【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及机器人，尤其涉及一种绳索驱动的张拉整体式连续型机械臂。
技术介绍
1、机器人技术的发展是衡量国家科技创新和高端制造业水平的重要标志，在面对狭小、复杂和多障碍的非结构化环境时，仿照象鼻、章鱼触手等软体器官结构形态和功能原理，具有较好柔顺性和自适应性的连续型机械臂，得到国内外研究人员的更多关注。然而，现有的结构设计方法通常是以软材料为主体，虽然有着较好的柔性，但结构刚度较小，难以承受较大的负载；还有一部分是对万向节等机械结构进行大规模的拼接，但需要较多的关节数目才能实现良好的柔顺性。如何构造兼具功能柔性和结构刚度的连续型机械臂是机械臂领域的挑战性难题之一，张拉整体是一类由预压缩构件和预拉伸构件相互平衡而形成的稳定结构，具有可变形、承载能力好等优点。为此，仿照象鼻运动模式并基于张拉整体受力原理，本专利技术公开了一种新型的仿象鼻张拉整体式连续型机械臂。
技术实现思路
1、本专利技术提供了一种绳索驱动的张拉整体式连续型机械臂。该机械臂模仿了自然界中象鼻的运动模式，可以实现弯曲、压缩等多种运动。在结构上，刚性构件和柔性构件的连接使机械臂既具有较高的柔性，又有着较好的刚度；在功能上，多关节组协同驱动的设计使机械臂既可以实现单关节组的独立运动，又能实现多关节组的协同化作业，为解决上述问题提供了新的方案。
2、为解决上述专利技术目的，本专利技术提供的技术方案如下：
3、一种绳索驱动的张拉整体式连续型机械臂，由若干个(一般不少于两个)关节组通过驱动绳索和连接件串联
4、所述关节组由若干个(一般不少于两个)张拉整体关节通过连接件串联组成；
5、所述张拉整体关节包括关节上端、关节下端、受拉单元和受压单元，所述受拉单元上下两端分别连接关节上端和关节下端，所述受压单元下部连接在关节下端，所述受压单元上部连接推杆，所述推杆通过双头螺栓连接球铰，所述球铰穿过关节上端中央通孔，作为连接件连接下一个张拉整体关节的关节下端。
6、所述驱动绳索连接到关节下端，并且驱动绳索连接点与受拉单元连接点位于关节下端的同一径向上(相应的，连接在关节下端的驱动绳索数量和受拉单元内弹簧数量相同或是弹簧数量的整数倍)。
7、所述受压单元为刚度取受拉单元刚度10倍～30倍的压缩弹簧，所述压缩弹簧位于开有周向均布矩形槽的弹簧套筒中；
8、所述弹簧套筒顶部设有卡盘，所述卡盘由两片半圆盘组成，通过螺栓与弹簧套筒连接，避免压缩弹簧从弹簧套筒中滑出；
9、所述推杆上设计有扇叶与弹簧套筒装配，通过推杆在矩形槽中的滑动实现受压单元的压缩与恢复。
10、所述受拉单元为四根拉伸弹簧，
11、所述关节上端和关节下端为两个盘形结构，两个盘形结构的相对面设有钩环，所述拉伸弹簧两端分别连接两个盘形结构的钩环。
12、所述球铰通过螺栓与外部的球铰套筒连接。
13、上述结构中，套筒高度需要与受压单元自由高度适应，避免受压单元产生拉伸问题；所述球铰球心高于关节上端钩环连接点，避免结构产生失稳问题。
14、所述张拉整体关节由同一组周向均布的驱动绳索驱动，构成关节组；
15、不少于所述两个关节组串联组合，每一关节组由不同组驱动绳索驱动，组成机械臂，其中，后一关节组驱动绳索穿过前面所有关节组。
16、关节上端、关节下端、弹簧套筒、推杆、卡盘和球铰套筒由轻质高缓冲吸能材料制成，包括铝合金、不锈钢、环氧树脂等。
17、受拉单元和受压单元为具有一定的拉伸/压缩刚度，但无法承受压力/拉力的材料或者结构，包括弹力绳、形状记忆合金或弹簧等；球铰可以选用具有全向转动功能的结构；以上元件均可以根据需求更换。
18、该机械臂中，受拉单元与受压单元的刚度差越大，在关节发生弯曲变形时，结构耦合的压缩变形越小；同时，刚度差的增大会导致机械臂发生压缩变形需要更大的外载。优选压缩弹簧刚度取拉伸弹簧刚度的10倍～30倍。
