柔性机械臂及具有其的机器人制造技术

本发明专利技术提供一种柔性机械臂及具有其的机器人。该柔性机械臂的变刚度伸缩滑动件通过滑块柔性驱动件与驱动部连接，并在驱动部的驱动下沿机械臂主体移动，和/或，在驱动部的驱动下伸长或缩短。该柔性机械臂的动作范围更加广泛，使用效果更好。

【技术实现步骤摘要】
柔性机械臂及具有其的机器人
本专利技术涉及柔性机器人
，尤其涉及一种柔性机械臂及具有其的机器人。
技术介绍
随着机器人技术的不断发展，机械臂的应用也逐渐扩展起来，但是在复杂化及非结构化的作业环境中，由于空间狭窄和存在众多障碍物等因素，传统的离散关节型的刚性机械臂已无法满足使用要求。与离散关节型的刚性机械臂不同，连续型的柔性机械臂对环境有着更强的适应能力，其无限的自由度，能够满足更多的工况环境，并且在与环境的碰撞之中，很好地保护自身和环境不被破坏。尽管柔性机械臂具有传统刚性机械臂无法比拟的优势，但由于其技术不够成熟的原因，还没有被广泛的使用。限制其使用范围的主要原因是由于柔性机械臂采用了柔性软体材料做支撑，造成了整体刚度的下降，而在结构设计当中，刚度和机械臂的灵巧性及超冗余自由度在机理上是矛盾的。此外，尽管柔性机械臂具有无限的自由度，但是为了精准的控制几个自由度，还是需要几个驱动，这样因为结构的限制，在拥有相同驱动数量的情况下，柔性机械臂的工作空间，并不一定比传统的刚性机械臂大。而在增加自由度的模式下，其驱动系统的体积也会变得很大，成本也大幅度增加。为了解决此问题，现有的柔性机械臂通过变刚度的方法，改变柔性机械臂的整体刚度，同时使其能够灵活地改变机械臂的工作空间。现有的增加柔性机械臂工作空间的技术主要有“阻塞”技术、相变技术及机械变刚度方法。其中，“阻塞”技术在一定程度上会影响机械臂的柔性，且需要搭配气动模块；而相变技术目前还不太成熟，各种限制因素较多，也需要增加额外的物理场进行控制；而常用的机械变刚度方法会采用弹簧等器件，在结构设计时容易引入结构耦合，降低柔性机械臂的性能。综上所述，现有的柔性机械臂由于变刚度方法的不成熟，导致其使用过程中存在一些问题，影响了使用效果。
技术实现思路
有鉴于此，有必要提供一种改进的柔性机械臂及具有其的机器人，以提升柔性机械臂的使用效果。本专利技术提供一种柔性机械臂，包括：机械臂主体、变刚度伸缩滑动件和驱动部，变刚度伸缩滑动件通过滑块柔性驱动件与驱动部连接，并在驱动部的驱动下沿机械臂主体移动，和/或，在驱动部的驱动下伸长或缩短。本专利技术提供的柔性机械臂，机械臂主体采用柔性材料制作。驱动部通过滑块柔性驱动件驱动变刚度伸缩滑动件在机械臂主体内移动和/或伸缩，以此调整机械臂主体的刚性，提高机械臂主体的工作空间。而且，通过伸缩变刚度伸缩滑动件，消除现有技术中调整机械臂主体刚性时的结构耦合，在不影响机械臂主体的柔性的情况下，精准地提高需要变刚度位置的刚度，而且通过移动变刚度伸缩滑动件提高了机械臂主体的变刚度的范围，进而提升柔性机械臂的使用效果。可选地，为了在保证变刚度伸缩滑动件可伸缩的情况下提升变刚度伸缩滑动件的可靠性，变刚度伸缩滑动件包括至少两个伸缩滑块段，至少两个伸缩滑块段依次嵌套设置，且相邻两个伸缩滑块段之间可相对移动。如此设置，由于变刚度伸缩滑动件的伸缩滑块段之间嵌套设置，一方面能够保证变刚度伸缩滑动件可伸缩以改变长度，另一方面可以通过嵌套设置保证伸缩滑块段之间连接可靠性和对机械臂主体的支撑。可选地，为了提升变刚度伸缩滑动件的可伸缩范围，且更加方便地安装滑块柔性驱动件，变刚度伸缩滑动件还包括末端安装段，末端安装段通过导向管可移动地连接在最内层的伸缩滑块段上，且可相对最内层的伸缩滑块段移动，末端安装段的横截面积与最外层的伸缩滑块段的横截面积一致。如此设置，可以使变刚度伸缩滑动件具有更广泛的伸缩距离，且较好地从内侧支撑机械臂主体，防止其偏斜。