[發明專利]柔性機械臂及具有其的機器人

有效

• 申請號: 202010052526.X
• 申請日: 2020-01-17
• 公開（公告）號: CN111203913B
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發明（設計）人: 張弘;曲紹興
• 申請（專利權）人: 浙江清華柔性電子技術研究院
• 主分類號: B25J18/06
• 分類號: B25J18/06;B25J9/00
• 代理公司: 杭州華進聯浙知識產權代理有限公司 33250
• 代理人: 雷志剛

本發明提供一種柔性機械臂及具有其的機器人。該柔性機械臂的變剛度伸縮滑動件通過滑塊柔性驅動件與驅動部連接，并在驅動部的驅動下沿機械臂主體移動，和/或，在驅動部的驅動下伸長或縮短。該柔性機械臂的動作范圍更加廣泛，使用效果更好。

技術領域

本發明涉及柔性機器人技術領域，尤其涉及一種柔性機械臂及具有其的機器人。

背景技術

隨著機器人技術的不斷發展，機械臂的應用也逐漸擴展起來，但是在復雜化及非結構化的作業環境中，由于空間狹窄和存在眾多障礙物等因素，傳統的離散關節型的剛性機械臂已無法滿足使用要求。與離散關節型的剛性機械臂不同，連續型的柔性機械臂對環境有著更強的適應能力，其無限的自由度，能夠滿足更多的工況環境，并且在與環境的碰撞之中，很好地保護自身和環境不被破壞。

盡管柔性機械臂具有傳統剛性機械臂無法比擬的優勢，但由于其技術不夠成熟的原因，還沒有被廣泛的使用。限制其使用范圍的主要原因是由于柔性機械臂采用了柔性軟體材料做支撐，造成了整體剛度的下降，而在結構設計當中，剛度和機械臂的靈巧性及超冗余自由度在機理上是矛盾的。

此外，盡管柔性機械臂具有無限的自由度，但是為了精準的控制幾個自由度，還是需要幾個驅動，這樣因為結構的限制，在擁有相同驅動數量的情況下，柔性機械臂的工作空間，并不一定比傳統的剛性機械臂大。而在增加自由度的模式下，其驅動系統的體積也會變得很大，成本也大幅度增加。

為了解決此問題，現有的柔性機械臂通過變剛度的方法，改變柔性機械臂的整體剛度，同時使其能夠靈活地改變機械臂的工作空間。

現有的增加柔性機械臂工作空間的技術主要有“阻塞”技術、相變技術及機械變剛度方法。其中，“阻塞”技術在一定程度上會影響機械臂的柔性，且需要搭配氣動模塊；而相變技術目前還不太成熟，各種限制因素較多，也需要增加額外的物理場進行控制；而常用的機械變剛度方法會采用彈簧等器件，在結構設計時容易引入結構耦合，降低柔性機械臂的性能。

綜上所述，現有的柔性機械臂由于變剛度方法的不成熟，導致其使用過程中存在一些問題，影響了使用效果。

發明內容

有鑒于此，有必要提供一種改進的柔性機械臂及具有其的機器人，以提升柔性機械臂的使用效果。

本發明提供一種柔性機械臂，包括：機械臂主體、變剛度伸縮滑動件和驅動部，變剛度伸縮滑動件通過滑塊柔性驅動件與驅動部連接，并在驅動部的驅動下沿機械臂主體移動，和/或，在驅動部的驅動下伸長或縮短。

本發明提供的柔性機械臂，機械臂主體采用柔性材料制作。驅動部通過滑塊柔性驅動件驅動變剛度伸縮滑動件在機械臂主體內移動和/或伸縮，以此調整機械臂主體的剛性，提高機械臂主體的工作空間。而且，通過伸縮變剛度伸縮滑動件，消除現有技術中調整機械臂主體剛性時的結構耦合，在不影響機械臂主體的柔性的情況下，精準地提高需要變剛度位置的剛度，而且通過移動變剛度伸縮滑動件提高了機械臂主體的變剛度的范圍，進而提升柔性機械臂的使用效果。

可選地，為了在保證變剛度伸縮滑動件可伸縮的情況下提升變剛度伸縮滑動件的可靠性，變剛度伸縮滑動件包括至少兩個伸縮滑塊段，至少兩個伸縮滑塊段依次嵌套設置，且相鄰兩個伸縮滑塊段之間可相對移動。

如此設置，由于變剛度伸縮滑動件的伸縮滑塊段之間嵌套設置，一方面能夠保證變剛度伸縮滑動件可伸縮以改變長度，另一方面可以通過嵌套設置保證伸縮滑塊段之間連接可靠性和對機械臂主體的支撐。

可選地，為了提升變剛度伸縮滑動件的可伸縮范圍，且更加方便地安裝滑塊柔性驅動件，變剛度伸縮滑動件還包括末端安裝段，末端安裝段通過導向管可移動地連接在最內層的伸縮滑塊段上，且可相對最內層的伸縮滑塊段移動，末端安裝段的橫截面積與最外層的伸縮滑塊段的橫截面積一致。

如此設置，可以使變剛度伸縮滑動件具有更廣泛的伸縮距離，且較好地從內側支撐機械臂主體，防止其偏斜。