[发明专利]一种绳索驱动柔性机械臂及机器人

说明书

本发明公开了一种绳索驱动柔性机械臂及机器人，包括多个关节单元、底座单元、弹性部件，各关节单元沿轴线方向串接，其中所述关节单元包括中间环以及与中间环两端面连接的两支脚，沿轴线方向相邻的两关节单元中，一关节单元中的一支脚与另一关节单元中与其相邻的支脚相交叉嵌套且部分重叠，并通过弹性部件连接；串接后位于绳索驱动柔性机械臂最端部的支脚与底座单元连接；中间环上设有若干穿绳孔用于穿入驱动绳索。各关节单元通过交叉重叠的方式，在机械臂内部轴线上通过拉弹簧的拉力使各个关节平衡，稳定机械臂结构。机械臂整体为柔性，避免机械臂与目标产生刚性碰撞冲击，适应于非合作目标捕获和复杂环境下应用。

技术领域

本发明涉及柔性机械臂技术领域，尤其涉及一种绳索驱动柔性机械臂及机器人。

背景技术

多关节刚性机械臂通常设置多个相互连接的关节杆，并采用刚性连接。传统的机械臂在关节处通过电机驱动，其刚性机械臂重量重、驱动结构复杂、可达操作空间受限、不具有适应不同环境与工况的能力。刚性机械臂在抓捕目标时存在刚性碰撞风险，刚性碰撞易导致机器人本身或目标物体损害。利用刚性机构的机械臂在复杂未知环境下的操控、自由翻滚状态下非合作目标的抓捕下使用均存在巨大困难，难以适应于非合作目标捕获、非结构环境操控等的机器人，对机器人的发展带来挑战。

发明内容

本发明为解决现有的刚性机械臂结构复杂、灵活性差、容易发生刚性碰撞，难以应用于在复杂未知环境下的操控、非合作目标捕获的情况，提供了一种绳索驱动柔性机械臂及机器人。

为实现以上发明目的，而采用的技术手段是：

一种绳索驱动柔性机械臂，包括多个关节单元、底座单元、弹性部件，各关节单元沿轴线方向串接，其中所述关节单元包括中间环以及与中间环两端面连接的两支脚，沿轴线方向相邻的两关节单元中，一关节单元中的一支脚与另一关节单元中与其相邻的支脚相交叉嵌套且部分重叠，并通过所述弹性部件连接；串接后位于所述绳索驱动柔性机械臂最端部的支脚与所述底座单元连接；所述中间环上设有若干穿绳孔用于穿入驱动绳索。

上述方案中，通过空间位置上的交叉重叠，使得在机械臂内部轴线上，一关节单元在其他关节单元作用下的两相反方向上的拉力来平衡稳定，同时由于机械臂的各关节单元通过弹性部件进行柔性连接，沿轴线方向嵌套堆叠形成柔性机械臂结构，可以通过外力控制驱动绳索的长度变化，使弹簧组件发生弹性形变并控制机械臂形变。机械臂整体为柔性，避免机械臂与目标产生刚性碰撞冲击，适应于非合作目标捕获和复杂环境下应用。

优选的，所述支脚呈V形，所述支脚的闭合端端部设有弹性部件固定件，所述支脚间连接的弹性部件通过两连接支脚上对应的弹性部件固定件固定；所述支脚的开口端端部与中间环的端面连接，两支脚嵌套时为支脚的闭合端相交叉嵌套。在本优选方案中，支脚间通过弹性部件连接，在弹性部件发生弹性形变下可带动机械臂形变，同时弹性部件可减缓发生接触或碰撞的外部力，从而避免机械臂与目标产生刚性碰撞冲击。

优选的，所述弹性部件为内弹簧，其两端分别设有拉钩并分别与两连接支脚上对应的弹性部件固定件固定。

优选的，所述弹性部件固定件包括在所述支脚的闭合端端部贯穿开设的槽孔，以及在所述闭合端侧部开设的与所述槽孔垂直互通的销孔，用于固定所述内弹簧的拉钩。在本优选方案中，槽孔内可从上下两个方向伸入内弹簧的拉钩。

优选的，所述中间环呈N边形环状，所述中间环的各边沿周外侧延伸形成若干延伸部，所述穿绳孔分别开设在所述延伸部上，所述穿绳孔内设置有驱动绳索且驱动绳索通过所述穿绳孔依次贯穿所有关节单元。

优选的，所述中间环呈N边形环状，所述中间环的各边沿周外侧交替延伸形成N/2个延伸部以及N/2个外弹簧卡槽，所述穿绳孔分别开设在所述延伸部上，所述穿绳孔内设置有驱动绳索且驱动绳索通过所述穿绳孔依次贯穿所有关节单元；所述绳索驱动柔性机械臂还包括外弹簧，用于固定在两相邻中间环的外弹簧卡槽上从而将两中间环连接；其中N为偶数。在本优选方案中，在中间环外围增加外弹簧连接，可进一步增加机械臂的稳定性。