一种可折叠弯曲的串并联混合柔性机械臂制造技术

本发明专利技术公开了一种可折叠弯曲的串并联混合柔性机械臂，包括控制箱、第一丝驱动单元、测距传感器、第二丝驱动单元、SMA驱动单元和执行器；驱动方式在传统丝驱的基础上进行了混合与改进，混合在于结合SMA驱动让机械臂两个运动状态，通过丝驱实现快速定位，通过SMA实现靠近和微调，两种运动模式的转换使其可以完成更加多样的工作，且具备较快的定位速度；改进在于丝驱动分解控制，可以在力叠加可以接受的范围内增加机械臂运动自由度。运动支链利用折纸机构实现RSR机构同样的效果，可以简化安装、减小摩擦，从而增加机构的寿命与可靠度。两种控制方案相结合，除可以自主运动外还使用坐标分区法增加了用摇杆控制机械臂的模式，实现了很好的人机交互。的人机交互。的人机交互。

【技术实现步骤摘要】
一种可折叠弯曲的串并联混合柔性机械臂


[0001]本专利技术属于柔性机器人
，具体涉及一种运动模式可变、折叠率大、弯曲灵活、工作范围广的串并联混合柔性机械臂。

技术介绍

[0002]随着机器人应用场合的不断拓宽，任务种类不断增多，刚性机器人在一些特定条件下已经难以满足我们的需要。为了弥补刚体机器人柔韧性差、适应性差的缺点，模仿自然界象鼻与章鱼触手等类似软体生物提出的柔性机器人便应用而生。柔性机器人大多数用硅胶、橡胶制成，易于变形，而且与人体有更高的适应性。它可以通过高曲率的弯曲和扭转变形来适应不同的工作环境，在杂乱和非特定性工况之中表现得尤为出色，如在医疗领域，柔性机器人可以深入人的体腔进行辅助定位与手术指导，在航空航天领域柔性机器人和可以捕捉地球周围的太空垃圾保证飞行器的正常发射，在制造业，柔性机器人还可以进行复杂环境的零件装配，另外柔性机器人将来在搜救、管道检修等多方面都有着较好的应用前景。
[0003]柔性机械臂是基于柔性机器人技术诞生的一个分支，主要用于辅助人类完成一些复杂困难的工作，其大多有固定基座，末端装有用于完成不同工作的执行器。目前柔性机械臂主体结构已经提出过很多形式，大多数为多关节串联的形式。驱动方式有绳驱动、气体、液体驱动、光驱动、记忆合金驱动等多种。但是市场上常见的柔性机械臂大多有如下缺点：
[0004]1、运动模式较为单一，多数只有一种驱动方式，这样在面对需要变换工作力度或者工作精巧度的情况时就无法胜任。
[0005]2、没有很好的收缩性，这导致其工作空间没有被最大程度地挖掘，无法完成离机械臂结构体较近位置的工作。
[0006]鉴于上述，柔性机械臂的主体机构设计和驱动方式仍然是现在需要研究和创新的方向。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种可折叠弯曲的串并联混合柔性机械臂。本专利技术采用了RSR(转动副
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球面副
‑
转动副)串并联混合的结构形式、SMA(shapememoryalloys，形状记忆合金，简称SMA)与丝混合的驱动方式，目的在于解决以上问题，使柔性机械臂将来有更广阔的应用前景。
[0008]本专利技术为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：
[0009]一种可折叠弯曲的串并联混合柔性机械臂，包括控制箱、第一丝驱动单元、测距传感器、第二丝驱动单元、SMA驱动单元和执行器；
[0010]所述控制箱上端连接第一丝驱动单元，第一丝驱动单元和第二丝驱动单元之间设置测距传感器，第二丝驱动单元上端连接SMA驱动单元，SMA驱动单元上端连接执行器，所述第一丝驱动和第二丝驱动单元均包括若干相串连的丝驱动组件；
[0011]所述丝驱动组件包括丝驱动上连接板、丝驱动下连接板、丝驱动运动支链、丝驱动
弹簧底座、驱动丝和丝驱动弹簧，所述丝驱动上连接板和丝驱动下连接板的三条边之间通过丝驱动运动支链连接，所述丝驱动上连接板和丝驱动下连接板的三个角位置处设置丝驱动弹簧底座，丝驱动弹簧底座之间设置驱动丝和围绕驱动丝的丝驱动弹簧；
[0012]所述SMA驱动单元包括SMA驱动上连接板、SMA驱动下连接板、SMA驱动运动支链、SMA驱动弹簧底座和SMA驱动弹簧，所述SMA驱动上连接板和SMA驱动下连接板的三条边之间通过SMA驱动运动支链连接，所述SMA驱动上连接板和SMA驱动下连接板的三个角位置处设置SMA驱动弹簧底座，SMA驱动弹簧底座之间设置SMA驱动弹簧；
[0013]所述执行器为三爪抓取装置，其上设置有视觉识别传感器和角度加速度传感器。
[0014]在上述技术方案中，所述丝驱动运动支链和SMA驱动运动支链具有相同的结构，均包括上运动板、左上运动板、右上运动板、下运动板、左下运动板和右下运动板，所述上运动板分别和左上运动板、右上运动板向内单方向翻动连接，与该结构相对称地，所述下运动板分别和左下运动板、右下运动板向内单方向翻动连接，所述左上运动板和左下运动板向外单方向翻动连接，所述右上运动板和右下运动板向外单方向翻动连接。
[0015]在上述技术方案中，所述上运动板、左上运动板、右上运动板、下运动板、左下运动板和右下运动板于其中央位置围成一方孔。
