[發明專利]一種可折疊彎曲的串并聯混合柔性機械臂

在審

• 申請號: 202210147799.1
• 申請日: 2022-02-17
• 公開（公告）號: CN114393574A
• 公開（公告）日: 2022-04-26
• 發明（設計）人: 戴建生;張澤;莊哲明;唐昭;關云濤;陳芳;魏巍;李咪;張昊臨;杜曉龍;常樂;王彤
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: B25J9/12
• 分類號: B25J9/12;B25J9/16
• 代理公司: 天津創智睿誠知識產權代理有限公司 12251
• 代理人: 王海濱

本發明公開了一種可折疊彎曲的串并聯混合柔性機械臂，包括控制箱、第一絲驅動單元、測距傳感器、第二絲驅動單元、SMA驅動單元和執行器；驅動方式在傳統絲驅的基礎上進行了混合與改進，混合在于結合SMA驅動讓機械臂兩個運動狀態，通過絲驅實現快速定位，通過SMA實現靠近和微調，兩種運動模式的轉換使其可以完成更加多樣的工作，且具備較快的定位速度；改進在于絲驅動分解控制，可以在力疊加可以接受的范圍內增加機械臂運動自由度。運動支鏈利用折紙機構實現RSR機構同樣的效果，可以簡化安裝、減小摩擦，從而增加機構的壽命與可靠度。兩種控制方案相結合，除可以自主運動外還使用坐標分區法增加了用搖桿控制機械臂的模式，實現了很好的人機交互。

技術領域

本發明屬于柔性機器人技術領域，具體涉及一種運動模式可變、折疊率大、彎曲靈活、工作范圍廣的串并聯混合柔性機械臂。

背景技術

隨著機器人應用場合的不斷拓寬，任務種類不斷增多，剛性機器人在一些特定條件下已經難以滿足我們的需要。為了彌補剛體機器人柔韌性差、適應性差的缺點，模仿自然界象鼻與章魚觸手等類似軟體生物提出的柔性機器人便應用而生。柔性機器人大多數用硅膠、橡膠制成，易于變形，而且與人體有更高的適應性。它可以通過高曲率的彎曲和扭轉變形來適應不同的工作環境，在雜亂和非特定性工況之中表現得尤為出色，如在醫療領域，柔性機器人可以深入人的體腔進行輔助定位與手術指導，在航空航天領域柔性機器人和可以捕捉地球周圍的太空垃圾保證飛行器的正常發射，在制造業，柔性機器人還可以進行復雜環境的零件裝配，另外柔性機器人將來在搜救、管道檢修等多方面都有著較好的應用前景。

柔性機械臂是基于柔性機器人技術誕生的一個分支，主要用于輔助人類完成一些復雜困難的工作，其大多有固定基座，末端裝有用于完成不同工作的執行器。目前柔性機械臂主體結構已經提出過很多形式，大多數為多關節串聯的形式。驅動方式有繩驅動、氣體、液體驅動、光驅動、記憶合金驅動等多種。但是市場上常見的柔性機械臂大多有如下缺點：

1、運動模式較為單一，多數只有一種驅動方式，這樣在面對需要變換工作力度或者工作精巧度的情況時就無法勝任。

2、沒有很好的收縮性，這導致其工作空間沒有被最大程度地挖掘，無法完成離機械臂結構體較近位置的工作。

鑒于上述，柔性機械臂的主體機構設計和驅動方式仍然是現在需要研究和創新的方向。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種可折疊彎曲的串并聯混合柔性機械臂。本發明采用了RSR(轉動副-球面副-轉動副)串并聯混合的結構形式、SMA(shapememoryalloys，形狀記憶合金，簡稱SMA)與絲混合的驅動方式，目的在于解決以上問題，使柔性機械臂將來有更廣闊的應用前景。

本發明為解決公知技術中存在的技術問題所采取的技術方案是：

一種可折疊彎曲的串并聯混合柔性機械臂，包括控制箱、第一絲驅動單元、測距傳感器、第二絲驅動單元、SMA驅動單元和執行器；

所述控制箱上端連接第一絲驅動單元，第一絲驅動單元和第二絲驅動單元之間設置測距傳感器，第二絲驅動單元上端連接SMA驅動單元，SMA驅動單元上端連接執行器，所述第一絲驅動和第二絲驅動單元均包括若干相串連的絲驅動組件；

所述絲驅動組件包括絲驅動上連接板、絲驅動下連接板、絲驅動運動支鏈、絲驅動彈簧底座、驅動絲和絲驅動彈簧，所述絲驅動上連接板和絲驅動下連接板的三條邊之間通過絲驅動運動支鏈連接，所述絲驅動上連接板和絲驅動下連接板的三個角位置處設置絲驅動彈簧底座，絲驅動彈簧底座之間設置驅動絲和圍繞驅動絲的絲驅動彈簧；