模块化线绳驱动连续体机械臂制造技术

本发明专利技术提供了一种模块化线绳驱动连续体机械臂，包括多个模块化单体；其中，任一相邻两个模块化单体的相对面分别设置第一铰接件、第二铰接件；一模块化单体的所述第一铰接与另一模块化单体的所述第二铰接件形成铰接结构；多个模块化单体依次通过所述铰接结构铰接形成机械臂节；所述模块化单体上设置有功能孔和周向依次排列的过线孔。本发明专利技术中两相邻模块化单体间采用不同的连接和锁紧方式，可以得到灵活性和负载能力不同的连续体机械臂。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及机械臂，具体地，涉及一种模块化线绳驱动连续体机械臂。
技术介绍
传统机械臂关节采用电机等机构直接在关节处进行驱动，虽然机构简单但增加了机械臂负载并且结构不紧凑，效率低。一般很难满足狭小深腔或恶劣环境的作业要求。连续体机器人是指存在多个连续分布的弯曲、伸缩或扭转自由度的柔性机器人。由于其固有的超冗余度特性，连续体机器人在受限空间中的运动和操作能力远高于传统的多关节刚性连杆机器人，在核工厂大型装备检测与维护、抢险救灾及航空航天制造等领域的深腔和危险环境作业中有重要的应用价值。通过对现有技术文献检索发现，中国专利公开号CN101653353A和公布号CN103948435A分别介绍了用于一种内窥镜机器人和一种单孔腹腔镜微创手术系统。这两种手术机器人中的机械臂都属于线绳驱动的连续体机械臂。由于用于人体手术的机械臂外径比较小，因此比较柔软灵活，但能承受负载较小不适合用于负载较大的工业场合。公开号CN105014689A专利中详细介绍的连续体机械臂采用刚性的虎克铰结构，通过增加关节数目实现灵活的运动及变形能力，负载及末端精度有显著提高，但由于采用刚性结构，不能实现连续变形因此不够灵活。事实上灵活性与高刚度高负载能力是一对矛盾的性能指标，为了保证灵活性可能会牺牲部分负载能力，反之亦然。为了解决柔性和刚性负载之间的矛盾，本专利技术提出了四种模块化线绳驱动连续体机械臂，
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，为了解决柔性和刚性负载之间的矛盾，本专利技术的目的是提供一种模块化线绳驱动连续体机械臂，能够在灵活性和负载之间寻求一个平衡点，从而可以根据不同的工况要求选择不同的设计。根据本专利技术提供的模块化线绳驱动连续体机械臂，包括多个模块化单体；其中，任一相邻两个模块化单体的相对面分别设置第一铰接件、第二铰接件；一模块化单体的所述第一铰接与另一模块化单体的所述第二铰接件形成铰接结构；多个模块化单体依次通过所述铰接结构铰接形成机械臂节；所述模块化单体上设置有功能孔和周向依次排列的过线孔。优选地，所述过线孔的数量为至少3个；所述过线孔内均设置有驱动线绳。优选地，所述模块化单体的上端面、下端面均设置有两个相对设置的对称斜面；两个相对设置的对称斜面之间设置有沿径向贯穿的上滑槽；所述模块化单体的上端面的下端面设置有与所述上滑槽相匹配的下转轴；一模块化单体的上滑槽与另一模块化单体的下转轴形成铰接结构。优选地，所述模块化单体的上端面设置有上球铰面和上圆弧扫略面，下端面设置有下球铰面和下圆弧扫略面；一模块化单体的上球铰面与另一模块化单体的下球铰面之间形成铰接结构。优选地，所述模块化单体的上端面设置有沿周向依次排列的盲孔通道，下端面设置有与所述盲孔通道相匹配的柔性杆；所述柔性杆的端部设置有固定铰链；所述盲孔通道的底部设置有与所述固定铰链相匹配的球形凹槽；一模块化单体的柔性杆通过固定铰链与另一模块化单体的盲孔通道之间形成铰接结构。优选地，还包括铰链中圈和螺纹弹簧；所述第一铰接件与所述第二铰接件之间通过所述铰链中圈形成铰接结构；相邻两个模块化单体之间设置有多个螺纹弹簧。优选地，多个所述螺纹弹簧沿所述模块化单体的周向依次排列；所述第一铰接与所述铰链中圈的一相对两侧面之间、所述第二铰接与所述铰链中圈的另一相对两侧面之间通过台阶螺钉连接。优选地，多个所述模块化单体上的功能孔组成的管道内设置有弹性骨架。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：1、本专利技术中两相邻模块化单体相对对称斜面相互接触后相当于锁死不能运动，因此能提供较大负载；2、本专利技术相邻模块化单体采用球铰连接，故上下两个相邻模块化单体可以绕任意方向转动，运动十分灵活；3、本专利技术结构简单，布局合理，易于推广。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为本专利技术中线绳传动连续体机器人的结构示意图；图2为在第一实施例中模块化线绳驱动连续体机械臂的结构示意图；图3为在第一实施例中模块化单体的结构示意图；图4为在第二实施例中模块化线绳驱动连续体机械臂的结构示意图；图5为在第二实施例中模块化单体的结构示意图；图6为在第三实施例中模块化线绳驱动连续体机械臂的结构示意图；图7为在第三实施例中模块化单体的结构示意图；图8为在第四实施例中模块化线绳驱动连续体机械臂的结构示意图；图9为在第四实施例中模块化单体的结构示意图；具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。实施例1在本实施例中，如图1所示，为本专利技术提供的线绳传动连续体机器人的整体结构示意图。主要由连续体机器人驱动装置1以及连续体机器人机械臂2组成。其中1是连续体机器人驱动装置，该设计内容已经在公开号CN105058423A中详细介绍。图2有一种运动解耦的绳驱动连续体机器人机械臂已在公开号CN105014689A专利中详细介绍。公开号CN105058423A专利中介绍的连续体机器人驱动装置对线绳传动的机械臂有一定的通用性，例如可驱动专利CN105014689A中介绍的机械臂。这一类线绳传动的机械臂可以有多种设计方案，其结构特点和优势各有不同。本专利技术提供的模块化线绳驱动连续体机械臂，包括多个模块化单体；其中，任一相邻两个模块化单体的相对面分别设置第一铰接件、第二铰接件；一模块化单体的所述第一铰接与另一模块化单体的所述第二铰接件形成铰接结构；多个模块化单体依次通过所述铰接结构铰接形成机械臂节；所述模块化单体上设置有功能孔和周向依次排列的过线孔。所述过线孔的数量为至少3个；所述过线孔内均设置有驱动线绳。在本实施例中，4个模块化单体组成一个机械臂节，每个机械臂节由3根驱动线绳控制，驱动线绳通过所述连续体机器人驱动装置1引出，驱动线绳通过连续体机器人驱动装置1中的电机、丝杠和导轨连接到每一机械臂节的末端模块化单体上，并且沿圆周间隔120度等间距分布，每根驱动线绳在每一机械臂节的末端用套线圈锁死。驱动线绳始终处于拉紧状态，可以通过改变驱动线绳的长度。当驱动线绳的绳长改变时会带动每个机械臂节里的每个模块化单体相对另一个模块化单体的运动，以此来改变机械臂节的位置本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种模块化线绳驱动连续体机械臂，其特征在于，包括多个模块化单体；其中，任一相邻两个模块化单体的相对面分别设置第一铰接件、第二铰接件；一模块化单体的所述第一铰接与另一模块化单体的所述第二铰接件形成铰接结构；多个模块化单体依次通过所述铰接结构铰接形成机械臂节；所述模块化单体上设置有功能孔和周向依次排列的过线孔。

