[发明专利]模块化线绳驱动连续体机械臂

说明书

本发明提供了一种模块化线绳驱动连续体机械臂，包括多个模块化单体；其中，任一相邻两个模块化单体的相对面分别设置第一铰接件、第二铰接件；一模块化单体的所述第一铰接与另一模块化单体的所述第二铰接件形成铰接结构；多个模块化单体依次通过所述铰接结构铰接形成机械臂节；所述模块化单体上设置有功能孔和周向依次排列的过线孔。本发明中两相邻模块化单体间采用不同的连接和锁紧方式，可以得到灵活性和负载能力不同的连续体机械臂。

技术领域

本发明涉及机械臂，具体地，涉及一种模块化线绳驱动连续体机械臂。

背景技术

传统机械臂关节采用电机等机构直接在关节处进行驱动，虽然机构简单但增加了机械臂负载并且结构不紧凑，效率低。一般很难满足狭小深腔或恶劣环境的作业要求。连续体机器人是指存在多个连续分布的弯曲、伸缩或扭转自由度的柔性机器人。由于其固有的超冗余度特性，连续体机器人在受限空间中的运动和操作能力远高于传统的多关节刚性连杆机器人，在核工厂大型装备检测与维护、抢险救灾及航空航天制造等领域的深腔和危险环境作业中有重要的应用价值。

通过对现有技术文献检索发现，中国专利公开号CN101653353A和公布号CN103948435A分别介绍了用于一种内窥镜机器人和一种单孔腹腔镜微创手术系统。这两种手术机器人中的机械臂都属于线绳驱动的连续体机械臂。由于用于人体手术的机械臂外径比较小，因此比较柔软灵活，但能承受负载较小不适合用于负载较大的工业场合。公开号CN105014689A专利中详细介绍的连续体机械臂采用刚性的虎克铰结构，通过增加关节数目实现灵活的运动及变形能力，负载及末端精度有显著提高，但由于采用刚性结构，不能实现连续变形因此不够灵活。事实上灵活性与高刚度高负载能力是一对矛盾的性能指标，为了保证灵活性可能会牺牲部分负载能力，反之亦然。为了解决柔性和刚性负载之间的矛盾，本发明提出了四种模块化线绳驱动连续体机械臂，

发明内容

针对现有技术中的缺陷，为了解决柔性和刚性负载之间的矛盾，本发明的目的是提供一种模块化线绳驱动连续体机械臂，能够在灵活性和负载之间寻求一个平衡点，从而可以根据不同的工况要求选择不同的设计。

根据本发明提供的模块化线绳驱动连续体机械臂，包括多个模块化单体；

其中，任一相邻两个模块化单体的相对面分别设置第一铰接件、第二铰接件；一模块化单体的所述第一铰接与另一模块化单体的所述第二铰接件形成铰接结构；

多个模块化单体依次通过所述铰接结构铰接形成机械臂节；

所述模块化单体上设置有功能孔和周向依次排列的过线孔。

优选地，所述过线孔的数量为至少3个；

所述过线孔内均设置有驱动线绳。

优选地，所述模块化单体的上端面、下端面均设置有两个相对设置的对称斜面；两个相对设置的对称斜面之间设置有沿径向贯穿的上滑槽；

所述模块化单体的上端面的下端面设置有与所述上滑槽相匹配的下转轴；

一模块化单体的上滑槽与另一模块化单体的下转轴形成铰接结构。

优选地，所述模块化单体的上端面设置有上球铰面和上圆弧扫略面，下端面设置有下球铰面和下圆弧扫略面；

一模块化单体的上球铰面与另一模块化单体的下球铰面之间形成铰接结构。

优选地，所述模块化单体的上端面设置有沿周向依次排列的盲孔通道，下端面设置有与所述盲孔通道相匹配的柔性杆；

所述柔性杆的端部设置有固定铰链；所述盲孔通道的底部设置有与所述固定铰链相匹配的球形凹槽；

一模块化单体的柔性杆通过固定铰链与另一模块化单体的盲孔通道之间形成铰接结构。

优选地，还包括铰链中圈和螺纹弹簧；