[發明專利]一種面向深腔作業的柔性機械臂系統及連續體機器人

有效

• 申請號: 202011304177.2
• 申請日: 2020-11-19
• 公開（公告）號: CN112621736B
• 公開（公告）日: 2022-04-01
• 發明（設計）人: 王紅紅;杜敬利;沈南陽;李雨亨;吳天瑜
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: B25J9/10
• 分類號: B25J9/10;B25J13/08;B25J19/02
• 代理公司: 西安長和專利代理有限公司 61227
• 代理人: 黃偉洪

本發明屬于特種機器人技術領域，公開了一種面向深腔作業的柔性機械臂系統及連續體機器人，包括功能端和控制端；功能端包括：柔性機械臂模塊，攝像照明模塊，頂部固定模塊，放縮模塊，驅動模塊，傳動模塊，傳感器模塊；控制端包括：柔性機械臂控制模塊，攝像照明控制模塊，將柔性機械臂運動到指定位姿；傳感器控制模塊，實現驅動裝置的位置反饋及柔索或桿拉壓力的采集反饋，實現繩索驅動過程中實時力的采集和力傳感器的初始預緊功能。本發明通用性強、模塊化程度高、安全及相對尺寸較小；同時減少鋼塑軟管與放縮盤之間的摩擦；減小鋼塑軟管中絲隨鋼塑軟管急劇變化產生較大的滑動摩擦力，間隔圓盤的固定方式使得連續體機器人有足夠的抗扭剛度。

技術領域

本發明屬于特種機器人技術領域，尤其涉及一種面向深腔作業的柔性機械臂系統及連續體機器人。

背景技術

目前，狹窄擁塞的環境中執行精細任務，一直是傳統連續體機器人難以攻克的瓶頸。超冗余的蛇形機器人或無限冗余的連續體機器人為機器人在狹窄空間中執行任務提供了可能。由于大型設備的檢測及維修需要承擔高昂的成本費用。因而最近幾年超冗余機器人引起了許多研究者的關注。較早的OC機器人主要用核反應設備的檢測和維修，該機器人擁有20個自由度。沈陽自動化研究所和海安交睿機器人分別都研發24自由度和25自由度的超冗余機器人。其中，他們的機械本體及控制部分結構尺寸相對較大，最為主要的是由于自由度和可控性的限制超冗余機器人柔性臂長度并不能滿足大型設備的檢修及維護任務。以海安交睿機器人為例執行體的長度僅為1235mm，無法解決超大型設備檢修及維護任務。

通過上述分析，現有技術存在的問題及缺陷為：現有超冗余機器人結構尺寸大，擁有的自由度數目相對較少，在運動過程中柔索或桿的摩擦力較大，解決間隔圓盤抗扭的問題較復雜，未能將機械部分與電柜控制部分集成化一體設計或者設計在一起結構尺寸相當大。

解決以上問題及缺陷的難度為：保證小結構尺寸下安裝更多的驅動單元，保證小結構尺寸下各個模塊的選型、布局和排線；該設計布局難度較大。與海安交睿連續體機器人相比，本發明結構尺寸比其小的多，然而關于連續體機器人自由度本發明增大了10個，相當于多增加了16個驅動單元，該系統無單獨控制柜部分，該部分集成到了機械結構中，該部分設計布局實現難度較大；解決柔性臂上間隔圓盤不抗扭的問題，難度一般；放縮盤的設計減少柔索或桿在運動過程中存在摩擦力較大的問題，難度一般。

解決以上問題及缺陷的意義為：本發明是面向深腔作業的柔性機械臂系統，在設計和結構布局的尺寸上集成化程度高，相對現有超冗余機器人結構尺寸較小。可控自由度多，執行體結構尺寸長，容易更換，靈活性強，柔性臂結構的柔順靈活性高，原位檢測可控自由度為35個，針對超大型航天工作站或超大型裝備的檢測和維修有著重要意義。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提供了一種面向深腔作業的柔性機械臂系統及連續體機器人。系統共計擁有35個自由度，其中34個自由度為柔性體自由度，另外該系統預留一個驅動傳動模塊，可以增加末端點的夾持自由度或其它形式實現的自由度，因此本發明涉及一種面向深腔作業的柔性機械臂系統擁有35個自由度。

本發明是這樣實現的，一種面向深腔作業的柔性機械臂系統，所述面向深腔作業的柔性機械臂系統包括：功能端和控制端；

功能端包括：

柔性機械臂模塊，包括：遠端的執行結構、近端與機械本體固定的結構；遠端的執行結構通過連接體與驅動傳動模塊，執行臂的遠端結構運動是通過驅動傳動單元實現的；

攝像照明模塊，捕捉并指定目標點的位置；頂部固定模塊，用以固定拆卸柔性機械臂；放縮模塊，調整柔性機械臂的姿態；

驅動模塊，驅動模塊運動是通過聯軸器將行星減速器運動傳遞給絲桿滑塊機構，再通過滑塊上固定的螺母座帶動柔索/桿進而實現柔性機械臂構型的彎轉；

傳動模塊，通過絲桿導軌的下底板和絲桿導軌的上底板進行固定，絲桿是頂插在上下板沉頭孔中的軸承中，以使絲桿在周向的正常工作；