仿生交叉鱼骨形连续体机器人机械臂制造技术

本发明专利技术提供一种仿生交叉鱼骨形连续体机器人机械臂，其包括箱体、柔性机械臂、驱动绳索、驱动电机模块和控制模块，控制模块通过驱动电机模块控制驱动绳索驱动柔性机械臂动作。柔性机械臂包括端盖、若干节仿鱼骨基本模块和若干个中间连接盘，相邻的两节仿鱼骨基本模块通过中间连接盘交叉串联在一起；仿鱼骨基本模块包括刚柔混合的仿生鱼骨架和弹簧钢片。本发明专利技术既能完成各向弯曲运动，又能通过特有的刚柔混合仿生鱼骨架结构，使机械臂在运动过程中驱动绳索的形变更加接近圆弧形与理论模型假设条件更加吻合，从而使机械臂末端位置更加准确，良好地解决传统连续体机器人机械臂运动误差大的问题。差大的问题。差大的问题。

【技术实现步骤摘要】
仿生交叉鱼骨形连续体机器人机械臂


[0001]本专利技术涉及一种连续体机器人的机械臂，具体地说，涉及一种模仿鱼骨结构的仿生交叉鱼骨形连续体机器人机械臂。本专利技术属于机器人


技术介绍

[0002]传统工业机器人大多为刚性机器人，其机械臂多由多个刚性结构部件串联而成，具有负载能力大、运动精度高、系统响应快以及控制技术成熟等优点，已广泛地应用在汽车装配、物流分拣以及构件焊接等领域。但此类机器人通常工作在宽阔的结构化环境内，其难以适应狭窄复杂的工作环境，如生物体内部、狭长的管道内等。随着近些年新兴的连续体机器人的出现，由于其机械臂具有高度可变形结构特点，理论上具有无限多的自由度，使其能够在复杂的工作环境内工作，特别是能够在狭长复杂的管道空间内自主工作，从而弥补传统工业机器人的不足。
[0003]连续体机器人机械臂按其布置形式大致分为并联型，串联型和串并混联型，其运动形式为纵向伸出或径向扩张或各向弯曲。例如，公开号为CN205363953U的中国专利公开了一种气动绳控负荷型柔性机械臂，该机械臂主要由多节并联机构串联而成，每个关节由十字万向节连接，能够向多个方向弯曲。公开号为CN108340381B的中国专利公开了一种可伸缩的变尺度连续体机械臂，该机械臂由四根驱动绳索驱动完成各方向弯曲运动，其箱体内有一大型齿轮用来完成机械臂的纵向伸出和收缩运动，此外其关节还可进行一定程度的径向张开。
[0004]目前，此类连续体机器人机械臂普遍存在的问题是：机械臂在弯曲变形过程中，机械臂的弯曲近似于圆弧状，但是其外侧的驱动绳索则呈直线状，导致在进行机械臂运动学建模时，需构建驱动绳索绳长与机械臂末端位置的对应关系，即若驱动绳索为直线，当改变第一个弯曲单元驱动绳索长度使其弯曲的同时，控制第二单元弯曲的驱动绳索长度也会发生改变，此外在计算直线型驱动绳索绳长时会引入正弦和余弦值，这都将使理论建模的复杂程度增加，并会影响建模精度，从而使得后期机械臂在控制过程中运动精度受到影响。