19、上述技术方案，与现有技术相比至少具有如下有益效果：
20、上述方案，拉压平衡的受力原理使得关节既具有一定的柔性，又具有足够的结构刚度。为模仿象鼻弯曲、压缩及扭转的基本动作，通过构建关节-关节组-机械臂的三级结构模式，机械臂可以实现复杂的弯曲、压缩以及耦合运动。
21、该机械臂在无外界驱动时，由于结构中的预应力作用，机械臂可以维持在初始状态，在附加外载后，由于驱动绳索被收缩，机械臂产生运动，根据驱动绳索的不同，机械臂可产生不同的运动模式。其中，驱动绳索为连续绳索，因此可认为各关节变形一致。
22、部分驱动方案及机械臂变形如下，仅驱动任一关节组的绳索：单根驱动绳索受拉，可实现该关节组的单向弯曲；邻边驱动绳索受拉，根据两根驱动绳索上载荷大小，可实现该关节组在两根驱动绳索组成的空间范围内产生弯曲；对边/所有驱动绳索受拉，可实现该关节组驱动绳索影响的所有关节组的整体压缩。驱动任意两个相邻关节组的绳索：两个关节组单根驱动绳索分别受拉，根据收缩量不同，可实现两关节组的单向变曲率弯曲；任一关节组的单根驱动绳索受拉，另一相邻关节组与之相对的单根驱动绳索受拉，可实现两个关节组的s形弯曲。将以上驱动方案推广到机械臂，既可以实现单个关节组的独立运动，又能够实现多个关节组的协同作业。
23、以上功能实现均与串联关节数目和驱动绳索设置有关，随着关节数目增多和驱动绳索不同，机械臂可以组合出复杂的运动模式。
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1.一种绳索驱动的张拉整体式连续型机械臂，其特征在于，由若干个关节组通过驱动绳索和连接件串联组成；
2.根据权利要求1所述的绳索驱动的张拉整体式连续型机械臂，其特征在于，所述驱动绳索连接到关节下端，并且驱动绳索连接点与受拉单元连接点位于关节下端的同一径向上。
3.根据权利要求1所述的绳索驱动的张拉整体式连续型机械臂，其特征在于，所述受压单元为刚度取受拉单元刚度10倍～30倍的压缩弹簧，所述压缩弹簧位于开有周向均布矩形槽的弹簧套筒中；
4.根据权利要求1所述的绳索驱动的张拉整体式连续型机械臂，其特征在于，所述受拉单元为四根拉伸弹簧，
5.根据权利要求1所述的绳索驱动的张拉整体式连续型机械臂，其特征在于，所述球铰通过螺栓与外部的球铰套筒连接。
6.根据权利要求4所述的绳索驱动的张拉整体式连续型机械臂，其特征在于，所述球铰球心高于关节上端钩环连接点。
7.根据权利要求1所述的绳索驱动的张拉整体式连续型机械臂，其特征在于，所述张拉整体关节由同一组周向均布的驱动绳索驱动，构成关节组；
8.根据权利要求1所述
9.根据权利要求1所述的绳索驱动的张拉整体式连续型机械臂，其特征在于，所述受拉单元和受压单元由弹力绳、形状记忆合金或弹簧制成。
...【技术特征摘要】
1.一种绳索驱动的张拉整体式连续型机械臂，其特征在于，由若干个关节组通过驱动绳索和连接件串联组成；
2.根据权利要求1所述的绳索驱动的张拉整体式连续型机械臂，其特征在于，所述驱动绳索连接到关节下端，并且驱动绳索连接点与受拉单元连接点位于关节下端的同一径向上。
3.根据权利要求1所述的绳索驱动的张拉整体式连续型机械臂，其特征在于，所述受压单元为刚度取受拉单元刚度10倍～30倍的压缩弹簧，所述压缩弹簧位于开有周向均布矩形槽的弹簧套筒中；
4.根据权利要求1所述的绳索驱动的张拉整体式连续型机械臂，其特征在于，所述受拉单元为四根拉伸弹簧，
5.根据权利要求1所述的绳索驱动的张拉整体式连续型机械臂，其特征在于...
【专利技术属性】
技术研发人员：张立元，曹永亮，杨锦波，李海泉，徐光魁，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：
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