩索的擺桿和用于調(diào)整擺桿位置的推動(dòng)輪，推動(dòng)輪與舵機(jī)的輸出軸連接。擺桿呈L形并繞推動(dòng)輪的中心軸周向均勻分布，擺桿的固定端通過安裝軸安裝在分節(jié)殼體上，擺桿的自由端與推動(dòng)輪相切。通過控制鎖放機(jī)構(gòu)，可改變?cè)撊嵝员鄣挠行?gòu)件數(shù)、自由度，通過鎖放機(jī)構(gòu)與驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)配合實(shí)現(xiàn)柔性臂部分柔性機(jī)構(gòu)的伸縮和彎曲。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于仿生機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于變胞機(jī)構(gòu)的空間多自由度分節(jié)控制仿生柔性臂。

背景技術(shù)

隨著機(jī)器人技術(shù)的迅猛發(fā)展，機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)控制等技術(shù)也比較成熟，對(duì)能在復(fù)雜環(huán)境下執(zhí)行任務(wù)的機(jī)器人的需求日益的增加。但是，傳統(tǒng)機(jī)械臂大多采用剛性關(guān)節(jié)連接而成，此手段必然對(duì)其各自作業(yè)的空間環(huán)境有著嚴(yán)格的要求。在高度非結(jié)構(gòu)化、狹小無規(guī)則、多障礙物的復(fù)雜環(huán)境下，傳統(tǒng)機(jī)械臂由于自身剛性結(jié)構(gòu)的限制，導(dǎo)致其避障能力比較局限、靈活度較差、運(yùn)動(dòng)空間范圍受限，不能高效地完成空間作業(yè)任務(wù)。受象鼻、章魚觸手啟發(fā)而設(shè)計(jì)的軟體機(jī)械臂是一種新型的仿生柔性臂，其結(jié)構(gòu)類似于章魚觸手、大象鼻子和軟體動(dòng)物的軀體等生物器官，由連續(xù)又柔性的彈性體構(gòu)成，通過彈性體彎曲變形呈光滑連續(xù)曲線而產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)。由于仿生柔性臂不僅可以在三維空間中自由地改變自身的形態(tài)，而且可以平滑彎曲運(yùn)動(dòng)，因而能夠在非結(jié)構(gòu)化的無法預(yù)知的環(huán)境中完成的作業(yè)任務(wù)，例如在狹小空間或者多障礙物的復(fù)雜環(huán)境中完成傳統(tǒng)機(jī)械臂無法完成的特殊任務(wù)，具有靈活度高、多達(dá)無窮多個(gè)自由度的特點(diǎn)。

為此，申請(qǐng)?zhí)枮镃N201620172375.0的專利公開了一種氣動(dòng)繩控負(fù)荷型柔性機(jī)械臂，該機(jī)械臂由多節(jié)并聯(lián)機(jī)構(gòu)串聯(lián)而成；而每節(jié)并聯(lián)機(jī)構(gòu)由四個(gè)橡膠氣囊、四條鋼絲繩、上下兩連接板及十字萬向節(jié)組成，四個(gè)橡膠氣囊和四條鋼絲繩環(huán)形陣列依次交錯(cuò)分布，每個(gè)關(guān)節(jié)的中間由十字萬向節(jié)連接，該機(jī)械臂有多個(gè)自由度，能夠向多個(gè)方向彎曲。但是，該機(jī)械臂由萬向節(jié)連接，只能實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂的彎曲，不能實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂的整體伸縮。除此之外，由于橡膠膠囊需要外接氣泵，所以該機(jī)械臂難以小型化。

申請(qǐng)?zhí)枮镃N201510988963.1的專利公開了一種肌腱驅(qū)動(dòng)型變尺度連續(xù)型機(jī)器人，該機(jī)器人主要通過固定在機(jī)座內(nèi)的法蘭式安裝板上并繞機(jī)座中心軸呈周向均勻分布的4臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)繞線軸，每臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸上均設(shè)有繞線軸，驅(qū)動(dòng)繩索纏繞在繞線軸，驅(qū)動(dòng)繩索依次穿過安裝板板長條形槽孔和各個(gè)連接盤上的穿線孔，直至與末端連接盤固連，驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)繞線軸，進(jìn)行驅(qū)動(dòng)繩索的收放，實(shí)現(xiàn)柔性機(jī)械臂的各向彎曲。但是，該機(jī)械臂只能分別控制每根繩索的機(jī)械長度來控制機(jī)械臂的彎曲，無法改變機(jī)械臂的有效構(gòu)件數(shù)和自由度，不能實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂的整體伸縮和分節(jié)控制。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于：為解決不能改變?nèi)嵝员鄣淖杂啥纫约皩?shí)現(xiàn)柔性臂中部分柔性機(jī)構(gòu)的伸縮，提供了一種基于變胞機(jī)構(gòu)的空間多自由度分節(jié)控制仿生柔性臂。本發(fā)明通過分節(jié)機(jī)構(gòu)將多個(gè)柔性機(jī)構(gòu)分隔，再通過驅(qū)動(dòng)分節(jié)機(jī)構(gòu)中的舵機(jī)使分節(jié)機(jī)構(gòu)中的推動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，推動(dòng)擺桿鎖死繩索，與分節(jié)機(jī)構(gòu)連接的柔性機(jī)構(gòu)繩索長度無法改變，即變成一剛性機(jī)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)改變?nèi)嵝员鄣挠行?gòu)件數(shù)和自由度。通過單片機(jī)對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)和舵機(jī)進(jìn)行混合驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)柔性臂尺寸的改變，達(dá)到將柔性臂中單個(gè)或多個(gè)柔性機(jī)構(gòu)伸縮的目的。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種基于變胞機(jī)構(gòu)的空間多自由度分節(jié)控制仿生柔性臂，包括連接有繩索的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和若干個(gè)柔性機(jī)構(gòu)，所述柔性機(jī)構(gòu)之間通過分節(jié)機(jī)構(gòu)連接，所述繩索穿過分節(jié)機(jī)構(gòu)后固定連接有固定組件，所述分節(jié)機(jī)構(gòu)包括分節(jié)殼體及其內(nèi)部的鎖放機(jī)構(gòu)，所述分節(jié)殼體上設(shè)置有用于驅(qū)動(dòng)鎖放機(jī)構(gòu)鎖死和釋放繩索的舵機(jī)。

進(jìn)一步地，所述鎖放機(jī)構(gòu)包括用于鎖放繩索的擺桿和用于調(diào)整擺桿位置的推動(dòng)輪，所述推動(dòng)輪與舵機(jī)的輸出軸固定連接。