【技术特征摘要】
1.一种模块化线绳驱动连续体机械臂，其特征在于，包括多个模块化单体；
其中，任一相邻两个模块化单体的相对面分别设置第一铰接件、第二铰接件；一模
块化单体的所述第一铰接与另一模块化单体的所述第二铰接件形成铰接结构；
多个模块化单体依次通过所述铰接结构铰接形成机械臂节；
所述模块化单体上设置有功能孔和周向依次排列的过线孔。
2.根据权利要求1所述的模块化线绳驱动连续体机械臂，其特征在于，所述过线
孔的数量为至少3个；
所述过线孔内均设置有驱动线绳。
3.根据权利要求1所述的模块化线绳驱动连续体机械臂，其特征在于，所述模块
化单体的上端面、下端面均设置有两个相对设置的对称斜面(6)；两个相对设置的对称
斜面(6)之间设置有沿径向贯穿的上滑槽(8)；
所述模块化单体的上端面的下端面设置有与所述上滑槽(8)相匹配的下转轴(10)；
一模块化单体的上滑槽(8)与另一模块化单体的下转轴(10)形成铰接结构。
4.根据权利要求1所述的模块化线绳驱动连续体机械臂，其特征在于，所述模块
化单体的上端面设置有上球铰面(18)和上圆弧扫略面，下端面设置有下球铰面(15)
和下圆弧扫略面(14)；
一模块化单体的上球铰面(18)与另一模块化单体的下球铰面(15)之间形成铰...

【专利技术属性】
技术研发人员：谷国迎，汤磊，朱向阳，朱利民，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31