技术实现思路

[0005]鉴于上述原因，本专利技术的目的是提供一种模仿鱼骨结构的仿生交叉鱼骨形连续体机器人机械臂。该连续体机器人机械臂弯曲变形过程中，其驱动绳索随机械臂一同弯曲成圆弧状，从而大大简化机械臂理论建模的复杂程度，并提高了建模精度，机械臂运动精度高。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种仿生交叉鱼骨形连续体机器人机械臂，其包括箱体、柔性机械臂、驱动绳索、驱动电机模块和控制模块；所述柔性机械臂的一端通过螺栓固定在所述箱体上；所述驱动绳索、驱动电机模块和控制模块固定在所述箱体内；所述驱动绳索穿设所述柔性机械臂；所述控制模块通过所述驱动电机模块控制所述驱动绳索驱动所述柔性机械臂动作；
[0007]所述柔性机械臂由端盖、若干节仿鱼骨基本模块和若干个中间连接盘组合而成，相邻的两节所述仿鱼骨基本模块通过所述中间连接盘交叉串联在一起，所述端盖固定在所述仿鱼骨基本模块的端部；
[0008]所述仿鱼骨基本模块由刚柔混合的仿生鱼骨架和弹簧钢片构成；
[0009]所述刚柔混合的仿生鱼骨架由3D打印技术一次性打印成型，其中间为一长条形矩形骨架，该长条形矩形骨架由柔性材料3D打印成型，模仿鱼的脊柱；在所述长条形矩形骨架的内部、贯穿骨架的首尾开有矩形通孔；在所述长条形矩形骨架上，垂直骨架间隔地设有若干片鱼片，该鱼片由刚性材料3D打印成型，模仿鱼的肋骨；所述鱼片为十字形，其各个端部均为圆弧状，其端部周向均布有四组、每组两个用于穿设所述驱动绳索的第一穿线孔；
[0010]所述弹簧钢片穿设在所述长条形矩形骨架的矩形通孔；该弹簧钢片为一矩形的可弯曲的柔性钢片，其两端中间处各开有一用于插接的矩形开口，其两端的上、下端部分别设有安装孔；
[0011]当相邻的两节所述仿鱼骨基本模块通过所述中间连接盘串联时，相邻的两块所述弹簧钢片相互垂直叉接。
[0012]优选地，所述驱动绳索分为上、下、左、右四组，每组包括两根所述驱动绳索，所述驱动绳索分别穿设于构成所述仿生鱼骨基本模块的所述鱼片周向均布的所述第一穿线孔；
[0013]所述四组驱动绳索对向布置，所述上面一组驱动绳索驱动所述柔性机械臂上仰，所述下面一组驱动绳索驱动所述柔性机械臂下俯，所述左面一组驱动绳索驱动所述柔性机械臂向左弯曲，所述右面一组驱动绳索驱动所述柔性机械臂向右弯曲。
[0014]优选地，所述柔性机械臂由前后端盖、四节仿鱼骨基本模块和三个中间连接盘组合而成；所述四组、每组两根驱动绳索的长度为一长一短；
[0015]所述第一组、两根驱动绳索的一端与所述驱动电机模块相连，其中，短的所述驱动绳索的另一端固定在第一个所述中间连接盘上端，长的所述驱动绳索的另一端固定在第三个所述中间连接盘上端，用于控制柔性机械臂上仰；
[0016]所述第二组、两根驱动绳索的一端与所述驱动电机模块相连，其中，短的所述驱动绳索的另一端固定在第一个所述中间连接盘下端，长的所述驱动绳索的另一端固定在第三个所述中间连接盘下端，用于控制柔性机械臂下俯；
[0017]所述第三组、两根驱动绳索一端与所述驱动电机模块相连，其中，短的所述驱动绳索的另一端固定在第二个所述中间连接盘左端，长的所述驱动绳索的另一端固定在机械臂活动端所述端盖左端，用于控制柔性机械臂向左弯曲；
[0018]所述第四组、两根驱动绳索一端与所述驱动电机模块相连，其中，短的所述驱动绳索的另一端固定在所述第二个中间连接盘右端，长的所述驱动绳索的另一端固定在机械臂活动端所述端盖右端，用于控制柔性机械臂的向右弯曲。
[0019]优选地，所述中间连接盘为十字形，其形状与十字形所述鱼片的形状相同；所述中间连接盘的四个端部，周向均布有四组、每组两个用于穿设所述驱动绳索的第二穿线孔；
[0020]在所述中间连接盘的前后面中间处，沿所述中间连接盘四个伸出的端臂，开有一个横向矩形插槽和一个纵向矩形插槽；在所述横向矩形插槽和纵向矩形插槽的两端各开有一个用于固定插入的所述弹簧钢板的第一安装孔；
[0021]在组装柔性机械臂时，将前一节所述仿鱼骨基本模块的弹簧钢片插入所述中间连
