[发明专利]一种基于球销副的柔性机械臂

说明书

本发明公开了一种基于球销副的柔性机械臂，包括多段臂杆、多组联动绳组和多根驱动绳，多段臂杆分别依次首尾相连，其中每相邻的两段臂杆之间通过球销副连接，各组联动绳组分别与两端分别连接有球销副的各段臂杆相对应，每组联动绳组包括多根联动绳，每组联动绳组中的多根联动绳分别依次绕过相对应的臂杆的第一端的球销副、该相对应的臂杆以及该相对应的臂杆的第二端的球销副以实现联动，每根联动绳在相对应的臂杆上呈S形；多根驱动绳分别依次穿过依次首尾相连的多段臂杆以实现对多段臂杆的驱动。本发明提出的基于球销副的柔性机械臂，更便于工程应用、联动效果稳定可靠，并实现等曲率弯曲联动。

技术领域

本发明涉及机械臂技术领域，尤其涉及一种基于球销副的柔性机械臂。

背景技术

区别于传统的关节串联型机械臂，柔性机械臂具有灵活度高、避障能力强等优点，在狭小空间和复杂环境中运动和操作能力强，在航空航天制造、大型装备检测维护等领域具有重要的应用价值。现有技术中，柔性机械臂的每个关节连接处均为独立驱动，虽可以提高整臂的冗余度，但相应的也会增加驱动电机数目，导致柔性臂的控制难度、重量及成本的增加。

为解决驱动电机数目较多的问题，现有的方案是在关节之间增加弹性元件，把一段臂作为一个控制单元，进行控制，或直接利用弹性材料作为臂基体进行控制，实现类圆弧变形运动。此种机械臂实际运动过程中的形状与圆弧存在偏差，末端精度不高，难以满足需求。

如图1a和图1b所示是现有技术一的基于齿轮传动的等曲率弯曲机械臂，一个大伞齿轮通过与销钉过盈或键配合而安装在转动支架上，一个与所述大伞齿轮咬合的小伞齿轮，与传动轴过盈或键配合安装在传动轴的一端部靠近万向节处，大伞齿轮与小伞齿轮中心线的相交点位于该万向节的转动中心处。该机械臂存在以下缺点：(1)齿轮传动机构占据空间较大，影响柔性臂的适用场景；(2)仅实现了单一自由度上的联动，使得柔性臂运动能力受限制。中国专利文献CN106625639A公开了现有技术二的一种柔性臂联动关节段，其中存在以下缺点：(1)该方案臂段关节杆的数量必须为4的倍数，不便于臂杆内关节段数量的配置；(2)该方案中远程联动绳在联动过程中，由于俯仰、偏航角度会对远程联动绳的形状产生影响，进而影响到联动的效果；(3)该方案中的远程联动绳极大的占据了臂杆内部空间，影响到臂杆方案末端执行机构线缆的走线，进而不利于该方案的实际应用；(4)该方案中远程联动绳由于在运动过程中，其形状会产生变形，引起缆索预紧力的变化，从而导致臂段关节杆与中心块之间的正压力变化。而其对侧的“8”字型的不锈钢绳索预紧力可视为定值；由此导致的臂杆运动过程中，两侧正压力不同导致的偏载，也会影响到臂杆等角度联动的精度；从而降低了臂杆整体控制精度。另外，上述方案中均无法实现所有两个自由度上的联动绳的备份。

以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出一种基于球销副的柔性机械臂，更便于工程应用、联动效果稳定可靠，并实现等曲率弯曲联动。

为了达到上述效果，本发明采用以下技术方案：

本发明公开了一种基于球销副的柔性机械臂，包括多段臂杆、多组联动绳组和多根驱动绳，多段所述臂杆分别依次首尾相连，其中每相邻的两段所述臂杆之间通过球销副连接，各组所述联动绳组分别与两端分别连接有所述球销副的各段臂杆相对应，每组所述联动绳组包括多根联动绳，每组联动绳组中的多根所述联动绳分别依次绕过相对应的所述臂杆的第一端的所述球销副、该相对应的所述臂杆以及该相对应的所述臂杆的第二端的所述球销副以实现联动，每根所述联动绳在相对应的所述臂杆上呈S形；多根所述驱动绳分别依次穿过依次首尾相连的多段所述臂杆以实现对多段所述臂杆的驱动。