可选地，为了便于安装滑块柔性驱动件，最外层的伸缩滑块段的第一端盖上设置有第一滑块绳孔组，末端安装段的第二端盖上设置有第二滑块绳孔组，滑块柔性驱动件通过第一滑块绳孔组和第二滑块绳孔组与变刚度伸缩滑动件连接；机械臂主体的远离最外层的伸缩滑块段的一端的上盖上设置有第三滑块绳孔组，第三滑块绳孔组用于供滑块柔性驱动件穿过。如此设置，可以使滑块柔性驱动件与变刚度伸缩滑动件以及机械臂主体连接更加方便。可选地，为了使驱动部能够驱动变刚度伸缩滑动件移动，滑块柔性驱动件包括第一滑块驱动绳，第一滑块绳孔组包括第一底端过绳孔，第一滑块驱动绳的第一端连接在第一底端过绳孔上，第一滑块驱动绳的第二端连接在驱动部上。如此设置，驱动部可以通过卷起第一滑块驱动绳使变刚度伸缩滑动件向靠近驱动部移动。可选地，为了使驱动部能够驱动变刚度伸缩滑动件移动，且不改变伸缩长度，第一滑块绳孔组件还包括第二底端过绳孔和第五底端过绳孔，第二滑块绳孔组包括第二上端过绳孔和第五上端过绳孔，第三滑块绳孔组包括第一顶端过绳孔和第三顶端过绳孔；滑块柔性驱动件还包括第二滑块驱动绳，第二滑块驱动绳的第一端连接在第二底端过绳孔中，且第二滑块驱动绳的第二端依次穿过第二底端过绳孔、第二上端过绳孔、第一顶端过绳孔、第三顶端过绳孔、第五上端过绳孔和第五底端过绳孔，并与驱动部连接。如此设置，驱动部可以通过控制第一滑块驱动绳和第二滑块驱动绳，可以是变刚度伸缩滑动件移动或伸缩。可选地，为了能够控制变刚度伸缩滑动件的伸缩，第一滑块绳孔组还包括第三底端过绳孔，第二滑块绳孔组还包括第三上端过绳孔；滑块柔性驱动件还包括第三滑块驱动绳，第三滑块驱动绳的第一端连接在第三上端过绳孔中，且第三滑块驱动绳的第二端依次穿过第三上端过绳孔和第三底端过绳孔，并与驱动部连接。如此设置，通过控制第三滑块驱动绳就可以使末端安装段朝向最外层的伸缩滑块段移动，以使变刚度伸缩滑动件缩短或移动。可选地，为了使对变刚度伸缩滑动件的控制自由度更高，第一滑块绳孔组还包括第四底端过绳孔，第二滑块绳孔组还包括第一上端过绳孔和第四上端过绳孔，第三滑块绳孔组还包括第二顶端过绳孔和第四顶端过绳孔；滑块柔性驱动件还包括第四滑块驱动绳，第四滑块驱动绳的第一端与第一上端过绳孔连接，第四滑块驱动绳的第二端依次穿过第一上端过绳孔、第二顶端过绳孔、第四顶端过绳孔、第四上端过绳孔和第四底端过绳孔，并与驱动部连接。如此设置，就可以通过控制四个滑块驱动绳，实现变刚度伸缩滑动件的移动和伸缩的控制，以提升控制自由度。可选地，为了提升结构紧凑性并使机械臂主体可以根据需要变形，驱动部通过机械臂柔性驱动件与机械臂主体连接，并控制机械臂主体变形。如此设置，可以使用相同的驱动部驱动变刚度伸缩滑动件和机械臂主体，节省了空间，提升了结构紧凑性。根据本专利技术的另一方面，提供一种机器人，包括上述的柔性机械臂。此种机器人的柔性机械臂可动作空间更大，这样就可以提升适应性，适应更多的使用场景。附图说明图1为本专利技术实施例的柔性机械臂的立体结构示意图；图2为本专利技术实施例的柔性机械臂的机械臂主体的立体结构示意图；图3为本专利技术实施例的柔性机械臂的变刚度伸缩滑动件的第一视角的立体结构示意图；图4为本专利技术实施例的柔性机械臂的变刚度伸缩滑动件的第二视角的立体结构示意图；图5为本专利技术实施例的柔性机械臂中的第一滑块驱动绳和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种柔性机械臂，其特征在于，包括：机械臂主体(1)、变刚度伸缩滑动件(2)和驱动部(4)，所述变刚度伸缩滑动件(2)通过滑块柔性驱动件与所述驱动部(4)连接，并在所述驱动部(4)的驱动下沿所述机械臂主体(1)移动，和/或，在所述驱动部(4)的驱动下伸长或缩短。/n

