[實用新型]一種剛柔并濟機械臂

有效

• 申請號: 201821390033.1
• 申請日: 2018-08-28
• 公開（公告）號: CN208697438U
• 公開（公告）日: 2019-04-05
• 發明（設計）人: 楊衛民;馬昊鵬;廖超群;閻華;石美濃;丁玉梅
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: B25J9/10
• 分類號: B25J9/10;B25J9/14;B25J18/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本實用新型公開一種剛柔并濟機械臂，外觀為一圓柱整體，主體材料采用彈性體，內部為內外層同軸結構，在其外層環形均布多個軸向管道，內部放置改變機械臂形態的繩索；中間層環形均布多個軸向管道，內部放置加熱器和熱敏電阻；機械臂中心有一密閉腔室，內部灌注有低熔點合金，中間層盡量靠近密閉腔室。工作時計算分析得出機械臂每段需要達到的空間位置和形變量，控制加熱絲將低溫合金加熱至其熔點使之變成液態，聯動控制各個繩索伸縮動作使該段機械臂到達預設空間位置和形變量，停止加熱絲工作，使位于該段液態低溫合金固化。本實用新型一種剛柔并濟機械臂在變形過程機械臂能夠在適當時機改變機械臂的剛度，快速完成剛性機械臂與柔性機械臂的特性相互轉換。

技術領域

本發明涉及軟體機器人領域，具體涉及一種剛度可變式機械臂。

背景技術

機械臂是一種能模仿人手臂動作的自動化設備，用以按固定程序抓取、搬運工件或者操作工具的自動操作裝置。由于其既可替代人們進行一系列繁瑣的重復性的勞動，又能替代人們完成一些高危險性的工作，因此其被廣泛用于機械制造等行業。

在機械臂的發展過程中，初期為剛性結構，其末端定位較為精準，可以在高精度加工方面發揮優勢，但其結構復雜較為龐大且自由度有限，難以在較小的操作空間或復雜環境下的靈活操作。此外剛性機械臂的每根連桿間為鉸鏈連接，而鉸鏈結構會有一定曠量，當末端負載重量突然變化或受到巨大外力時會導致機械臂末端的定位誤差和振動。每個鉸鏈均產生一定的定位誤差，而每個鉸鏈的誤差和振動會累積到機械臂末端，導致機械臂末端定位精度難以控制。

人們為了在操作空間受限的復雜環境中使用機械臂，自由度無窮多的柔性機械臂應運而生。柔性機械臂是一個強耦合、非線性的時變結構，但同時由于其自由度過多導致難以精確控制柔性機械臂末端的定位精度。

目前已有研究人員對此進行了探索，得出了一些解決方法：專利CN101011825A中提出了一種提高機械臂末端運動精度的發明：一種安全型可變剛度機械關節。該發明可在一定程度上解決了末端精度不高等問題，但其通過對電磁體通斷電的控制來進行剛度變換的方法易出現控制延遲，難以快速執行控制系統的切換指令。專利CN103273502A中提出一種基于可控剛度和可控阻尼的柔性機械臂減震裝置與方法。磁流變減振裝置中彈性體剛度和阻尼器阻尼均可通過改變勵磁電流來控制，從而滿足系統中機械臂與磁流變減振裝置之間的內共振要求，并通過阻尼器消耗振動能量。但磁流變彈性體剪切剛度對外加磁場強度改變具有滯后性且磁流變彈性體使用具有時效性，使用一段時間后必須更換。

發明內容

為了解決現有剛性機械臂連桿間的鉸鏈機構的曠量導致在工作狀態下末端定位精度低而柔性機械臂自由度過多且為耦合運動難以控制的問題，提出了一種在機械臂變形過程本體能夠在適當的時候改變剛度的方法，快速完成剛性機械臂與柔性機械臂之間的相互轉換，通過該方法可結合兩者各自優勢同時避免目前機械臂工作時定位精度差的問題。

本發明一種剛柔并濟機械臂非工作狀態下外觀為一圓柱整體，不存在剛性機械臂的連桿和鉸鏈機構。機械臂主體材料采用彈性體，例如采用大多數柔性機械臂相同的硅膠材料，內部為內外層同軸結構，在其外層環形均布多個軸向管道，內部放置改變機械臂形態的繩索；中間層環形均布多個軸向管道，內部放置加熱器和熱敏電阻；機械臂中心有一密閉腔室，內部灌注有低熔點合金，中間層盡量靠近密閉腔室。