蛇形臂机器人制造技术

本实用新型专利技术提供了一种蛇形臂机器人，所述蛇形臂机器人包括：蛇形臂和驱动所述蛇形臂移动的驱动系统；所述蛇形臂，包括多段依次首尾连接的蛇形臂单元，每段蛇形臂单元包括：多个依次首尾连接的连杆单元；每个连杆单元包括：首尾连接的球头连杆和球窝连杆，而且各相邻连杆单元之间的球头连杆和球窝连杆相互连接；每段蛇形臂单元还包括：三条柔索，各柔索依次穿过所述连杆单元的所有球窝连杆，并且各柔索固定连接在首端连杆单元的球窝连杆上和尾端连杆单元的球窝连杆上；所述驱动系统包括：多个驱动单元，各驱动单元对应连接并驱动一条所述柔索。本实用新型专利技术具有结构紧凑、灵活性强且变形连续、效率高、运动平稳的优点。

Snake arm robot

The utility model provides a snake like robot arm, the robot arm includes a serpentine serpentine arm and driving the driving system of snake arm mobile; the serpentine arm comprises a plurality of segments through end-to-end snake arm unit connected, each serpentine arm unit includes a plurality of first order end connected with the connecting rod unit; each link unit includes: connected ball head connecting rod and connecting rod socket, and between the adjacent link unit ball head connecting rod and connecting rod ball connected; each snake arm unit also includes: three cable, the cable connecting socket all sequentially passes through the connecting rod unit, and the cable is fixed the ball ball connecting rod connecting rod connecting the first end link unit and end link unit; the driving system comprises: a plurality of drive units, each driving unit connected to the corresponding one of the drive and Flexible cable. The utility model has the advantages of compact structure, strong flexibility, continuous deformation, high efficiency and stable movement.