【技术特征摘要】
1.一种柔性机械臂，其特征在于，包括：机械臂主体(1)、变刚度伸缩滑动件(2)和驱动部(4)，所述变刚度伸缩滑动件(2)通过滑块柔性驱动件与所述驱动部(4)连接，并在所述驱动部(4)的驱动下沿所述机械臂主体(1)移动，和/或，在所述驱动部(4)的驱动下伸长或缩短。


2.根据权利要求1所述的柔性机械臂，其特征在于，所述变刚度伸缩滑动件(2)包括至少两个伸缩滑块段，所述至少两个伸缩滑块段依次嵌套设置，且相邻两个所述伸缩滑块段之间可相对移动。


3.根据权利要求2所述的柔性机械臂，其特征在于，所述变刚度伸缩滑动件(2)还包括末端安装段(28)，所述末端安装段(28)通过导向管可移动地连接在最内层的所述伸缩滑块段上，且可相对最内层的所述伸缩滑块段移动，所述末端安装段(28)的横截面积与最外层的所述伸缩滑块段的横截面积一致。


4.根据权利要求3所述的柔性机械臂，其特征在于，最外层的所述伸缩滑块段的第一端盖(21)上设置有第一滑块绳孔组，所述末端安装段(28)的第二端盖上设置有第二滑块绳孔组，所述滑块柔性驱动件通过所述第一滑块绳孔组和所述第二滑块绳孔组与所述变刚度伸缩滑动件(2)连接；
所述机械臂主体(1)的远离最外层的所述伸缩滑块段的一端的上盖(17)上设置有第三滑块绳孔组，所述第三滑块绳孔组用于供所述滑块柔性驱动件穿过。


5.根据权利要求4所述的柔性机械臂，其特征在于，所述滑块柔性驱动件包括第一滑块驱动绳(31)，所述第一滑块绳孔组包括第一底端过绳孔(211)，所述第一滑块驱动绳(31)的第一端连接在所述第一底端过绳孔(211)上，所述第一滑块驱动绳(31)的第二端连接在所述驱动部(4)上。


6.根据权利要求5所述的柔性机械臂，其特征在于，所述第一滑块绳孔组件还包括第二底端过绳孔(212)和第五底端过绳孔(215)，所述第二滑块绳孔组包括第二上端过绳孔(282)和第五上端过绳孔(285)，所述第三滑块绳孔...

【专利技术属性】
技术研发人员：张弘，曲绍兴，
申请(专利权)人：浙江清华柔性电子技术研究院，
类型：发明
国别省市：浙江;33