[發明專利]一種基于柔性連續體的建筑作業機械臂及輔助作業裝置

有效

• 申請號: 202110565557.X
• 申請日: 2021-05-24
• 公開（公告）號: CN113199461B
• 公開（公告）日: 2022-12-27
• 發明（設計）人: 杜付鑫;王建軍;程昊;胡敖坤;李貽斌
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: B25J9/00
• 分類號: B25J9/00;B25J9/10;B25J15/10
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 趙敏玲

本公開提供一種基于柔性連續體的建筑作業機械臂及輔助作業裝置，涉及建筑輔助機器人領域，包括依次連接的角度調節機構、第一連續體、旋轉機構、第二連續體和機械爪，第一連續體和第二連續體均包括依次鉸接的多節單體；收卷機構輸出的第一路牽引索穿過角度調節機構后連接第一連續體，用于控制第一連續體的彎曲弧度；收卷機構輸出的第二路牽引索依次穿過角度調節機構、第一連續體、旋轉機構后連接第二連續體，用于控制第二連續體的彎曲弧度；機械臂的前端由角度調節機構形成的剛性機械臂組成，后端由兩段柔性連續體組成，分別控制兩端柔性連續體的動作，實現對末端動作的精準調節。

技術領域

本公開涉及建筑輔助機器人領域，特別涉及一種基于柔性連續體的建筑作業機械臂及輔助作業裝置。

背景技術

隨著機器人技術的快速發展，建筑機器人的研究取得了一定進展，外肢體輔助建筑作業機械臂的研究也取得了一定進展。在操作者身體上增加可穿戴式機械臂，擴展人的肢體，可以使操作者在外肢體機械臂的輔助下能完成復雜的建筑施工任務；也可以獨立于使用者肢體完成作業，與人協同完成復雜的任務；外肢體機械臂將很好地理解操作者的意圖，協助操作者完成單人難以完成的建筑施工作業。

目前存在通過單體依次串聯形成的柔性機械臂，柔性機械臂的末端設置機械爪作為執行機構，通過設置牽引索配合收卷動作驅動柔性部分進行彎曲；但現有的柔性機械臂的各個單元多為球鉸結構，牽引索在作為形變驅動元件的同時也作為負載的承載元件，牽引索的負載能力有限，且容易因彈性形變導致機械臂發生抖動；另外，現有柔性機械臂的柔性部分多為一體式結構，在調節機械臂的動作時，難以對其末端動作實現精準的調節。

發明內容

本公開的目的是針對現有技術存在的缺陷，提供一種基于柔性連續體的建筑作業機械臂及輔助作業裝置，機械臂的前端由角度調節機構形成的剛性機械臂組成，后端由兩段柔性連續體組成，分別控制兩段柔性連續體的動作，實現對末端動作的精準調節。

本公開的第一目的是提供一種基于柔性連續體的建筑作業機械臂，采用以下技術方案：

包括依次連接的角度調節機構、第一連續體、旋轉機構、第二連續體和機械爪，第一連續體和第二連續體均包括依次鉸接的多節單體；

收卷機構輸出的第一路牽引索穿過角度調節機構后連接第一連續體，用于控制第一連續體的彎曲弧度；收卷機構輸出的第二路牽引索依次穿過角度調節機構、第一連續體、旋轉機構后連接第二連續體，用于控制第二連續體的彎曲弧度。

進一步地，對于第一連續體和第二連續體，同一連續體相鄰連接的單體之間通過鉸鏈依次鉸接，其中鉸鏈為單自由度鉸鏈；

同一連續體的單體之間的鉸接軸線相平行，相鄰單體能夠在牽引索作用下繞其鉸接軸線相對轉動。

進一步地，所述角度調節機構、旋轉機構、第一連續體、第二連續體內部均設有用于供牽引索穿過的牽引索通道，角度調節機構用于帶動第一連續體運動以改變與收卷機構的相對位置，旋轉機構用于帶動第二連續體相對于第一連續體轉動。

進一步地，所述第一路牽引索包括兩根第一牽引索，相對于每節單體的鉸接軸線對稱分布，依次穿過第一連續體對應單體上預設的導引孔后，固定于連接旋轉機構的末端單體。

進一步地，所述第二路牽引索包括兩根第二牽引索，相對于每節單體的鉸接軸線對稱分布，依次穿過第二連續體對應單體上預設的導引孔后，固定于連接機械爪的末端單體。

進一步地，所述機械爪包括基體、夾爪和聯動桿組，多個夾爪分別鉸接在基體上，聯動桿組連接所有夾爪，基體通過接頭對接有基座，基座安裝在第二連續體遠離旋轉機構一端單體上。

進一步地，所述收卷機構輸出的第三路牽引索依次穿過角度調節機構、第一連續體、旋轉機構、第二連續體后連接聯動桿組，用于結合夾爪回位元件共同驅動夾爪的開合。