一种小型超冗余柔性机械臂制造技术

一种小型超冗余柔性机械臂，包括机架，驱动模块，机械臂模块、多根驱动绳，机械臂模块连接于机架的一端，包括多个串联的臂杆，臂杆相互之间分别通过关节连接，驱动绳的一端与驱动模块连接，驱动模块通过驱动驱动绳从而控制臂杆转动至预设的位置，机架包括沿上下方向排布的若干层安装部，驱动模块包括若干舵机驱动机构，若干舵机驱动机构分布在安装部内，每一个舵机驱动机构分别包括一台舵机、安装在舵机上的传动齿轮及与传动齿轮啮合的一根齿条，每根驱动绳的一端分别连接于一个舵机驱动机构上。本发明专利技术的小型超冗余柔性机械臂，可以实现将超冗余柔性机械臂的整体尺寸小型化、优化超冗余柔性机械臂的整体体积，并且降低成本。

A Small Super Redundant Flexible Manipulator

A small Super-Redundant flexible manipulator is composed of a frame, a driving module, a manipulator module and multiple driving ropes. The manipulator module is connected to one end of the frame, including a plurality of serial arm bars. The arm bars are connected with each other through joints, one end of the driving rope is connected with the driving module, and the driving module is connected with the driving rope. The bracket consists of several layers of installation parts arranged along the upper and lower directions. The driving module includes several actuator driving mechanisms. Several actuator driving mechanisms are distributed in the installation department. Each actuator driving mechanism includes one actuator, transmission gears installed on the actuator and transmission teeth respectively. A rack for wheel meshing, one end of each driving rope is connected to a steering gear drive mechanism respectively. The miniature Super-Redundant flexible manipulator of the invention can realize the miniaturization of the overall size of the Super-Redundant flexible manipulator, optimize the overall volume of the Super-Redundant flexible manipulator, and reduce the cost.

