本实用新型专利技术公开了一种基于绳索驱动的变直径仿象鼻连续型机械臂，包括驱动模块及机械臂模块，所述机械臂模块包括多个串联的关节，所述的关节包括基座圆盘、末端圆盘、若干支撑圆盘、驱动绳组及柔性支撑杆，所述的基座圆盘、末端圆盘、若干支撑圆盘安装在柔性支撑杆上，且与柔性支撑杆同轴，基座圆盘、末端圆盘设置在柔性支撑杆两端；相邻的两关节中前一关节的后端的基座圆盘与后一关节前端的末端圆盘连接；每个关节的末端圆盘上固接有三个驱动绳，驱动模块包括多个伺服电机，每个伺服电机的输出轴上分别设有绕线盘，多个关节的每个驱动绳分别连接一绕线盘。本实用新型专利技术结构简单，其拥有较多自由度，可以对各关节进行独立调节，使控制更加精确。控制更加精确。控制更加精确。
【技术实现步骤摘要】
一种基于绳索驱动的变直径仿象鼻连续型机械臂
[0001]本技术涉及机器人领域，尤其是涉及一种基于绳索驱动的变直径仿象鼻连续型机械臂。
技术介绍
[0002]现代社会中，机械臂的应用十分广泛，能够为人类的生产乃至生活带来便利。随着科技的发展进步，各式各样的机械臂应运而生，其中还包括很多种仿生机械臂。相较于传统机械臂，仿生机械臂在结构上模仿借鉴自然界的各种生物，借助大自然的智慧巧妙地实现一些所需功能。基于绳索驱动的变直径仿象鼻连续型机械臂是为解决传统刚性机械臂自由度数目有限、灵活性较差的问题提出来的，其通过增加冗余关节，使关节空间的维数远大于任务空间维数，使得机械臂可以灵活地实现期望的末端姿态。
[0003]目前关于象鼻仿生机械臂的研究已经比较丰富，中国专利CN 111085989 A 提到的一种具有多自由度的变刚度仿生象鼻软体手臂，中国专利CN 112692822 A中提到的可实现缠绕运动的线驱动软体机械臂和中国专利CN 111168657 B中提到的一种线驱动连续体柔性机器人，其成本价格和控制难度也都比较高。为了降低成本和简化控制，中国专利CN 114102567 A提出了一种仿象鼻线驱动柔性多功能机械臂，但其机械臂部分较大，运动起来略显笨重。采用绳索的驱动方式，实现了驱动系统与机械臂的分离，有利于减轻机械臂的重量，可以更好的满足狭窄环境下的作业要求。因此，这种机械臂特别适合用作：(1) 复杂狭窄空间内的操作设备，大量的冗余关节可使机械臂具备极强的避障能力，特别适合用作特种机器人，例如用作灾后事故搜索机器人、观测机器人等。(2) 由于模仿了象鼻的外观，其很适合抓取不规则物体，即采用全臂包络方式抓取较大尺寸的不规则物体，其前窄后宽的设计，可使其在承受一定负载的同时牢固地抓取物体。
[0004]然而，目前仿象鼻机械臂大多为刚性结构，驱动采用液压或电机两种方式，且直接安装在转动关节处，驱动器固定在控制柜中，二者用电缆线进行连接，这样会带来很多缺点： (1) 自由度数目有限，无法实现满足复杂、狭窄等工况下的作业要求；(2) 增加了机械臂的惯性和质量，导致其承载能力受到一定的限制，影响机械臂的精度和响应速度；(3) 机械臂上存在电机等元器件，增加了机械臂的复杂性，成本增大。
技术实现思路
[0005]为了解决上述技术问题，本技术提供一种结构简单，拥有较多自由度，可以对各关节进行独立调节，使控制更加精确的基于绳索驱动的变直径仿象鼻连续型机械臂，其控制元件集成到控制箱内，不易受到恶劣环境的影响，有助于延长使用寿命，便于拆卸、维护和组装。
[0006]本技术所采用的技术方案是：一种基于绳索驱动的变直径仿象鼻连续型机械臂，包括驱动模块及机械臂模块，所述机械臂模块包括多个串联的关节，所述的关节包括基座圆盘、末端圆盘、若干支撑圆盘、驱动绳组及柔性支撑杆，所述的基座圆盘、末端圆盘、若
干支撑圆盘安装在柔性支撑杆上，且与柔性支撑杆同轴，基座圆盘、末端圆盘设置在柔性支撑杆两端；相邻的两关节中前一关节的后端的基座圆盘与后一关节前端的末端圆盘连接；每个关节的末端圆盘上固接有三个驱动绳，驱动模块包括多个伺服电机，每个伺服电机的输出轴上分别设有绕线盘，多个关节的每个驱动绳分别连接一绕线盘。
[0007]进一步的，包括三个关节，每个关节的三个驱动绳沿圆周方向均匀布置。
[0008]进一步的，所述柔性支撑杆采用镍钛合金杆、玻璃纤维杆或碳纤维杆；三个关节段的柔性支撑杆从后端关节至前端关节呈等差数列变细。
[0009]进一步的，所述驱动模块包括9个伺服电机、机架顶板及机架底板；机架顶板及机架底板平行设置，9个伺服电机底部安装在机架底板上，9个伺服电机顶部安装在机架顶板上，9个伺服电机沿圆周方向均匀布置；所述的伺服电机的输出轴伸出机架顶板并安装有绕线盘，对应于每个绕线盘设有一个过线盘，机架顶板和机架底板上对应于每个过线盘分别设有一个过线孔，驱动绳穿过过线孔和相对应的过线盘与绕线盘连接；所述的机械臂模块后端安装在机架底板上。
[0010]进一步的，基座圆盘、若干支撑圆盘、末端圆盘等间距安装在柔性支撑杆上，后端的关节的基座圆盘、末端圆盘、支撑圆盘上沿所述圆盘的周向均匀分布有9个过线孔；中间的关节的基座圆盘、末端圆盘、支撑圆盘上沿所述圆盘的周向均匀分布有6个过线孔；前端的关节的基座圆盘、末端圆盘、支撑圆盘上沿所述圆盘的周向均匀分布有3个过线孔。