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及机器人领域，具体涉及一种蛇形臂机器人。
技术介绍
目前，具有高精度、高重复性的工业机器人已在汽车、电子以及家电等制造领域得到了广泛应用。但传统的工业机器人由于其高刚度及大结构尺寸的限制，很难应用于极端危险和极限环境作业中，例如核反应堆检查、管道清洗等领域。作为一种特种机器人，蛇形臂机器人具有长径比大、自由度多、动作灵活、环境适应能力强等优点，易于在狭窄空间内灵活地调整位姿、扩展工作空间、回避障碍和克服奇异点。因而能够用于各种非结构化狭窄封闭空间作业以及高柔性操作等领域。将蛇形臂安装于移动工作平台(移动机器人)上，可以用于管道检测以及公共场所的安检;将蛇形臂安装于工业机器人末端可以用于飞机复杂箱体内的加工装配、发动机检测以及飞机盒段类部件内部的涂胶等。公布号为(CN102744732 A)，名称为“一种蛇形机械臂”的专利技术一种蛇形机械臂，该机械臂的臂体由多个虎克铰串联构成，通过柔索进行驱动。该结构每个转动副均通过两组柔索进行驱动，当其关节数量较多时需要大量的驱动系统，同时存在蛇形臂体轮廓曲线连续性较差。另外，由于柔索只能传递拉力，对于每个转动副，均需要至少两根柔索驱动，通过定滑轮进行导向。如果柔索松弛，容易脱落，运动状态不易控制;如果柔索保持拉力，导致另一根柔索必然增大拉力，增加了转动副的摩擦力，不仅影响位姿调整能力，还增大了控制难度，降低了效率。综上所述，现有技术中至少存在以下问题:现有的蛇形臂机器人每个关节均需柔索驱动，控制复杂且驱动系统体积大，需要采用滑轮对柔索进行导向，柔索容易从滑轮上脱落、导致蛇形臂机器人运动失败。
技术实现思路
本技术提供一种蛇形臂机器人，以解决现有的蛇形臂机器人每个关节均需柔索驱动，需要采用滑轮对柔索进行导向，柔索容易从滑轮上脱落、导致蛇形臂机器人行动失败的问题。为此，本技术提出一种蛇形臂机器人，所述蛇形臂机器人包括:蛇形臂和驱动所述蛇形臂移动的驱动系统；所述蛇形臂，包括多段依次首尾连接的蛇形臂单元，每段蛇形臂单元包括:多个依次首尾连接的连杆单元;每个连杆单元包括:首尾连接的球头连杆和球窝连杆，而且各相邻连杆单元之间的球头连杆和球窝连杆相互连接；每段蛇形臂单元还包括:三条柔索，三条柔索相互平行并且呈三棱柱形布置，各柔索依次穿过所述连杆单元的所有球窝连杆，并且各柔索固定连接在首端连杆单元的球窝连杆上和尾端连杆单元的球窝连杆上；各段蛇形臂单元的柔索独立设置；所述驱动系统包括:多个驱动单元，各驱动单元对应连接并驱动一条所述柔索。进一步地，每段蛇形臂单元还包括:连接在相邻球窝连杆之间的拉伸弹簧，所述拉伸弹簧的拉伸方向与所述柔索的长度方向相同。进一步地，所述蛇形臂机器人还包括:基座，所述基座与首端的球窝连杆固定连接，所述基座上设有供柔索穿过的通孔，并且所述基座与所述驱动系统连接。进一步地，所述驱动单元包括:电机、连接电机的丝杠、连接在丝杠上的转接板、固定在所述转接板上的导轨滑块、以及供所述导轨滑块上下滑动的导轨，其中，所述导轨滑块连接一个所述柔索，所述柔索平行所述导轨并且位于所述导轨之外。进一步地，所述驱动单元还包括:连接在所述基座下方的电机底座，所述电机设置在所述电机底座上。进一步地，所述驱动单元还包括:位于所述电机底座与所述基座之间的丝杠底座，所述丝杠安装在所述丝杠底座上，所述驱动单元还包括:支撑在所述丝杠底座与所述电机底座之间的支撑块，所述驱动单元还包括:连接在所述电机与所述丝杠之间的联轴器，并且所述联轴器位于所述丝杠底座与所述电机底座之间。进一步地，所述基座为圆盘状，各所述柔索以所述基座的圆心为中心呈圆环状分布在所述基座的周向。进一步地，所述蛇形臂包括五段依次首尾连接的蛇形臂单元，每段蛇形臂单元包括:四个依次首尾连接的连杆单元;蛇形臂机器人包括:15条相互平行的柔索。进一步地，各所述电机以所述基座的圆心为中心呈圆环状分布在所述柔索的外侧。进一步地，所述导轨滑块通过预紧弹簧和预紧螺母连接所述柔索。本技术采用三条柔索相互平行并且呈三棱柱形布置，因而能够实现空间三维运动，通过柔索固定连接在首端连杆单元的球窝连杆上，能够将每个连杆单元内的关节分为一个牵动关节和其余的随动关节，只需柔索带动一个牵动关节运动，就能实现其余的随动关节的运动，因而无需每个关节需要独立的驱动，减少了驱动单元，在不增加控制系统复杂性的前提下，获得光滑的蛇形臂机器人轮廓曲线。本技术利用上述结构，减少了柔索数量、降低了控制难度，取消了滑轮导向，可以避免柔索脱落，简化了传动系统，减小了蛇形臂机器人的体积，减少了摩擦，提高了效率。蛇形臂的关节之间(相邻球窝连杆之间)绕圆周均匀布置拉伸弹簧，利用弹簧提高蛇形臂刚度，蛇形臂轮廓曲线连续性好，有利于蛇形臂机器人在狭窄空间内的避障运动。【附图说明】图1为本技术的蛇形臂机器人整体结构示意图；图2为本技术的蛇形臂的整体结构示意图；图3为本技术的蛇形臂单元的立体结构示意图；图4为本技术的蛇形臂单元的剖视结构示意图；图5为本技术的连杆单元的结构示意图；图6为本技术的基座的结构不意图；图7为本技术的驱动系统的立体结构示意图；图8为本技术的驱动系统的俯视结构示意图；图9为本技术的驱动单元的俯视结构示意图；图10为本技术的预紧螺杆的俯视结构示意图。【具体实施方式】为了对本技术的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照【附图说明】本技术。如图1所示，本技术的蛇形臂机器人包括:蛇形臂I和驱动所述蛇形臂I移动的驱动系统2;如图2所示，所述蛇形臂I包括多段依次首尾连接的蛇形臂单元100，如图3和图4所示，每段蛇形臂单元100包括:多个依次首尾连接的连杆单元;每个连杆单元包括:首尾连接的球头连杆6和球窝连杆5，而且各相邻连杆单元之间的球头连杆6和球窝连杆5相互连接；球窝连杆5与球头连杆6以球关节连接，进而实现连杆之间的相对转动；如图3所示，每段蛇形臂单元100还包括:三条柔索4，柔索4可以为绳索、软绳、或钢丝绳，三条柔索相互平行并且呈三棱柱形布置，因而能够实现空间三维运动，各柔索4依次穿过所述连杆单元的所有球窝连杆，并且各柔索固定连接在首端连杆单元的球窝连杆上；因而能够将每个连杆单元内的关节分为一个牵动关节和其余的随动关节，即形成“牵动关节+随动关节”的冗余结构，关节间利用弹簧等弹性体保持刚度。只需柔索带动一个牵动关节运动，就能实现其余的随动关节的运动，因而无需每个关节需要独立的驱动，减少了驱动单元;另外每段蛇形臂单元采用“笼式”驱动布局方式；各段蛇形臂单元的柔索独立设置；各段蛇形臂单元的柔索相互平行但不相互连接，以实现各段蛇形臂单元的独立运动；如图8所示，所述驱动系统2包括:多个驱动单元31，各驱动单元31对应连接并驱动一条所述柔索4，驱动单元31与柔索4为一一对应的关系，以实现各段蛇形臂单元的独立运动。驱动单元的数量仅与牵动关节相关，例如为牵动关节数的3倍。本技术的蛇形臂机器人具有结构紧凑、灵活性强且变形连续、效率高、运动平稳的优点。进一步地，如图3和图4所示，每段蛇形臂单元还包括:连接在相邻球窝连杆之间的拉伸弹簧7，所述拉伸弹簧7的拉伸方向与所述柔索的长度方向相同。拉伸弹簧7本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种蛇形臂机器人，其特征在于，所述蛇形臂机器人包括：蛇形臂和驱动所述蛇形臂运动的驱动系统；所述蛇形臂，包括多段依次首尾连接的蛇形臂单元，每段蛇形臂单元包括：多个依次首尾连接的连杆单元；每个连杆单元包括：首尾连接的球头连杆和球窝连杆，而且各相邻连杆单元之间的球头连杆和球窝连杆相互连接；每段蛇形臂单元还包括：三条柔索，三条柔索相互平行并且呈三棱柱形布置，各柔索依次穿过所述连杆单元的所有球窝连杆，并且各柔索固定连接在首端连杆单元的球窝连杆上和尾端连杆单元的球窝连杆上；各段蛇形臂单元的柔索独立设置；所述驱动系统包括：多个驱动单元，各驱动单元对应连接并驱动一条所述柔索。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：姚艳彬，杜兆才，张书生，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司北京航空制造工程研究所，
类型：新型
国别省市：北京;11