[發明專利]一種欠驅動等彎曲聯動關節組及連續型機械臂

在審

• 申請號: 202010561685.2
• 申請日: 2020-06-18
• 公開（公告）號: CN111745684A
• 公開（公告）日: 2020-10-09
• 發明（設計）人: 郭亞星;鄭繼貴;陶云飛;侍威;賈龍飛;黃玉平;張兆晶;陳靚
• 申請（專利權）人: 北京精密機電控制設備研究所
• 主分類號: B25J17/02
• 分類號: B25J17/02;B25J9/12;B25J9/10
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 任林沖

本發明涉及一種欠驅動等彎曲聯動關節組及連續型機械臂,包括：基座、驅動系統、驅動繩索和機械臂本體，機械臂本體由多個聯動關節組串聯組成，聯動關節組為最小組成單元，包括第一關節、連接臂桿、第二關節、第三關節以及第一聯動繩索、第二聯動繩索。機械臂本體固定在基座上，驅動繩索穿過機械臂本體，驅動繩索一端固定在驅動系統內的繩索牽引處，另一端與連接臂桿固定連連，驅動系統控制驅動繩索的運動；本發明采用關節組的方式，在滿足自由度要求的情況下，增加了臂桿長度及操作半徑，提升了準連續型機械臂的工作空間；通過采用欠驅動關節組的方式，可減少驅動部件的數量，即降低了整機重量，進而簡化了驅動部分的結構布局。

技術領域

本發明屬于連續型機械臂技術領域，涉及一種欠驅動等彎曲聯動關節組及連續型機械臂。

背景技術

針對狹小、非結構化的作業環境，傳統工業機器人在目前現有的研究方案中，主要采用繩索聯動的關節組來實現功能，采用聯動方案需要額外配置夾具，增加了裝配難度，并且裝配后的臂桿聯動處盈余空間很小，給后期維護聯動繩索帶來很大困難，需進一步優化臂桿設計及聯動繩索配置。傳統工業機器人受其自由度數及臂桿結構的限制，難以完成相關作業及要求。

連續型機械臂作為一種近乎連續的、可控變形的機器人，與相同質量的傳統關節型機械臂相比，其具有作用距離遠、末端載荷大、運動靈活等明顯優勢。因此，在狹小、非結構化作業環境中，更多的研究人員將重點放在研究具有更好彎曲特性和更多配置自由度的連續型機械臂上，并逐步得到較為廣泛的研究與應用。連續型機械臂受到臂桿及關節結構、長度、重量、驅動布局等限制，較難滿足狹小、非結構化環境下長臂桿、末端適當負載移動搬運操作等要求，需要根據特定的工況需求提出更具針對性的關節結構、驅動方式及控制方法。

發明內容

本發明解決的技術問題是：克服現有技術的不足，提出一種欠驅動等彎曲聯動關節組及連續型機械臂，在保證自由度的基礎上，有效增加機械臂臂長，擴大其工作范圍，簡化驅動系統結構及控制算法，提高控制效率；同時滿足狹小、非結構化環境下長臂桿、末端適當負載移動搬運操作要求。

本發明解決技術的方案是：

一種欠驅動等彎曲聯動關節組及連續型機械臂，包括：基座、驅動系統、驅動繩索和機械臂本體，

機械臂本體由多個聯動關節組串聯組成，聯動關節組為最小組成單元，包括第一關節、連接臂桿、第二關節、第三關節以及第一聯動繩索、第二聯動繩索，

機械臂本體固定在基座上，驅動繩索穿過機械臂本體，驅動繩索一端固定在驅動系統內的繩索牽引處，另一端與連接臂桿固定連連，驅動系統控制驅動繩索的運動，實現關節俯仰、偏轉兩個自由度，實現連續型機械臂在狹小、非結構化環境下的適當末端負載連續運動；

基座起到支撐驅動系統各組成部件的作用，同時在實際情況中，可與外部移動平臺相連接，通過移動平臺帶動實現連續型機械臂整機的移動；

單個關節組由三根驅動繩索驅動，單個傳動輪上有兩根呈相反S型布置的第一聯動繩索，單個關節組最小組成單元內三個第一關節、第二關節、第三關節之間的俯仰自由度依靠第一傳動輪、第三傳動輪、第五傳動輪、第八傳動輪以及傳動輪之間的第一聯動繩索、第二聯動繩索互相耦合，三個關節之間的偏轉自由度依靠第二傳動輪、第四傳動輪、第六傳動輪、第七傳動輪以及傳動輪之間的第一聯動繩索、第二聯動繩索互相耦合。

優選的，驅動系統包括驅動電機、聯軸器、滾珠絲杠副驅動單元、螺母支撐件以及驅動導軌，為欠驅動等彎曲聯動關節組及連續型機械臂提供驅動能力，采用驅動電機可以借助關節處角度傳感器的反饋實現實時閉環控制；利用滾珠絲杠副驅動單元可以獲得較大的驅動能力和傳動精度；驅動導軌作為滾珠絲杠副驅動單元的導向機構；螺母支撐件起到連接滾珠絲杠副驅動單元、驅動導軌和驅動繩索的作用。