[发明专利]一种基于变胞机构的空间多自由度分节控制仿生柔性臂

说明书

本发明公开了一种基于变胞机构的空间多自由度分节控制仿生柔性臂，涉及仿生机器人技术领域，包括连接有绳索的驱动机构和通过分节机构与驱动机构连接的若干个柔性机构，绳索穿过分节机构后固定连接有固定组件，分节机构包括分节壳体及其内部的锁放机构，分节壳体上设置有用于驱动锁放机构锁死和释放绳索的舵机。锁放机构包括用于锁放绳索的摆杆和用于调整摆杆位置的推动轮，推动轮与舵机的输出轴连接。摆杆呈L形并绕推动轮的中心轴周向均匀分布，摆杆的固定端通过安装轴安装在分节壳体上，摆杆的自由端与推动轮相切。通过控制锁放机构，可改变该柔性臂的有效构件数、自由度，通过锁放机构与驱动机构配合实现柔性臂部分柔性机构的伸缩和弯曲。

技术领域

本发明属于仿生机器人技术领域，具体涉及一种基于变胞机构的空间多自由度分节控制仿生柔性臂。

背景技术

随着机器人技术的迅猛发展，机器人的机械结构设计、运动控制等技术也比较成熟，对能在复杂环境下执行任务的机器人的需求日益的增加。但是，传统机械臂大多采用刚性关节连接而成，此手段必然对其各自作业的空间环境有着严格的要求。在高度非结构化、狭小无规则、多障碍物的复杂环境下，传统机械臂由于自身刚性结构的限制，导致其避障能力比较局限、灵活度较差、运动空间范围受限，不能高效地完成空间作业任务。受象鼻、章鱼触手启发而设计的软体机械臂是一种新型的仿生柔性臂，其结构类似于章鱼触手、大象鼻子和软体动物的躯体等生物器官，由连续又柔性的弹性体构成，通过弹性体弯曲变形呈光滑连续曲线而产生运动。由于仿生柔性臂不仅可以在三维空间中自由地改变自身的形态，而且可以平滑弯曲运动，因而能够在非结构化的无法预知的环境中完成的作业任务，例如在狭小空间或者多障碍物的复杂环境中完成传统机械臂无法完成的特殊任务，具有灵活度高、多达无穷多个自由度的特点。

为此，申请号为CN201620172375.0的专利公开了一种气动绳控负荷型柔性机械臂，该机械臂由多节并联机构串联而成；而每节并联机构由四个橡胶气囊、四条钢丝绳、上下两连接板及十字万向节组成，四个橡胶气囊和四条钢丝绳环形阵列依次交错分布，每个关节的中间由十字万向节连接，该机械臂有多个自由度，能够向多个方向弯曲。但是，该机械臂由万向节连接，只能实现机械臂的弯曲，不能实现机械臂的整体伸缩。除此之外，由于橡胶胶囊需要外接气泵，所以该机械臂难以小型化。

申请号为CN201510988963.1的专利公开了一种肌腱驱动型变尺度连续型机器人，该机器人主要通过固定在机座内的法兰式安装板上并绕机座中心轴呈周向均匀分布的4台驱动电机驱动绕线轴，每台驱动电机的输出轴上均设有绕线轴，驱动绳索缠绕在绕线轴，驱动绳索依次穿过安装板板长条形槽孔和各个连接盘上的穿线孔，直至与末端连接盘固连，驱动电机驱动绕线轴，进行驱动绳索的收放，实现柔性机械臂的各向弯曲。但是，该机械臂只能分别控制每根绳索的机械长度来控制机械臂的弯曲，无法改变机械臂的有效构件数和自由度，不能实现机械臂的整体伸缩和分节控制。

发明内容

本发明的目的在于：为解决不能改变柔性臂的自由度以及实现柔性臂中部分柔性机构的伸缩，提供了一种基于变胞机构的空间多自由度分节控制仿生柔性臂。本发明通过分节机构将多个柔性机构分隔，再通过驱动分节机构中的舵机使分节机构中的推动轮转动，推动摆杆锁死绳索，与分节机构连接的柔性机构绳索长度无法改变，即变成一刚性机构，从而实现改变柔性臂的有效构件数和自由度。通过单片机对驱动电机和舵机进行混合驱动，实现柔性臂尺寸的改变，达到将柔性臂中单个或多个柔性机构伸缩的目的。

本发明采用的技术方案如下：

一种基于变胞机构的空间多自由度分节控制仿生柔性臂，包括连接有绳索的驱动机构和若干个柔性机构，所述柔性机构之间通过分节机构连接，所述绳索穿过分节机构后固定连接有固定组件，所述分节机构包括分节壳体及其内部的锁放机构，所述分节壳体上设置有用于驱动锁放机构锁死和释放绳索的舵机。

进一步地，所述锁放机构包括用于锁放绳索的摆杆和用于调整摆杆位置的推动轮，所述推动轮与舵机的输出轴固定连接。