[发明专利]基于球齿轮传动的柔性机械臂

说明书

本发明公开了基于球齿轮传动的柔性机械臂，包括末端执行器、展臂单元、执行器控制单元、展臂控制单元和支架，所述末端执行器轴连接在展臂单元一端，展臂单元另一端与执行器控制单元相连，所述展臂控制单元固定在展臂单元另一端的两侧，所述支架用于固定和支撑执行器控制单元和展臂控制单元；采用球齿轮传动，增加了机械臂的柔性，便于勘探，增加灵活度，减少关节复杂程度。

技术领域

本发明涉及机械臂领域，特别是一种基于球齿轮传动的柔性机械臂。

背景技术

机械手臂是机械人技术领域中得到最广泛实际应用的自动化机械装置，在工业制造、医学治疗、娱乐服务、军事、半导体制造以及太空探索等领域都能见到它的身影。尽管它们的形态各有不同，但它们都有一个共同的特点，就是能够接受指令，精确地定位到三维(或二维)空间上的某一点进行作业。

近年来，随着机器人技术的发展，应用高速、高精度、高负载的机器人结构越来越受到工业和航空航天领域的关注。由于运动过程中关节和连杆的柔性效应的增加，使结构发生变形进而使任务执行的精度和执行效率降低，所以，机械臂结构柔性化是主要的趋势。

经过多年的研究与探索，国内外己经在机械臂领域取得了大量的研究成果，但是目前现有的机械臂都普遍存在一些共性问题：

1)腕关节过多，灵活性受限

目前的机械臂大多为刚性杆连接，为了更多的自由度的实现，相应的腕关节数量就会增加，使其在一定范围内更加灵活的摆动受到限制。

2)驱动系统复杂，集成度过高

由于采用刚性刚连接来实现机械臂的运动，这就要求在每处腕关节部位都需要单独的电机来进行驱动，而每一个电机都需要单独的驱动系统，从而造成驱动系统太过复杂，带来诸多不便。

3)机械运动耦合

在机械臂的运动过程中，由于变形运动与刚性运动的同时存在，两种运动相互影响、强烈耦合，造成机械臂的运动不能按其应有的运动方程进行。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术的不足，提供一种基于球齿轮传动的柔性机械臂。

为解决以上目的，提供以下技术方案：

基于球齿轮传动的柔性机械臂，包括末端执行器、展臂单元、执行器控制单元、展臂控制单元和支架，所述末端执行器轴连接在展臂单元一端，展臂单元另一端与执行器控制单元相连，所述展臂控制单元固定在展臂单元另一端的两侧，所述支架用于固定和支撑执行器控制单元和展臂控制单元；所述展臂控制单元包括起始端球齿轮机构、末端球齿轮机构以及多组中间球齿轮机构，所述起始端球齿轮机构与执行器控制单元轴连接，所述末端球齿轮机构与末端执行器轴连接，所述多组中间球齿轮机构球齿轮与起始端球齿轮机构和末端球齿轮机构球齿轮啮合传动，所述起始端球齿轮机构和末端球齿轮机构结构相同包括轴承、球齿轮和一级连接件，球齿轮通过轴承固定在一级连接件上，所述中间球齿轮机构包括通过十字万向节相连接的凸球齿轮和凹球齿轮、Y轴壳体、Z轴壳体和带有Y轴和Z轴的长方体块，所述Y轴壳体一端通过轴承与凸球齿轮连接，另一端与长方体块的Y轴连接，所述Z轴壳体一端通过轴承与凹球齿轮连接，另一端与长方体块的Z轴连接，所述每两个中间球齿轮机构都通过二级连接件连接，所述二级连接件交替连接在每两个中间球齿轮机构的Y轴壳体和Z轴壳体上，所述起始端球齿轮机构和末端球齿轮机构的一级连接件与Y轴壳体或Z轴壳体相连。

优选地，所述长方体块内部朝向凹球齿轮方向开有四棱柱形状的槽。