一种多稳态超冗余柔性机械臂制造技术

本发明专利技术公开了一种多稳态超冗余柔性机械臂，属于机械臂技术领域。一种多稳态超冗余柔性机械臂，包括：基座、关节以及绳驱组件；关节包括多个依次连接的单关节，最后一节单关节与基座连接，相邻单关节之间铰接；单关节包括两个相对设置的底座，以及设置在两个底座之间的桁架组件和气弹簧，气弹簧位于桁架组件的内部，桁架组件和气弹簧沿单关节的延伸方向伸缩。本发明专利技术的机械臂不但能实现常规机械臂的弯曲等动作，其单关节可以通过气弹簧进行伸缩，通过单关节的伸缩来实现整个机械臂的伸长和缩短，不但极大减小关节的复杂程度，而且稳态的时候整个机械臂的长度可控、精确，使关节能精确到达范围内的任意位置。精确到达范围内的任意位置。精确到达范围内的任意位置。

【技术实现步骤摘要】
一种多稳态超冗余柔性机械臂


[0001]本专利技术涉及机械臂
，具体涉及一种多稳态超冗余柔性机械臂。

技术介绍

[0002]空间机器人是执行航天器在轨维护的主要工具，然而目前“卫星+刚性机械臂”方案由于目标适应性弱、灵巧性不足、自主能力有限，无法满足航天器在轨维护任务复杂多样的需求，况且未来大型设备维护、检修等任务对机械臂在限制性或狭小空间的作业能力提出了更高要求。传统刚性机械臂受构型、自由度等限制，在非结构下操控能力受到极大限制。因此急需发展柔性机械臂，完善中大型设备狭小空间监测和维护的能力。
[0003]目前对柔性机械臂高自由度、高精确度以及高安全性的需求，通常采用多稳态绳驱超冗余机械臂，通过对机械臂关节的结构设计、控制系统编程，运动规划，使机械臂能够实现包括弯曲、旋转、扭转、轴向伸缩在内的多种运动形式，并且可以通过关节与关节之间的组合，让多个关节组成一个连续平滑的、可控性高的运动系统，极大减小关节复杂度的同时，通过不同稳态的转换配合绳驱达到任意变换作业形态的目的，能够满足各个领域对具有复杂环境适应能力的新型机械臂的迫切需求,特别是在轨服务任务中，空间机器人涉及抓捕、操控等多项任务，要求空间机器人对服务目标抓捕能力强、抓捕后可精细操作等。但是，目前大多数超冗余机械臂其单关节无法实现可控的伸长和缩短，即便能够实现伸长和缩短，也存在精度不高，伸缩不到位的缺点。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种多稳态超冗余柔性机械臂，以解决现有超冗余机械臂伸缩精度不高，导致伸缩不到位的问题。
[0005]本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：
[0006]一种多稳态超冗余柔性机械臂，包括：基座、关节以及绳驱组件；关节包括多个依次连接的单关节，最后一节单关节与基座连接，相邻单关节之间铰接；单关节包括两个相对设置的底座，以及设置在两个底座之间的桁架组件和气弹簧，气弹簧位于桁架组件的内部，桁架组件和气弹簧沿单关节的延伸方向伸缩。
[0007]进一步地，上述桁架组件包括至少两组连杆组件；连杆组件包括分别与两个底座连接的第一连接块和第二连接块，以及多个依次铰接的连杆；同一连杆组件上的连杆螺旋设置在气弹簧的外侧，同一连杆组件两端的连杆分别与第一连接块和第二连接块铰接；所有连杆组件的连杆的螺旋方式一致。
[0008]进一步地，上述桁架组件的内侧设有中心环，中心环套设在气弹簧的外侧并与所有连杆组件相对应的连杆铰接。
[0009]进一步地，上述中心环的中心轴与桁架组件和气弹簧的伸缩方向平行。
[0010]进一步地，上述中心环与连杆的铰接方向垂直桁架组件和气弹簧的伸缩方向。
[0011]进一步地，上述连杆的中部呈拱形。
[0012]进一步地，上述相邻单关节之间通过万向节连接。
[0013]进一步地，上述绳驱组件包括数量一一对应的电机、卷筒以及驱动绳；每一个单关节远离基座的底座连接有至少三根驱动绳，驱动绳绕卷在卷筒上，卷筒与电机连接，卷筒和电机设置在基座内。
[0014]进一步地，上述每一个底座的边缘设有数量与驱动绳的数量一致的穿绳孔，穿绳孔用于对应的驱动绳的连接或对应的驱动绳的穿过。
[0015]进一步地，上述第一节单关节远离基座的底座设有摄像头和柔性压力传感器，用于探测末端复杂情况的空间情况，并且通过柔性压力传感器实时监测传感回压力数据并及时进行调整。
[0016]本专利技术具有以下有益效果：
[0017](1)本专利技术的机械臂不但能实现常规机械臂的弯曲等动作，其单关节可以通过气弹簧进行伸缩，通过单关节的伸缩来实现整个机械臂的伸长和缩短，不但极大减小关节的复杂程度，而且稳态的时候整个机械臂的长度可控、精确，使关节能精确到达范围内的任意位置。
[0018](2)本专利技术的桁架呈剪叉式结构，连接两个底座时，作为承重主要部件，保证气弹簧的横向稳定性，辅助气弹簧承受轴向力。
[0019](3)本专利技术的气弹簧仅需要对其提供缩短或伸长的能量，对应的伸长或缩短的能量通过弹性势能提供，不但节省了能量，也能确保控制更加精确。
附图说明
[0020]图1为本专利技术的多稳态超冗余柔性机械臂的结构示意图；
[0021]图2为本专利技术相邻单关节的连接结构示意图；
[0022]图3为本专利技术的单关节的结构示意图。
[0023]图中：10
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基座；20
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关节；21