[0011]进一步的，关节的基座圆盘的直径、支撑圆盘的直径、末端圆盘的直径从后向前依次呈等差数列减小；相邻的两关节的基座圆盘和末端圆盘的直径相同。
[0012]进一步的，前端的关节的基座圆盘、末端圆盘、支撑圆盘上的过线孔距柔性支撑杆中心的距离为12mm，中间的关节的基座圆盘、末端圆盘、支撑圆盘上的过线孔距柔性支撑杆中心的距离为15mm，后端的关节的基座圆盘、末端圆盘、支撑圆盘上的过线孔距柔性支撑杆中心的距离为18mm。
[0013]进一步的，后端关节的柔性支撑杆直径为5mm，中间的关节的柔性支撑杆直径为4mm，前端的关节的柔性支撑杆直径为3mm。
[0014]进一步的，所有基座圆盘、末端圆盘和支撑圆盘由树脂、聚甲醛或合金材质等轻型坚韧材料3D打印制成。
[0015]与现有技术相比，本技术的有益效果是：
[0016]本技术结构简单，其拥有较多自由度，可以对各关节进行独立调节，使控制更加精确；本技术机械臂模块的前部直径小于后部直径，可以极大的减轻关节的重量，而机械臂模块刚度在靠近底座的方向不断增加，提高了机械臂模块的承载能力和抗干扰能力从而进一步增加机械臂的负载能力，有利于实现机械臂模块的高速移动和快速响应；同时本技术采用驱动绳驱动，且3组驱动绳成共径向设置，每组驱动绳所在圆半径成等差增大，使得每个关节段的受力更加均匀；同时控制箱舍去了传统的丝杠传动机构，采用双滑轮进行力的换向和传递，改善了驱动绳的传动环境，大大减小了驱动箱的尺寸。
附图说明
[0017]图1是本技术的整体示意图。
[0018]图2是本技术的驱动模块的示意图。
[0019]图3是本技术的驱动模块的俯视图。
[0020]图4是本技术的机械臂模块的示意图。
[0021]图5是本技术的中间的关节的示意图。
[0022]图6是本技术的相邻关节连接的示意图（卸掉驱动绳）。
[0023]图7是本技术的支撑圆盘的结构示意图。
具体实施方式
[0024]以下将结合附图对本技术的技术方案进行清楚、完整的描述。
[0025]如图1
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7所示，本技术包括驱动模块1及机械臂模块2，所述机械臂模块包括3个串联的关节（关节数量不限于3个，可以多于三个，也可以是两个），所述的关节包括基座圆盘24、末端圆盘22、若干支撑圆盘23、驱动绳组及柔性支撑杆21，所述的基座圆盘24、若干支撑圆盘23、末端圆盘22等间距安装在柔性支撑杆21本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于绳索驱动的变直径仿象鼻连续型机械臂，其特征在于：包括驱动模块（1）及机械臂模块（2），所述机械臂模块包括多个串联的关节，所述的关节包括基座圆盘（24）、末端圆盘（22）、若干支撑圆盘（23）、驱动绳组及柔性支撑杆（21），所述的基座圆盘（24）、末端圆盘（22）、若干支撑圆盘（23）安装在柔性支撑杆（21）上，且与柔性支撑杆（21）同轴，基座圆盘（24）、末端圆盘（22）设置在柔性支撑杆（21）两端；相邻的两关节中前一关节的后端的基座圆盘（24）与后一关节前端的末端圆盘（22）连接；每个关节的末端圆盘（22）上固接有三个驱动绳(3)，驱动模块（1）包括多个伺服电机，每个伺服电机的输出轴上分别设有绕线盘，多个关节的每个驱动绳分别连接一绕线盘。2.根据权利要求1所述的基于绳索驱动的变直径仿象鼻连续型机械臂，其特征在于：包括三个关节，每个关节的三个驱动绳沿圆周方向均匀布置。3.根据权利要求2所述的基于绳索驱动的变直径仿象鼻连续型机械臂，其特征在于：所述柔性支撑杆（21）采用镍钛合金杆、玻璃纤维杆或碳纤维杆；三个关节段的柔性支撑杆（21）从后端关节至前端关节呈等差数列变细。4.根据权利要求2所述的基于绳索驱动的变直径仿象鼻连续型机械臂，其特征在于，所述驱动模块（1）包括9个伺服电机（11）、机架顶板（14）及机架底板（15）；机架顶板（14）及机架底板（15）平行设置，9个伺服电机（11）底部安装在机架底板（15）上，9个伺服电机（11）顶部安装在机架顶板（14）上，9个伺服电机（11）沿圆周方向均匀布置；所述的伺服电机（11）的输出轴伸出机架顶板（14）并安装有绕线盘（12），对应于每个绕线盘（12）设有一个过线盘（13），机架顶板（14）和机架底板（15）上对应于每个过线盘（13）分别设有一个过线孔，驱动绳穿过过线孔和相对应的过线盘（13）与绕线盘（12）连接；所述的机械臂模块（2）后...
【专利技术属性】
技术研发人员：全伟才，冯家琪，赵建豪，许靖伟，唐炫铭，刘博，
申请(专利权)人：湖南科技大学，
类型：新型
国别省市：
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