[實用新型]一種基于繩索驅動的變直徑仿象鼻連續型機械臂

有效

• 申請號: 202222243389.5
• 申請日: 2022-08-25
• 公開（公告）號: CN218082705U
• 公開（公告）日: 2022-12-20
• 發明（設計）人: 全偉才;馮家琪;趙建豪;許靖偉;唐炫銘;劉博
• 申請（專利權）人: 湖南科技大學
• 主分類號: B25J9/10
• 分類號: B25J9/10;B25J17/00;B25J9/06
• 代理公司: 湘潭市匯智專利事務所(普通合伙) 43108
• 代理人: 烏景瑞

本實用新型公開了一種基于繩索驅動的變直徑仿象鼻連續型機械臂，包括驅動模塊及機械臂模塊，所述機械臂模塊包括多個串聯的關節，所述的關節包括基座圓盤、末端圓盤、若干支撐圓盤、驅動繩組及柔性支撐桿，所述的基座圓盤、末端圓盤、若干支撐圓盤安裝在柔性支撐桿上，且與柔性支撐桿同軸，基座圓盤、末端圓盤設置在柔性支撐桿兩端；相鄰的兩關節中前一關節的后端的基座圓盤與后一關節前端的末端圓盤連接；每個關節的末端圓盤上固接有三個驅動繩，驅動模塊包括多個伺服電機，每個伺服電機的輸出軸上分別設有繞線盤，多個關節的每個驅動繩分別連接一繞線盤。本實用新型結構簡單，其擁有較多自由度，可以對各關節進行獨立調節，使控制更加精確。

技術領域

本實用新型涉及機器人領域，尤其是涉及一種基于繩索驅動的變直徑仿象鼻連續型機械臂。

背景技術

現代社會中，機械臂的應用十分廣泛，能夠為人類的生產乃至生活帶來便利。隨著科技的發展進步，各式各樣的機械臂應運而生，其中還包括很多種仿生機械臂。相較于傳統機械臂，仿生機械臂在結構上模仿借鑒自然界的各種生物，借助大自然的智慧巧妙地實現一些所需功能。基于繩索驅動的變直徑仿象鼻連續型機械臂是為解決傳統剛性機械臂自由度數目有限、靈活性較差的問題提出來的，其通過增加冗余關節，使關節空間的維數遠大于任務空間維數，使得機械臂可以靈活地實現期望的末端姿態。

目前關于象鼻仿生機械臂的研究已經比較豐富，中國專利CN 111085989 A 提到的一種具有多自由度的變剛度仿生象鼻軟體手臂，中國專利CN 112692822 A中提到的可實現纏繞運動的線驅動軟體機械臂和中國專利CN 111168657 B中提到的一種線驅動連續體柔性機器人，其成本價格和控制難度也都比較高。為了降低成本和簡化控制，中國專利CN114102567 A提出了一種仿象鼻線驅動柔性多功能機械臂，但其機械臂部分較大，運動起來略顯笨重。采用繩索的驅動方式，實現了驅動系統與機械臂的分離，有利于減輕機械臂的重量，可以更好的滿足狹窄環境下的作業要求。因此，這種機械臂特別適合用作：(1) 復雜狹窄空間內的操作設備，大量的冗余關節可使機械臂具備極強的避障能力，特別適合用作特種機器人，例如用作災后事故搜索機器人、觀測機器人等。(2) 由于模仿了象鼻的外觀，其很適合抓取不規則物體，即采用全臂包絡方式抓取較大尺寸的不規則物體，其前窄后寬的設計，可使其在承受一定負載的同時牢固地抓取物體。

然而，目前仿象鼻機械臂大多為剛性結構，驅動采用液壓或電機兩種方式，且直接安裝在轉動關節處，驅動器固定在控制柜中，二者用電纜線進行連接，這樣會帶來很多缺點： (1) 自由度數目有限，無法實現滿足復雜、狹窄等工況下的作業要求；(2) 增加了機械臂的慣性和質量，導致其承載能力受到一定的限制，影響機械臂的精度和響應速度；(3) 機械臂上存在電機等元器件，增加了機械臂的復雜性，成本增大。

實用新型內容

為了解決上述技術問題，本實用新型提供一種結構簡單，擁有較多自由度，可以對各關節進行獨立調節，使控制更加精確的基于繩索驅動的變直徑仿象鼻連續型機械臂，其控制元件集成到控制箱內，不易受到惡劣環境的影響，有助于延長使用壽命，便于拆卸、維護和組裝。

本實用新型所采用的技術方案是：一種基于繩索驅動的變直徑仿象鼻連續型機械臂，包括驅動模塊及機械臂模塊，所述機械臂模塊包括多個串聯的關節，所述的關節包括基座圓盤、末端圓盤、若干支撐圓盤、驅動繩組及柔性支撐桿，所述的基座圓盤、末端圓盤、若干支撐圓盤安裝在柔性支撐桿上，且與柔性支撐桿同軸，基座圓盤、末端圓盤設置在柔性支撐桿兩端；相鄰的兩關節中前一關節的后端的基座圓盤與后一關節前端的末端圓盤連接；每個關節的末端圓盤上固接有三個驅動繩，驅動模塊包括多個伺服電機，每個伺服電機的輸出軸上分別設有繞線盤，多個關節的每個驅動繩分別連接一繞線盤。

進一步的，包括三個關節，每個關節的三個驅動繩沿圓周方向均勻布置。

進一步的，所述柔性支撐桿采用鎳鈦合金桿、玻璃纖維桿或碳纖維桿；三個關節段的柔性支撐桿從后端關節至前端關節呈等差數列變細。