接盘前面纵向矩形插槽内，将后一节所述仿鱼骨基本模块旋转90度，将后一节所述仿鱼骨基本模块的弹簧钢片插入同一所述中间连接盘背面横向矩形插槽内；使相邻的两节所述仿鱼骨基本模块交叉串联连接，两者呈90度共同插入连接处的同一所述中间连接盘上，所述前一节仿鱼骨基本模块呈垂直布置实现偏转功能，所述后一节仿鱼骨基本模块呈水平布置实现俯仰功能。
[0022]优选地，所述端盖为一法兰盘，在所述法兰盘上凸设有十字形架；
[0023]所述十字形架的形状与十字形所述鱼片的形状相同，所述十字形架的四个端部、周向均布设有四组、每组两个用于穿设驱动绳索的第三穿线孔；在所述十字形架的正面中间处，开有一个用于插固所述弹簧钢板的纵向矩形插槽，在所述矩形插槽的两端各设有一用于固定插入的所述弹簧钢板的第二安装孔；
[0024]当多节所述防鱼骨基本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种仿生交叉鱼骨形连续体机器人机械臂，其包括箱体、柔性机械臂、驱动绳索、驱动电机模块和控制模块；所述柔性机械臂的一端通过螺栓固定在所述箱体上；所述驱动绳索、驱动电机模块和控制模块固定在所述箱体内；所述驱动绳索穿设所述柔性机械臂；所述控制模块通过所述驱动电机模块控制所述驱动绳索驱动所述柔性机械臂动作，其特征在于：所述柔性机械臂包括端盖、若干节仿鱼骨基本模块和若干个中间连接盘，相邻的两节所述仿鱼骨基本模块通过所述中间连接盘交叉串联在一起，所述端盖固定在所述仿鱼骨基本模块的端部；所述仿鱼骨基本模块包括刚柔混合的仿生鱼骨架和弹簧钢片；所述刚柔混合的仿生鱼骨架由3D打印技术一次性打印成型，且其中间为一长条形矩形骨架，所述长条形矩形骨架由柔性材料3D打印成型，模仿鱼的脊柱；在所述长条形矩形骨架的内部、贯穿骨架的首尾开有矩形通孔；在所述长条形矩形骨架上，垂直于骨架间隔地设有若干片鱼片，所述鱼片由刚性材料3D打印成型，模仿鱼的肋骨；所述鱼片为十字形，且其各个端部均为圆弧状，其端部周向均布有四组、每组两个用于穿设所述驱动绳索的第一穿线孔；所述弹簧钢片穿设在所述长条形矩形骨架的矩形通孔中；所述弹簧钢片为一矩形的能弯曲的柔性钢片，所述弹簧钢片的两端的中间处各开有一用于插接的矩形开口，所述弹簧钢片的两端的上端部和下端部分别设有安装孔；当相邻的两节所述仿鱼骨基本模块通过所述中间连接盘串联时，相邻的两块所述弹簧钢片相互垂直叉接。2.根据权利要求1所述一种仿生交叉鱼骨形连续体机器人机械臂，其特征在于：所述驱动绳索分为上、下、左、右四组，每组包括两根所述驱动绳索，所述驱动绳索分别穿设于构成所述仿生鱼骨基本模块的所述鱼片周向均布的所述第一穿线孔；四组所述驱动绳索对向布置，位于上的面一组的所述驱动绳索驱动所述柔性机械臂上仰，位于下面的一组所述驱动绳索驱动所述柔性机械臂下俯，位于左面的一组所述驱动绳索驱动所述柔性机械臂向左弯曲，位于右面的一组所述驱动绳索驱动所述柔性机械臂向右弯曲。3.根据权利要求2所述一种仿生交叉鱼骨形连续体机器人机械臂，其特征在于：所述柔性机械臂包括前后端盖、四节仿鱼骨基本模块和三个中间连接盘；所述四组、每组两根驱动绳索的长度为一长一短；所述第一组、两根驱动绳索的第一端与所述驱动电机模块相连，其中，短的所述驱动绳索的第二端固定在第一个所述中间连接盘的上端，长的所述驱动绳索的第二端固定在第三个所述中间连接盘的上端，用于控制柔性机械臂上仰；所述第二组、两根驱动绳索的第一端与所述驱动电机模块相连，其中，短的所述驱动绳索的第二端固定在第一个所述中间连接盘的下端，长的所述驱动绳索的第二端固定在第三个所述中间连接盘的下端，用于控制柔性机械臂下俯；所述第三组、两根驱动绳索的第一端与所述驱动电机模块相连，其中，短的所述驱动绳索的第二端固定在第二个所述中间连接盘的左端，长的所述驱动绳索的第二端固定在机械臂活动端的所述端盖的左端，用于控制柔性机械臂向左弯曲；
所述第四组、两根驱动绳索的第一端与所述驱动电机模块相连，其中，短的所述驱动绳索的第二端固定在所述第二个中间连接盘的右端，长的所述驱动绳索的第二端固定在机械臂活动端的所述端盖的右端，用于控制柔性机械臂的向右弯曲。4.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚建涛，周盼，张轩浩，齐树鹏，赵永生，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：