[發明專利]一種可生長可剛柔變換的腱驅動柔性機械臂及其驅動方法

有效

• 申請號: 202111262603.5
• 申請日: 2021-10-28
• 公開（公告）號: CN113954057B
• 公開（公告）日: 2022-10-04
• 發明（設計）人: 李誠輝;許明;王旭
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: B25J9/10
• 分類號: B25J9/10;B25J9/12;B25J18/06
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 陳煒

本發明公開了一種可生長可剛柔變換的腱驅動柔性機械臂及其驅動方法。該柔性機械臂包括驅動模塊，以及由內至外依次連接的基座、第一驅動臂和第二驅動臂。驅動模塊安裝在基座上，其包括支撐桿驅動組件、肌腱驅動組件、支撐管體、第一驅動腱組、第二驅動腱組和支撐桿體。支撐桿驅動組件包括滑動推塊和螺母。本發明上設置有串聯且能夠的兩段驅動臂，支撐外側驅動臂的支撐桿體穿過支撐內側驅動臂的支撐管體；支撐管體由推移滑塊的驅動下移動；支撐桿體由安裝在螺母的驅動下移動，整個驅動機構十分緊湊。此外，本發明的兩段驅動臂均能夠實現剛柔轉換，在非工作情況或者特殊的工作情況下保持剛性狀態，以完成特殊工作任務，并延長機械臂的使用壽命。

技術領域

本發明屬于柔性機械臂技術領域，具體涉及一種可生長可剛柔變換的腱驅動柔性機械臂及其驅動方法。

背景技術

目前存在的機械臂按照剛度分為剛性機械臂和柔性機械臂兩種，而柔性機械臂相比于剛性機械臂具有精度高，靈活度高，工作范圍大，可達性好，反應靈敏，人機交互安全等一系列的優點，在機械臂領域受到了越來越多的關注。而目前柔性機械臂的驅動方式大多為氣體驅動或者液體驅動，需要配備相應的驅動泵以及控制裝置，大大增加了應用成本，且其驅動需要足夠的介質，不適宜應用在真空環境等復雜的環境中。于是針對該缺點，參考生物機體的運動方式，提出了一種無介質驅動的柔性機械臂，即利用類似肌腱的驅動方式來實現柔性機械臂的彎曲、生長和收縮，同時考慮到在特殊情況下需要將柔性機械臂轉換為剛性機械臂的情況，進一步提出了一種可生長可剛柔變換的腱驅動柔性機械臂。

發明內容

本發明的目的在于尋找一種無介質驅動柔性機械臂，克服柔性機械臂在傳統的工作進程中由于介質要求對環境的限制，提供一種可生長可剛柔變換的腱驅動柔性機械臂及其驅動方法。

本發明一種可生長可剛柔變換的腱驅動柔性機械臂，包括驅動模塊，以及由內至外依次連接的基座、第一驅動臂和第二驅動臂。所述的驅動模塊安裝在基座上，其包括支撐桿驅動組件、肌腱驅動組件、支撐管體、第一驅動腱組、第二驅動腱組和支撐桿體。所述的肌腱驅動組件安裝在基座側部；肌腱驅動組件包括繞線滾子和肌腱驅動電機。2n個繞線滾子均支承在基座上；n≥3；各繞線滾子分別由對應的肌腱驅動電機驅動。

所述的支撐桿驅動組件包括滑動推塊和螺母。滑動推塊安裝在基座，并能夠在動力元件的驅動下，遠離或靠近第一驅動臂。滑動推塊上轉動連接有螺母。螺母能夠在動力元件的驅動下旋轉。支撐管體的內端與滑動推塊固定。支撐管體的外端穿過第一驅動臂，并與第一驅動臂的末端固定。支撐桿體穿過支撐管體的內腔。支撐桿體的內端從支撐管體的內端伸出，并與螺母構成螺旋副。支撐桿體的外端從支撐管體的外端伸出，穿過第二驅動臂，并與第二驅動臂末端固定。

所述第一驅動腱組包括n根第一拉線；n根第一拉線環繞支撐管體布置；各第一拉線的一端均與第一驅動臂的末端固定，另一端均繞卷在對應的繞線滾子上。所述第二驅動腱組包括n根第二拉線；n根第二拉線環繞支撐桿體布置；各第一拉線的一端均與第一驅動臂的末端固定，另一端均繞卷在對應的繞線滾子上。

n根第一拉線沿第一驅動臂軸線的周向均布，其一端均與第一末端支撐單元固定，另一端經對應的導向滾子導向后，繞卷固定在對應的繞線滾子上。n根第一拉線分別穿過各第一中間支撐單元上對應位置的n個限位槽。

所述第二驅動腱組包括n根第二拉線；第二拉線采用納米編織線。n根第二拉線沿第二驅動臂軸線的周向均布，其一端均與第二末端支撐單元固定，另一端經對應的導向滾子導向后，繞卷固定在對應的繞線滾子上。n根第二拉線均穿過各個第二中間支撐單元、第一末端支撐單元和各個第一中間支撐單元上的n個限位槽。