[0016]在上述技术方案中，所述向内单方向翻动连接和向外单方向翻动连接通过韧性胶带单面粘贴连接。
[0017]在上述技术方案中，所述丝驱动上连接板/SMA驱动上连接板、丝驱动下连接板/SMA驱动下连接板为三角形碳纤维板，其上形成若干走线孔、弹簧底座安装孔和驱动丝孔；走线孔用于通过末端所需摄像头或其他传感器的线，方便其连接至控制箱；弹簧底座安装孔用于固定弹簧底座；驱动丝孔用于穿驱动丝。
[0018]在上述技术方案中，所述SMA驱动弹簧为通电加热伸长、常温收缩的记忆合金弹簧，提供伸展和折叠的力。
[0019]在上述技术方案中，所述控制箱内设置电机驱动器、电机和主控板，所述电机驱动器与电机相连，所述电机包括数量与驱动丝相对应的驱动丝电机和执行器电机，驱动丝电机的输出端连接丝杠，驱动丝的末端连接在丝杠上，执行器电机与执行器连接，所述主控板与测距传感器、加速度传感器和视觉识别传感器通讯连接，所述主控板控制SMA驱动弹簧的通电。
[0020]在上述技术方案中，所述控制箱还设置有摇杆模块，摇杆模块作为第二种控制方案，摇杆将当前位置坐标直接输入到主控板。
[0021]在上述技术方案中，所述电源是6S(22.2V)航模电池，带有一个额外的直流可调降压板，电池输出分为两部分，一路直接为电机驱动器供电，另一路通过降压板降压后为主控板和传感器供电。
[0022]在上述技术方案中，所述主控板型号为STM32F407，所述电机型号为42步进电机，所述电机驱动器型号为TB6600，所述测距传感器型号为GP2Y0A21，所述加速度角度传感器型号为MPU6050，所述视觉识别传感器型号为OV5640，所述直流可调降压板型号为LM2596S。
[0023]本专利技术具有的优点和积极效果是：
[0024]1、本专利技术具有较高的折叠率，扩展了传统机械臂的工作空间，使机械臂的运动更加灵活多变。
[0025]2、本专利技术驱动方式在传统丝驱的基础上进行了混合与改进，混合在于结合SMA驱动让机械臂两个运动状态，一是通过丝驱实现快速定位，二是通过SMA实现靠近和微调，两种运动模式的转换使其可以完成更加多样的工作，且具备较快的定位速度；改进在于丝驱动分解控制，可以在力叠加可以接受的范围内增加机械臂运动自由度。
[0026]3、本专利技术中的运动支链利用折纸机构实现RSR机构同样的效果，可以简化安装、减小摩擦，从而增加机构的寿命与可靠度。
[0027]4、本专利技术两种控制方案相结合，除可以自主运动外还使用坐标分区法增加了用摇杆控制机械臂的模式，实现了很好的人机交互。
附图说明
[0028]图1为本专利技术整体结构示意图；
[0029]图2为丝驱动组件的结构示意图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可折叠弯曲的串并联混合柔性机械臂，其特征在于：包括控制箱、第一丝驱动单元、测距传感器、第二丝驱动单元、SMA驱动单元和执行器；所述控制箱上端连接第一丝驱动单元，第一丝驱动单元和第二丝驱动单元之间设置测距传感器，第二丝驱动单元上端连接SMA驱动单元，SMA驱动单元上端连接执行器，所述第一丝驱动和第二丝驱动单元均包括若干相串连的丝驱动组件；所述丝驱动组件包括丝驱动上连接板、丝驱动下连接板、丝驱动运动支链、丝驱动弹簧底座、驱动丝和丝驱动弹簧，所述丝驱动上连接板和丝驱动下连接板的三条边之间通过丝驱动运动支链连接，所述丝驱动上连接板和丝驱动下连接板的三个角位置处设置丝驱动弹簧底座，丝驱动弹簧底座之间设置驱动丝和围绕驱动丝的丝驱动弹簧；所述SMA驱动单元包括SMA驱动上连接板、SMA驱动下连接板、SMA驱动运动支链、SMA驱动弹簧底座和SMA驱动弹簧，所述SMA驱动上连接板和SMA驱动下连接板的三条边之间通过SMA驱动运动支链连接，所述SMA驱动上连接板和SMA驱动下连接板的三个角位置处设置SMA驱动弹簧底座，SMA驱动弹簧底座之间设置SMA驱动弹簧；所述执行器为三爪抓取装置，其上设置有视觉识别传感器和角度加速度传感器。2.根据权利要求1所述的一种可折叠弯曲的串并联混合柔性机械臂，其特征在于：所述丝驱动运动支链和SMA驱动运动支链具有相同的结构，均包括上运动板、左上运动板、右上运动板、下运动板、左下运动板和右下运动板，所述上运动板分别和左上运动板、右上运动板向内单方向翻动连接，与该结构相对称地，所述下运动板分别和左下运动板、右下运动板向内单方向翻动连接，所述左上运动板和左下运动板向外单方向翻动连接，所述右上运动板和右下运动板向外单方向翻动连接。3.根据权利要求2所述的一种可折叠弯曲的串并联混合柔性机械臂，其特征在于：所述上运动板、左上运动板、右上运动板、下运动板、左下运动板和右下运动板于其中央位置围成...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴建生，张泽，庄哲明，唐昭，关云涛，陈芳，魏巍，李咪，张昊临，杜晓龙，常乐，王彤，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：