【技术实现步骤摘要】
一种小型超冗余柔性机械臂
本专利技术涉及机械臂领域，尤其超冗余柔性机械臂领域。
技术介绍
超冗余自由度机械臂是为了解决传统串联机器人灵活性差的问题提出来的，其通过增加大量的冗余关节，使关节空间的维数远大于任务空间维数，冗余关节的引入使机械臂可以更加灵活地实现期望的末端姿势。因此，这种机械臂特别适合用于：1、不规则空间内的操作设备，大量的冗余关节可使机械臂具有极强的避障能力，使其特别适合用作特种机器人，例如作为地震灾后穿过碎石瓦砾来寻找幸存者的救生机器人，核反应堆检查机器人等；2、抓取非规则物体的机械手，即采用全臂包卷方式来抓取较大尺寸以及不规则的物体，可以用于爆炸物的排除以及空间站的维护等。但是，现有的超冗余柔性机械臂，如专利技术专利CN105150219所述，超冗余机械臂通常通过后置的驱动模块牵引绳索的方式实现臂杆的三维空间的姿势的确定。后置驱动模块通常包括伺服电机、丝杆、滑块、螺母、导轨等，这种后置驱动模块虽然控制准确、能够实现机械臂的高速移动和快速响应。但是，作为只需在实验室中作为原理性样机使用、去验证超冗余柔性机械臂的基本功能如各种规划控制算法的超冗余柔性机械臂而言，上述的超冗余柔性机械臂存在以下问题：一、成本高，由于伺服电机、丝杆等的控制精度很高，其成本也很高，并且丝杆安装时还需要配备支撑的轴承座等，作为仅用于验证功能的样机的而言，成本过高；二、结构不紧凑，伺服电机、丝杆、联轴器、滑块等相对而言需要的安装空间更大，对于实验室的空间而言，过于占据空间。
技术实现思路
本专利技术针对上述技术问题，提出了一种小型超冗余柔性机械臂，以实现将超冗余柔性机械臂的整体尺寸小型化、优化超冗余柔性机械臂的整体体积，并且降低成本。一种小型超冗余柔性机械臂，包括机架，驱动模块，机械臂模块、多根驱动绳，所述机械臂模块连接于所述机架的一端，包括多个串联的臂杆，所述臂杆相互之间分别通过关节连接，所述驱动绳的一端与所述驱动模块连接，另一端与所述关节或所述臂杆连接，其中，每一个所述关节或所述臂杆至少与三根所述驱动绳连接，所述驱动模块通过驱动所述驱动绳从而控制所述臂杆转动至预设的位置，所述机架包括沿上下方向排布的若干层安装部，所述驱动模块包括若干舵机驱动机构，所述若干舵机驱动机构分布在所述安装部内，每一个所述舵机驱动机构分别包括一台舵机、安装在所述舵机上的传动齿轮及与所述传动齿轮啮合的一根齿条，每根所述驱动绳的一端分别连接于一个所述舵机驱动机构上。优选地，所述舵机驱动机构分别在每一层所述安装部内水平方向平行地排布。优选地，所述安装部上分别设置有用于固定安装每一根所述齿条的齿条安装部，及用于固定安装可滑动地支撑每一台所述舵机的滑动支撑部的舵机安装部，所述驱动绳的一端与所述舵机连接。进一步优选地，所述安装部上还分别设置有用于将每一根所述驱动绳引导至所述机械臂模块的绳索引导部。优选地，所述安装部包括第一上安装件、与所述第一上安装件通过第一连接件固定连接的第一下安装件，及分别与所述第一上安装件、所述第一连接件、所述第一下安装件对称设置的第二上安装件、第二连接件、第二下安装件。优选地，所述齿条安装部分别设置在所述第一上安装件及所述第二上安装件上，所述舵机安装部分别设置在所述第一下安装件及所述第二下安装件上，所述绳索引导部设置在所述第二连接件上。优选地，所述传动齿轮和所述齿条之间，还介入安装有齿轮组机构，所述齿轮组机构安装在所述舵机上。优选地，所述舵机驱动所述齿轮组机构直线行走的行程与所述齿条的有效行程相同。优选地，所述驱动模块包括十八个所述舵机驱动机构。优选地，所述机架包括三层所述安装部，每一处所述安装部内分别分布有六个所述舵机驱动机构。本专利技术的小型超冗余柔性机械臂，使用了舵机与齿轮齿条传动的配合驱动驱动绳，由于舵机与齿轮齿条传动的配合结构紧凑，并且将各舵机驱动机构分层布置，因此作为验证超冗余柔性机械臂的基本功能如各种规划控制算法的超冗余柔性机械臂而言，可以实现将超冗余柔性机械臂的整体尺寸小型化、优化超冗余柔性机械臂的整体体积，并且降低成本。附图说明图1(a)是本专利技术的小型超冗余柔性机械臂的一种实施例的结构示意图；图1(b)是图1(a)的实施例省略安装罩12后另一视角的结构示意图；图2是图1(b)中A处的局部放大图；图3是部分安装部及部分驱动模块的一种实施例的结构示意图；图4是舵机驱动机构及齿轮组机构的一种实施例的结构示意图；图5是图1(b)中B处的局部放大图。具体实施方式以下参照图1至图5，对本专利技术作详细说明。需要指出的是，本专利技术可以以许多不同的方式实现，并不限于本文所描述的实施例，相反地，提供这些实施例目的是为了使本领域的技术人员对本专利技术所公开的内容理解更加透彻全面。另外，根据本专利技术的原理对说明性的实施例所进行的描述旨在要结合附图来进行阅读，其将被视作整个书面说明书的一部分。在公开的本专利技术的实施例的描述中，任何方向或方位的引用仅仅旨在便于说明，而并非旨在以任何方式限制本专利技术的范围。相关术语如“正面”、“背面”、“上部”、“下部”、“侧部”、“前端部”、“后端部”、“前侧部”、“后侧部”、“中部”、“内部”、“外部”、“下部的”、“上部的”、“水平的”、“垂直的”、“上方”、“下方”、“向上”、“向下”、“顶部”和“底部”)及其派生词(例如，“水平地”、“向下地”、“向上地”等)应当被解释为下文所述的或在讨论中的附图所示的方位。这些相关术语仅为方便说明之用，而不能要求设备按照特定方位进行构造或操作,除非有明确说明。因此，本专利技术不应被确切地限制于对可单独存在或在其它特征组合中存在的特征的一些可能的非限制性组合进行说明的示例性实施例；本专利技术的保护范围由所附权利要求界定。正如当前设想，本次公开描述了本专利技术的最优模式或实践模式。本专利技术并非旨在从限制层面上进行理解，而是通过结合附图提供仅供说明使用的专利技术示例，以告知本领域的普通技术人员本专利技术的优点和构造。在附图的各种视图中，相同的附图标记指代相同或相似的部件。参照图1(a)、图1(b)，一种小型超冗余柔性机械臂，包括机架1，驱动模块2，机械臂模块3，多根驱动绳4。机械臂模块3连接于机架1的一端，包括多个串联的臂杆31，臂杆31相互之间分别通过关节32连接，驱动绳4的一端与驱动模块2连接，另一端与关节32或者臂杆31连接，其中，每一个关节32或臂杆31至少与三根驱动绳4连接，驱动模块2通过驱动驱动绳4从而使臂杆31转动至预设的位置，具体地，驱动模块2通过驱动驱动绳4拉动臂杆31或关节32改变角度，从而使臂杆31转动至预设的位置，本实施例中的预设的位置，指的是调试人员或者示范人员所期望的臂杆31到达的位置。机架1包括沿上下方向排布的若干层安装部11，驱动模块2包括若干舵机驱动机构21，若干舵机驱动机构21分布在安装部11内，具体地，若干舵机驱动机构21在每一层安装部11内水平方向地排布。在本实施例中，水平方向指的是，如与水平放置的桌面平行的方向。另外，为了便于驱动绳4的管理，还可以在机架1上设置有出线盘5，出线盘5可以设置为与机械臂模块3同轴设置，机架1上所有与驱动模块2连接的驱动绳4的另一端均经由出线盘5与各臂杆31或关节32连接。参照图2、图3，在本实施例中，驱动模块2包括十八个舵机驱动机构21本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种小型超冗余柔性机械臂，包括机架，驱动模块，机械臂模块、多根驱动绳，所述机械臂模块连接于所述机架的一端，包括多个串联的臂杆，所述臂杆相互之间分别通过关节连接，所述驱动绳的一端与所述驱动模块连接，另一端与所述关节或所述臂杆连接，其中，每一个所述关节或所述臂杆至少与三根所述驱动绳连接，所述驱动模块通过驱动所述驱动绳从而控制所述臂杆转动至预设的位置，其特征在于，所述机架包括沿上下方向排布的若干层安装部，所述驱动模块包括若干舵机驱动机构，所述若干舵机驱动机构分布在所述安装部内，每一个所述舵机驱动机构分别包括一台舵机、安装在所述舵机上的传动齿轮及与所述传动齿轮啮合的一根齿条，每根所述驱动绳的一端分别连接于一个所述舵机驱动机构上。

