[發明專利]一種小型柔性驅動蛇形機械臂

在審

• 申請號: 202110508129.3
• 申請日: 2021-05-10
• 公開（公告）號: CN113183139A
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發明（設計）人: 陳國華;徐雪南;張愛軍
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: B25J9/06
• 分類號: B25J9/06;B25J9/10;B25J17/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種小型柔性驅動蛇形機械臂：所述蛇形機械臂包括具有六個關節的機械臂本體和驅動系統；機械臂本體包括本體與前臂本體兩部分，每部分本體包含一個旋轉關節、兩個偏航關節；驅動系統由驅動源、柔性傳動機構及承載驅動源與傳動機構的支撐件組成，兩個旋轉關節由本體結構后端的驅動源直接驅動，兩組偏航關節采用間接驅動方式；所述驅動系統內的驅動源輸出軸上加裝蝸輪蝸桿換向器改變轉軸方向，其特征在于，所述驅動源轉軸方向改變后，可置于各關節本體結構后端，以減小本體結構徑向尺寸，使機械臂能夠勝任狹窄空間內的作業任務。

2.根據權力要求1所述的一種小型柔性驅動蛇形機械臂，其特征在于：所述后臂本體與前臂本體中的旋轉關節位于偏航關節后端，旋轉關節轉軸與偏航關節轉軸共面且垂直，相鄰偏航關節轉軸共面且平行，兩部分本體各有一個旋轉、兩個偏航共三個自由度，均為機械臂整體提供了較大的運動空間范圍。

3.根據權利要求1所述的一種小型柔性驅動蛇形機械臂，其特征在于：所述后臂本體與前臂本體中的每組偏航關節的驅動源存放在本體后端，通過支撐件與關節結構連接，柔性傳動機構沿兩部分關節結構的后端向前端走向布置，使各關節可以利用中間柔性傳動機構使本體呈現柔性運行趨勢。

4.根據權利要求3所述的一種小型柔性驅動蛇形機械臂，其特征在于：所述后臂中驅動偏航關節的柔性傳動機構中包含改進帶繩傳動和齒輪傳動；驅動源一通過齒輪傳動驅動偏航關節一，驅動源二通過改進帶繩傳動控制偏航關節二，齒輪傳動與帶繩傳動以同一起點沿后端向前端布置，在偏航關節二、偏航關節三結構中設計與轉軸同心的周向凹槽布置帶繩，槽底半徑與帶繩傳動的主動輪半徑大小相等，凹槽寬度略大于帶繩寬度。

5.根據權力要求4所述的一種小型柔性驅動蛇形機械臂，其特征在于：所述后臂中傳動機構支撐件與后臂中偏航關節一、偏航關節一與偏航關節二結構通過轉軸、軸承連接，連接處有內凹弧形槽限制轉軸的運動量，可以通過減小弧形凹槽的曲率進而提高偏航關節一、二的最大運動量。

6.根據權利要求4、5所述的一種小型柔性驅動蛇形機械臂：其特征在于：所述柔性傳動機構內的帶繩傳動由同級帶繩傳動改進，帶繩通過螺栓與從動輪固定為一體，即與偏航關節三結構內的凹槽固定，偏航關節三被帶繩牽動繞著其與偏航關節二的連接轉軸運動，以補償主動輪轉動產生的帶繩運動量。

7.根據權利要求4所述的一種小型柔性驅動蛇形機械臂，其特征在于：所述后臂中影響偏航關節二運動的帶繩傳動也沿著偏航關節一結構布置，需要通過補償帶繩傳動產生的耦合運動量實現兩關節的相對獨立控制。

8.根據權力要求5所述的一種小型柔性驅動蛇形機械臂，其特征在于：所述后臂中布置帶繩的偏航關節結構周向凹槽的側壁頂端與底端預留通孔，用于安裝圓柱銷，在運動時，圓柱銷相對帶繩滑動，起到張緊帶繩的作用。

9.根據權利要求3所述的一種小型柔性驅動蛇形機械臂，其特征在于：所述前臂中驅動偏航關節的柔性傳動機構包含改進帶繩傳動、柔性軟管與齒輪傳動；柔性軟管使得驅動源三在傳動機構中產生得運動量平均分配給偏航關節三、四；支撐件與偏航關節三、偏航關節三與偏航關節四結構通過轉軸連接，在兩關節結構周向分布四個孔，選擇對稱兩孔布置傳動繩，剩余兩孔布置柔性軟管。

10.根據權利要求9所述的一種小型柔性驅動蛇形機械臂，其特征在于：所述柔性傳動機構的帶繩傳動內無從動輪，與主動輪嚙合段的繩為同步帶繩，未嚙合部分采用鋼絲繩代替，同步帶繩與鋼絲繩、鋼絲繩與偏航關節四頂端均使用可變形鋁套固定，改進帶繩既能提高結構穩定性，又減少了本體結構的體積大小。

11.根據權利要求9所述的一種小型柔性驅動蛇形機械臂，其特征在于：所述前臂中偏航關節的柔性傳動機構中使用了一種柔性軟管既能實現偏航關節三、四欠驅動控制，既能減小機械臂的運動負載，又能使兩關節伴隨軟管柔性轉動。