[發明專利]一種線驅動的連續型柔性機械臂及含有其的柔性機器人

有效

• 申請號: 202110070579.9
• 申請日: 2021-01-19
• 公開（公告）號: CN112873194B
• 公開（公告）日: 2022-08-26
• 發明（設計）人: 劉佳莉;許勇;江新陽;施浩然;董飛;張強強;王艷;趙傳森;杜靜恩
• 申請（專利權）人: 上海工程技術大學
• 主分類號: B25J9/12
• 分類號: B25J9/12;B25J18/00
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 李新新

本發明涉及一種線驅動的連續型柔性機械臂及含有其的柔性機器人，包括空間柔性臂以及多個設于空間柔性臂頂部的驅動控制模塊，空間柔性臂包括多個依次串聯連接并同軸設置的柔性臂可折疊骨架，柔性臂可折疊骨架包括上平臺、多個可彎折的折疊板、柔性彈簧和下平臺，折疊板和柔性彈簧均位于上平臺和下平臺之間，多個折疊板依次間隔設置并形成一個腔室，柔性彈簧位于腔室中，空間柔性臂和驅動控制模塊之間設有可收放卷的線纜，線纜的頂端卷繞固定在驅動控制模塊上，底端固定在位于最底端的柔性臂可折疊骨架的下平臺上。與現有技術相比，本發明實現柔性機械臂的長度、不同彎曲形態以及柔性機械臂在空間中的位置，實現對柔性機械臂末端的精準控制。

技術領域

本發明屬于柔性機器人技術領域，具體涉及一種線驅動的連續型柔性機械臂及含有其的柔性機器人。

背景技術

目前，傳統的空間機器人大多是全剛體結構，采用“基座/平臺+多自由度機械臂+機械手”的構型，這種機器人受機械臂長度和靈活性的限制。傳統的空間機器人在操作時需要充分靠近目標，在狹小空間內抓取物品、清理物品時靈活性較差，安全性不高，整體慣性量較大，同時在執行任務過程中能耗較高。為了彌補傳統空間機器人存在的缺點，需要發展體積小、質量輕、操作靈活、柔順性高、耗能少的空間柔性機器人。

柔性機器人包括線驅動、流體驅動、形狀記憶合金(Shape Memory Alloys，SMA)驅動、化學驅動等四種驅動方式。流體驅動的柔性機器人對密封性要求高，且需要外置的管道、空氣壓縮機等復雜結構，從而導致機器人整體結構笨重、體積大；SMA驅動可以產生較大的應力且能使得機器人系統結構緊湊，但是SMA依賴于其內部馬氏體與奧氏體的轉變，在這種轉變過程中會產生遲滯；化學驅動促進了柔性機器人執行器設計的靈活性，但是其可控性依然面臨著巨大挑戰。而線驅動的柔性機器人在航空、醫療等領域技術比較成熟，通過解決驅動系統的小型化和集成化問題，在狹小空間內可具備一定的應用條件。

發明內容

本發明的目的就是提供一種線驅動的連續型柔性機械臂及含有其的柔性機器人，實現柔性機械臂的長度、不同彎曲形態以及柔性機械臂在空間中的位置，實現對柔性機械臂末端的精準控制。

本發明的目的通過以下技術方案實現：

一種線驅動的連續型柔性機械臂，包括空間柔性臂以及多個設于空間柔性臂頂部的驅動控制模塊，所述空間柔性臂包括多個依次串聯連接并同軸設置的柔性臂可折疊骨架，所述柔性臂可折疊骨架包括上平臺、多個可彎折的折疊板、柔性彈簧和下平臺，所述折疊板和柔性彈簧均位于上平臺和下平臺之間并分別連接上平臺和下平臺，多個折疊板依次間隔設置并形成一個腔室，所述柔性彈簧位于腔室中，所述空間柔性臂和驅動控制模塊之間設有可收放卷的線纜，所述線纜的頂端卷繞固定在驅動控制模塊上，底端固定在位于最底端的柔性臂可折疊骨架的下平臺上。其中，柔性彈簧作為柔性支撐，可支撐住位于上方的上平臺，并能起復位作用，折疊板起剛性支撐作用，并且能保護柔性彈簧，當空間柔性臂進行壓縮時，間隔設置的折疊板之間的空隙就留有折疊板向內移動的空間，空間柔性臂壓縮至相鄰的折疊板的端部相碰觸，驅動控制模塊用于拉伸線纜，以實現柔性機械臂的長度、不同彎曲形態以及柔性機械臂在空間中的位置，實現對柔性機械臂末端的精準控制。

所述折疊板自上而下依次包括相鉸接的上板、中板和下板，所述上板的頂部和上平臺相連接，所述上板自上而下逐漸靠近腔室的中軸線，所述中板呈豎直設置，所述下板的底部和下平臺相連接，所述下板自上而下逐漸遠離腔室的中軸線。折疊板可進行彎曲。

所述上板和下板均采用剛性材料，比如鋼板，所述中板采用彈性材料，比如橡膠，剛性的上板和下板保證柔性臂可折疊骨架的剛性，彈性的中板保證柔性臂可折疊骨架在拉伸或收縮時有一個緩沖。

所述上板和下板均呈等腰梯形狀，上板的長底和上平臺相連接，下板的長底和下平臺相連接，上板的短底和下板的短底相正對。