一种欠驱动平面蛇形机械臂制造技术

一种欠驱动平面蛇形机械臂，属于绳索驱动蛇形机械臂研究领域，由驱动系统、蛇形机械臂机体部分、驱动绳索组成。驱动系统主要由电机、滑轮组成，蛇形机械臂机体部分主要由连接块、关节组成，每两个连接块由关节进行连接，实现旋转自由度。采用一个驱动模块同时驱动三个关节，三个关节和连接块组成一个关节组模块，关节组模块总共由三根绳索实现驱动，三根绳索由单个电机带动一个多径滑轮进行驱动，从而实现平面蛇形机械臂欠驱动功能。采用欠驱动方式，在保证自由度的基础上，有效增加了机器人长度，扩大了其工作范围。扩大了其工作范围。扩大了其工作范围。

【技术实现步骤摘要】
一种欠驱动平面蛇形机械臂


[0001]本专利技术涉及蛇形机械臂研究领域，所述的欠驱动蛇形机械臂可实现平面蛇形机械臂欠驱动，可简化驱动结构，同时与全驱动蛇形机械臂相比，在具有相同自由度的基础上，可有效增加机械臂的臂长，从而扩大其工作范围。

技术介绍

[0002]蛇形机械臂是一种模仿生物蛇、具有独特结构形式的仿生机器人，可以在各种复杂的环境下进行运动，如管道、沼泽、夹缝等，运用范围广，运动形式多样，因此蛇形机械臂用途广泛，可以用于执行多种不同的任务。蛇形机械臂机体狭长，可以方便地进出各种狭缝、管道和隔层进行探测，这在救灾抢险、搜救生还者方面可以发挥巨大的作用。
[0003]蛇形机械臂的驱动方式主要有两种，一种为关节内置驱动，一种为绳索外置驱动，绳索外置驱动可有效减轻蛇形机械臂臂部分的重量，增强其运动灵活性。蛇形机械臂按运动能力，可分为三维蛇形机械臂和平面蛇形机械臂。
[0004]现有绳索驱动平面蛇形机械臂，依据旋转关节实现一个弯曲自由度，单个驱动对应
[0005]一个旋转自由度，若要实现多个自由度，则需对应的多个驱动模块，驱动系统较复杂，增加了控制难度。

