[发明专利]线驱动超冗余自由度机器人

说明书

技术领域

本发明涉及一种超冗余自由度机器人。

背景技术

超冗余自由度机器人是为解决传统串联机器人灵活性较差的问题而提出的，它通过大量地增加冗余关节数量使关节空间维数远大于任务空间维数，冗余关节的引入使机器人在实现期望的末端位姿的同时，具有更高的灵活性。这种机器人特别适合用作：(1)非结构环境下的灵活操作器，大量的冗余关节可使机器人灵活变形以适应非结构化的狭小空间环境，并具备超强的避障能力，这可使它适宜用作特种机器人。例如超冗余自由度机器人可以作为地震灾后穿过碎石瓦砾来寻救幸存者的救生机器人、核反应堆检查机器人等。(2)抓取非规则物体的机械手，即采用全臂抓取方式来抓取较大尺寸以及不规则的物体。因此可以把超冗余自由度机器人安装在自主型机器人车辆或移动机器人上，作为排爆机器人以及交通运输等领域的服务机器人。

目前研究的超冗余自由度机器人多采用电机直接驱动，即直接把电机放在转动关节处或者内置在关节中，直接驱动转动关节转动。这种方式需要体积小、重量轻的微小型电机，限制了机器人的功率、也使制造成本增加，而且电机驱动的关节一般都是单自由度转动关节，实现多自由度关节的驱动很困难，通常会使机器人的结构变得复杂。采用远程线驱动方式是解决上述问题的一个有效途径。

发明内容

本发明的目的是提供一种线驱动超冗余自由度机器人，它可以解决现有超冗余自由度机器人存在制造成本高、实现多自由度关节驱动困难的问题。

本发明包括驱动装置、连杆、胡克铰、环耳、向下弯曲的十字交叉弧形杆、十字形直杆、软管、线绳、直杆；所述驱动装置由箱体、电机、滑轮、支座、底板组成；所述一组电机装在箱体内且通过支座与箱体固接，电机的输出轴上固装有滑轮，箱体的下端面与底板的上端面固接，所述一组连杆沿竖直方向呈一字设置，相邻两个连杆之间通过胡克铰铰接，最上端的连杆和每个中间连杆上分别固装有向下弯曲的十字交叉弧形杆，向下弯曲的十字交叉弧形杆与胡克铰的十字轴线的方向一致，且每个向下弯曲的十字交叉弧形杆的底端面位于胡克铰的十字轴的中心平面内，最下端的连杆上固装有水平设置的十字形直杆，十字形直杆与胡克铰的十字轴线的方向一致，且十字形直杆固装在四个平行且对称分布的直杆上，四个直杆的下端与箱体的上端面固接，每个向下弯曲的十字交叉弧形杆的四个顶端固装有环耳，中间连杆上的向下弯曲的十字交叉弧形杆的四个端部和十字形直杆的四个端部上设有管孔，每个管孔与支座上的管孔之间固装有软管，每根软管内装有线绳，同一水平面内相隔180°的两根线绳构成拮抗线对，拮抗线对的下端连接在一起，同一平面内的两对拮抗线对在箱体内对称设置且分别缠绕在相应的滑轮上，拮抗线对的上端与相邻的上一个向下弯曲的十字交叉弧形杆上的环耳固接。

本发明具有以下有益效果：一、本发明的线驱动超冗余自由度机器人，由于整个机器人由若干个连杆通过胡克铰串联而成，每个连杆、向下弯曲的十字交叉弧形杆由电机驱动滑轮带动线绳远程驱动，能够相对于其下端的相邻连杆作绕X、Y两轴的独立转动。二、由于线绳外面套有软管(此软管类似自行车闸线外面所套的套管)，软管两端固定，中间部分可任意弯曲布置，拉动软管内的线绳时不会对软管所经过的中间连杆产生拉力和弯矩。三、由于本发明具有较多的冗余自由度，因此具有更高的灵活性、更强的避障能力，能够更好地适应非结构环境；同时由于采用远程线绳驱动，其成本较低、容易实现、并具有很高的实用价值。

附图说明

图1是本发明的整体结构主视图，图2是最上端的连杆与胡克铰、向下弯曲的十字交叉弧形杆、环形杆和环耳装配在一起的主视图，图3是中间连杆与胡克铰、向下弯曲的十字交叉弧形杆、环形杆和环耳装配在一起的主视图，图4是最下端的连杆与十字形直杆和环形杆装配在一起的主视图，图5是中间连杆与向下弯曲的十字交叉弧形杆及环形杆装配在一起的立体图，图6是中间连杆与向下弯曲的十字交叉弧形杆和环形杆装配在一起的主视剖视图，图7是图6的俯视图，图8是驱动装置的主视剖视图，图9是图8的M-M剖视图，图10是图8的N-N剖视图，图11是拮抗线对的伸缩量近似相等的关系图。

具体实施方式