【技术特征摘要】
1.一种小型超冗余柔性机械臂，包括机架，驱动模块，机械臂模块、多根驱动绳，所述机械臂模块连接于所述机架的一端，包括多个串联的臂杆，所述臂杆相互之间分别通过关节连接，所述驱动绳的一端与所述驱动模块连接，另一端与所述关节或所述臂杆连接，其中，每一个所述关节或所述臂杆至少与三根所述驱动绳连接，所述驱动模块通过驱动所述驱动绳从而控制所述臂杆转动至预设的位置，其特征在于，所述机架包括沿上下方向排布的若干层安装部，所述驱动模块包括若干舵机驱动机构，所述若干舵机驱动机构分布在所述安装部内，每一个所述舵机驱动机构分别包括一台舵机、安装在所述舵机上的传动齿轮及与所述传动齿轮啮合的一根齿条，每根所述驱动绳的一端分别连接于一个所述舵机驱动机构上。2.根据权利要求1所述的一种小型超冗余柔性机械臂，其特征在于，所述舵机驱动机构分别在每一层所述安装部内水平方向平行地排布。3.根据权利要求1所述的一种小型超冗余柔性机械臂，其特征在于，所述安装部上分别设置有用于固定安装每一根所述齿条的齿条安装部，及用于固定安装可滑动地支撑每一台所述舵机的滑动支撑部的舵机安装部，所述驱动绳的一端与所述舵机连接。4.根据权利要求3所述的一种小型超冗余柔性机械臂，其特征在于，所述安装部上还分别设置有...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐文福，牟宗高，刘天亮，梁斌，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳，
类型：发明
国别省市：广东,44