技术实现思路

[0006]本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种欠驱动平面蛇形机械臂，在保证自由度的基础上，有效增加机器人长度，扩大其工作范围，采用欠驱动方式，简化驱动系统结构及控制算法，提高控制效率。
[0007]本专利技术的技术方案是：一种欠驱动平面蛇形机械臂，包括电机、关节一、连接块四、关节二、关节三、关节三驱动绳索、关节二驱动绳索、关节一驱动绳索和多径滑轮、基座、连接块一、连接块二、连接块三；电机与多径滑轮连接；关节一驱动绳索、关节二驱动绳索、关节三驱动绳索的一端分别与多径滑轮连接，另一端分别与关节一、关节二、关节三处的连接块四、连接块二、连接块三固定连接；关节一两端连接到连接块四和连接块一处，关节二两端连接到连接块四和连接块二处、关节三两端连接到连接块二和连接块三处；通过电机带动多径滑轮运动，多径滑轮的旋转运动转换为关节一驱动绳索、关节二驱动绳索、关节三驱动绳索的位移，从而实现关节一、关节二、关节三的旋转运动。
[0008]所述关节一、关节二、关节三均为十字轴旋转关节，且均具有旋转自由度。
[0009]所述关节一、关节二、关节三的材料均为钛合金。
[0010]所述连接块四、连接块一、连接块二、连接块三材料均采用铝合金。
[0011]所述基座具有调节绳索张紧程度的功能。
[0012]关节一驱动绳索、关节二驱动绳索、关节三驱动绳索同时连接到多径滑轮上，通过电机与多径滑轮驱动关节三驱动绳索、关节二驱动绳索、关节一驱动绳索同时产生位移，进
而控制关节一、关节二、关节三的运动。
[0013]所述多径滑轮上挖有个槽，分别对应关节一驱动绳索、关节二驱动绳索、关节三驱动绳索，可根据实际需求更改槽的直径大小，进而实现关节不同的运动角度。
[0014]所述多径滑轮三段不同直径的滑轮槽，其直径具有以下关系：
[0015]d2＝2d1；d3＝3d1，其中d1、d2、d3分别为三段直径。
[0016]通过电机带动多径滑轮正反转，控制关节一驱动绳索、关节二驱动绳索、关节三驱动绳索伸缩方向的改变，进而控制关节运动方向。
[0017]可根据实际需求增加关节与连接块数量，并更改多径滑轮上对应槽的数量和驱动绳索的数量，从而增加机械臂的长度。
[0018]本专利技术与现有技术相比的优点在于：
[0019]现有平面蛇形机械臂采用全驱动的方式，本专利技术采用欠驱动形式，可简化驱动结构，同时与全驱动蛇形机械臂相比，在具有相同自由度的基础上，可有效增加机械臂的臂长，从而扩大其工作范围；同时由于采用单个电机驱动三个关节，可以减少控制量，简化控制程序；在本专利技术中的多径滑轮可按照实际的关节运动角度需求，设计所对应的滑轮槽直径，进一步得到关节之间不同的运动角度倍数关系。
[0020]此外，本专利技术可实现平面蛇形机械臂欠驱动，采用欠驱动方式，在保证自由度的基础上，有效增加了机器人长度，扩大了其工作范围。同时采用滑轮闭合驱动方式，利用一个电机驱动关节正反方向的旋转，简化了驱动系统结构及控制算法，提高了控制效率。
附图说明
[0021]图1是基于本专利技术的欠驱动平面蛇形机械臂的整体结构图。
[0022]图2是基于本专利技术的欠驱动平面蛇形机械臂的多径滑轮图。
[0023]图3是基于本专利技术的欠驱动平面蛇形机械臂的关节示意图。
[0024]图4为基于本专利技术的欠驱动平面蛇形机械臂的基座示意图。
具体实施方式
[0025]本专利技术将结合实施例和附图进行实施方式的说明，请同时参照附图1至4。本专利技术的欠驱动平面蛇形机械臂，如图1所示，由电机1、关节一2、连接块3、关节二4、关节三5、关节三驱动绳索6、关节二驱动绳索7、关节一驱动绳索8、多径滑轮9、基座10、连接块11、连接块12、连接块13、电机与多径滑轮支撑座14组成。电机1与多径滑轮9连接；关节一驱动绳索8、关节二驱动绳索7、关节三驱动绳索6的一端分别与多径滑轮9连接，另一端分别与关节一2、关节二4、关节三5处的连接块3、连接块12、连接块13固定连接；关节一2的两端与连接块3与连接块11相连、关节二4的两端与连接块3与连接块12相连、关节三5的两端与连接块12与连接块13相连。通过电机1带动多径滑轮9运动，多径滑轮9的旋转运动转换为关节一驱动绳索8、关节二驱动绳索7、关节三驱动绳索6的位移，从而实现关节一2、关节二4、关节三5的旋转运动。本专利技术中采用单个电机控制多个关节，此工作方式可实现平面蛇形机械臂的欠驱动功能。
[0026]本实施例中的多径滑轮9如图2所示，包括三段不同直径的滑轮槽，其直径具有以下关系：
[0027]d2＝md1；d3＝nd1[0028]在实施例中选择m为2，n为3，以实现每个关节运动角度相同的目的。直径为d1的滑轮槽对应关节一2，直径为d2的滑轮槽对应关节二4，直径为d3的滑轮槽对应关节三5。假设当电机1转过角度为θ时，关节一驱动绳索8位移为l，对应关节一运动角度为α，则关节二驱动绳索7位移为2l、关节三驱动绳索6位移为3l，从而得到关节二4运动角度、关节三5的运动角度都为α，此时三个关节运动角度相等。在实际情况中，可按照实际的关节运动角度需求，设计所对应的滑轮槽直径，进一步得到关节之间不同的运动角度倍数关系。图3所示为关节结构以及连接示意图。
[0029]本实施例中的基座10如图4所示，基座10与电机和多径滑轮支撑座14相连，基座10由部件15、部件16、螺栓17、螺母18组成，部件15与部件16可相对移动，通过调节螺母18，可改变部件15与部件16之间的距离，从而实现驱动绳索的张紧。
[0030]本专利技术虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本专利技术，任何本领域技术人员在不脱离本专利技术的精神和范围内，都可以利用上述揭示的
技术实现思路
对本专利技术技术方案做本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种欠驱动平面蛇形机械臂，其特征在于：包括电机(1)、关节一(2)、连接块四(3)、关节二(4)、关节三(5)、关节三驱动绳索(6)、关节二驱动绳索(7)、关节一驱动绳索(8)和多径滑轮(9)、基座(10)、连接块一(11)、连接块二(12)、连接块三(13)和多径滑轮支撑座(14)；电机(1)与多径滑轮(9)连接；关节一驱动绳索(8)、关节二驱动绳索(7)、关节三驱动绳索(6)的一端分别与多径滑轮(9)连接，另一端分别与关节一(2)、关节二(4)、关节三(5)处的连接块四(3)、连接块二(12)、连接块三(13)固定连接；关节一(2)两端连接到连接块四(3)和连接块一(11)处，关节二(4)两端连接到连接块四(3)和连接块二(12)处、关节三(5)两端连接到连接块二(12)和连接块三(13)处；基座(10)与多径滑轮支撑座(14)相连；通过电机(1)带动多径滑轮(9)运动，多径滑轮(9)的旋转运动转换为关节一驱动绳索(8)、关节二驱动绳索(7)、关节三驱动绳索(6)的位移，从而实现关节一(2)、关节二(4)、关节三(5)的旋转运动。2.根据权利要求1所述的一种欠驱动平面蛇形机械臂，其特征在于：所述关节一(2)、关节二(4)、关节三(5)均为十字轴旋转关节，且均具有旋转自由度。3.根据权利要求1所述的一种欠驱动平面蛇形机械臂，其特征在于：所述关节一(2)、关节二(4)、关节三(5)的材料均为钛合金。4.根据权利要求1所述的一种欠驱动平面蛇形机械臂，其特征在于：所述连接块四(3)、连...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭亚星，黄玉平，郑继贵，侍威，何理论，姜涛，
申请(专利权)人：北京精密机电控制设备研究所，
类型：发明
国别省市：