[发明专利]一种线驱动的曲率连续变化机器人

说明书

技术领域

本发明涉及一种线驱动的曲率连续变化机器人，属于机器人技术领域。

背景技术

机器人技术作为20世纪人类最伟大的发明之一，自60年代初问世以来，经历40年的发展已取得长足的进步。工业机器人在经历了诞生——成长——成熟期后，已成为制造业中不可少的核心装备，世界上有约75万台工业机器人正与工人朋友并肩战斗在各条战线上。特种机器人作为机器人家族的后起之秀，由于其用途广泛而大有后来居上之势，各种用途的特种机器人纷纷面世，而且正以飞快的速度向实用化迈进。

大自然一直是人类发明家和工程师们取之不尽、用之不竭的灵感之源。计算机控制的机械臂也越来越复杂和灵巧，逐步开始向伸缩性和柔韧度的方向发展，受生物学启发的仿生机器人研究正如火如荼的开展。象鼻、章鱼触手以及蛇是一类非常独特的生物体结构，能够向多个方向弯曲，具有很好的柔性，并且具有较强的抓取、操作和避障功能。德国、美国、日本等各国均在柔性驱动的曲率连续变化机器人领域有诸多研究成果，已经有一些柔性机械装置被研制出来，例如Clemson大学的OctArm机械臂、OC Robotics公司的蛇形机器人、Vanderbilt大学的多脊柱蛇形机器人等。

2011年德国费斯托（Festo）公司模仿大象鼻子的概念研制了一种利用气体驱动的仿象鼻柔性机械臂。该装置由多个沿着曲线以堆叠的方式布置的操纵组件构成，每个操纵组件又分别包含多个联接板和多个流体腔。象鼻子概念机器人的研究及控制具有很大的意义。

发明内容

本发明的目的是为了克服已有技术的不足，提出了一种线驱动的曲率连续变化机器人，具有多个自由度，能够向空间任意方向弯曲，具有较好的柔性。同时该装置还是一个开放的平台，可以增加关节，让其自由度更加丰富，完成动作更加细腻。

为达到上述目的，本发明构思如下：

通过对线驱动的曲率连续变化机器人进行数学建模，建立相应的基坐标系和末端坐标系，并通过计算得出其运动学方程。指定机械手在空间到达的位置，在数学模型中建立机械手空间位置坐标，根据计算得到运动学方程，分析计算四个关节的各自旋转和弯曲角度，从而计算得到16跟驱动线各处于何种长度的时候柔性驱动单元可以将机械手送到指定的位置，从而得到16个电机各自需要转动的角度。在整个运动过程中，安装于各个关节末端圆盘上面的陀螺仪会采集各个关节的位置信息，反馈给控制驱动单元，控制驱动单元计算设定值与真实值的误差，并补偿各关节处的姿态偏差，从而使机械手达到指定的状态，以最优的方式去抓取目标。

基于上述构思，本发明采用如下技术方案：

一种线驱动的曲率连续变化机器人，包括PC，控制驱动单元和整体机械结构组件，所述PC与控制驱动单元采用并口线进行连接与通信，所述控制驱动单元安装在整体机械结构组件上，并与整体机械结构组件中的电机组单元对应连接，通过PC与控制驱动单元分别控制整体机械结构单元中的电机组单元，该电机组单元中的电机转动来改变与每个电机对应的拉线的长度，使整体机械结构组件中的线驱动柔性单元运动。

所述整体机械结构组件包括电机组单元、线驱动柔性单元和支架单元，所述电机组单元通过下支撑板和螺栓固定在支架单元上，所述线驱动柔性单元通过电机组单元中的圆盘固定安装支架安装在下支撑板的下方。

所述电机组单元包括上盖板、四个电机组、四个滑轮组、下支撑板、圆盘固定安装支架，所述电机组与滑轮组绕安装中心呈90度均布，安装在上盖板和下支撑板之间。

所述电机组包括螺钉、螺栓、电机组上盖板、电机安装板、四个电机、四个绕线轮、锁紧螺钉、线槽、电机组下支撑板，所述绕线轮通过锁紧螺钉固定联结于电机的转轴上，电机通过螺钉与电机安装板固定联结，电机安装板上端面通过螺钉与电机组上盖板固定联结，电机安装板下端面通过螺钉与电机组下支撑板固定联结，电机组上盖板通过螺栓与上盖板固定联结，电机组下支撑板通过螺栓与下支撑板固定联结，线槽固定在四个电机的后部。

所述滑轮组包括螺钉、螺栓、滑轮架上支撑板、滑轮轴、支撑定位轴、支撑轴套、滑轮安装板、八个滑轮、滑轮架下支撑板，所述滑轮通过滑轮轴安装在两个滑轮安装板之间，支撑定位轴安装于两个滑轮安装板之间，支撑轴套安装于支撑定位轴上，两个滑轮安装板的上端面通过螺钉与滑轮架上支撑板固定联结，两个滑轮安装板的下端面通过螺钉与滑轮架下支撑板固定联结，滑轮架上支撑板通过螺栓与上盖板固定联结，滑轮架下支撑板通过螺栓与下支撑板固定联结。