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单关节；22
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底座；23
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桁架组件；24
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气弹簧；25
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连杆组件；26
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中心环；27
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万向节；30
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驱动绳；221
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穿绳孔；251
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第一连接块；252
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第二连接块；253
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连杆。
具体实施方式
[0024]以下结合附图对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。
[0025]请参照图1和图2，本实施例提供一种多稳态超冗余柔性机械臂，其包括基座10、关节20以及绳驱组件。关节20包括多个依次连接的单关节21。第一节单关节21设有摄像头和柔性压力传感器，用于探测末端复杂情况的空间情况，并且通过柔性压力传感器实时监测传感回压力数据并及时进行调整。最后一节单关节21与基座10固定连接，绳驱组件通过驱动绳30与每一节单关节21连接。相邻单关节21之间通过万向节27连接，使相邻单关节21之间能转动。通过绳驱组件可以带动关节20进行弯曲等动作。
[0026]请参照图1至图3，单关节21包括两个相对设置的底座22，以及设置在两个底座22之间的桁架组件23和气弹簧24。底座22位于单关节21的两端，桁架组件23和气弹簧24的两端分别与两个底座22连接。桁架组件23包括四组连杆组件25，连杆组件25包括分别与两个
底座22固定连接的第一连接块251和第二连接块252，以及多个依次铰接的连杆253。同一组连杆组件25中两端的连杆253分别与两个底座22连接，同一组连杆组件25中的所有连杆253呈螺旋方式设置在气弹簧24的外侧，所有连杆组件25中的连杆253的螺旋方式一致。为了便于连杆253以螺旋方式设置在气弹簧24的外侧，在本实施例中，连杆253的中部呈弧形，相邻连杆253之间通过铰接轴连接(铰接轴的两端分别与相邻的连杆253连接，使得相邻连杆253连接的位置之间具有一定的距离，从而使连杆253能以螺旋方式设置在气弹簧24的外侧)。
[0027]桁架组件23的内侧设有多个中心环26，中心环26套设在气弹簧24的外侧，其不会影响气弹簧24的伸缩。中心环26分别与所有连杆组件25中相对应的连杆253铰接。中心环26的存在能提高整个桁架组件23的整体性，提高整个桁架组件23的承重能力，从而保证气弹簧24的稳定性，辅助气弹簧24承受轴向力本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多稳态超冗余柔性机械臂，其特征在于，包括：基座(10)、关节(20)以及绳驱组件；所述关节(20)包括多个依次连接的单关节(21)，最后一节单关节(21)与基座(10)连接，相邻单关节(21)之间铰接；所述单关节(21)包括两个相对设置的底座(22)，以及设置在两个底座(22)之间的桁架组件(23)和气弹簧(24)，所述气弹簧(24)位于所述桁架组件(23)的内部，所述桁架组件(23)和气弹簧(24)沿所述单关节(21)的延伸方向伸缩。2.根据权利要求1所述的多稳态超冗余柔性机械臂，其特征在于，所述桁架组件(23)包括至少两组连杆组件(25)；所述连杆组件(25)包括分别与两个底座(22)连接的第一连接块(251)和第二连接块(252)，以及多个依次铰接的连杆(253)；同一连杆组件(25)上的连杆(253)螺旋设置在所述气弹簧(24)的外侧，同一连杆组件(25)两端的连杆(253)分别与所述第一连接块(251)和所述第二连接块(252)铰接；所有连杆组件(25)的连杆(253)的螺旋方式一致。3.根据权利要求2所述的多稳态超冗余柔性机械臂，其特征在于，所述桁架组件(23)的内侧设有中心环(26)，所述中心环(26)套设在所述气弹簧(24)的外侧并与所有连杆组件(25)相对应的连杆(253)铰接。4.根据权利要求3所述的多稳态超冗余柔性机械臂，其特征在于，所述中心环(26)的中...

【专利技术属性】
技术研发人员：周青华，张宇恒，孙子悦，赵志军，周子涵，吕鹏，孙士杰，梅浩，蒲伟，周广武，
申请(专利权)人：北京空间飞行器总体设计部，
类型：发明
国别省市：