[发明专利]基于张拉整体结构的连续型机械臂装置

说明书

本发明公开了一种基于张拉整体结构的连续型机械臂装置。机械臂主体模块由张拉整体结构构成，即预应力索杆结构组成。驱动模块集成安装在机械臂基座上，机械臂模块端面固定于基座上。机械臂模块由张拉整体结构组成，由若干张拉整体结构单元串联而成，每个单元由杆和索构成，各个单元通过连接结构串联铰接。连续型机械臂有两组绳索驱动，通过连接结构，贯穿于整个张拉整体结构机械臂，绳索一端固定到机械臂末端结构，另一端连接到驱动模块。本发明可以通过改变驱动绳索的驱动形式，控制机械臂的变形，实现对物体缠绕捕获。本机械臂可固定到可旋转基座上及升降可移动平台上，实现旋转自由度等多自由度运动，扩大捕获范围。

技术领域

本发明属于机器人机械臂技术领域，尤其是可实现缠绕捕获的连续型机械臂，具体为基于张拉整体结构的连续型机械臂装置。

背景技术

近年来，关于连续型共融机器人的研究，已经成为机器人领域研究的热点，实现连续型机器人对物体的缠绕捕获更是其中一大难点。目前连续型机械臂多采用气动驱动，绳驱动，新型材料(如记忆合金、电活性聚合物等)驱动。其中气动驱动难以小型化，需外置空气压缩机，受环境因素影响大。线驱动，多采用中心柔性杆加中心圆盘的方式，一般变形为常曲率，且难以实现大角度弯曲缠绕变形。

张拉整体结构在外观与材料上，具有外形美观、质量轻盈的优点，在结构上，具有自平衡，强度高，刚度随预应力变化，可变性强，灵活度高，能耗低的特点。由于张拉整体结构中的索单元和杆单元既是组成整体结构的其中部分结构，又可以作为改变整体构型的执行机构，所以其可以作为主动控制的结构，目前对张拉整体结构变形的研究得到了广泛重视。

基于张拉整体结构具有以上的特点，将张拉整体结构与连续型机械臂的结构设计相结合，可以充分利用张拉整体的特点，实现连续型机械臂的弯曲变形，从而实现对物体的缠绕捕获。因此，研究基于张拉整体结构的连续型机械臂具有重要意义。

发明内容

为了解决现有绳驱连续型机械臂难以实现对物体的缠绕捕获，本发明设计了一种基于张拉整体结构的连续型机械臂。

本发明的技术方案：

基于张拉整体结构的连续型机械臂装置，包括机械臂模块1、驱动模块2和旋转平台3；

所述的机械臂模块1由多个变截面的张拉整体单元串联构成，张拉整体单元包括节点连接结构6、杆结构7、弹性绳索8和滑移绳索9；所述的节点连接结构6包括两端与杆结构7铰接的连接头和一个连杆，两连接头间通过连杆连接为一体，节点连接结构6上开有弹性绳索预留孔和滑移绳索预留孔，实现张拉整体单元中杆结构7与弹性绳索8和滑移绳索9在节点处的连接，以及相邻两个张拉整体单元在节点处的连接；所述的杆结构7的端部设有杆接头，铰接在节点连接结构6的连接头处，通过杆接头正反安装在节点连接结构6上，使同层两杆结构7上下交错，避免干涉；所述的弹性绳索8连接在两节点连接结构6的弹性绳索预留孔上，实现张拉整体单元两节点之间的连接；所述的滑移绳索9通过节点连接结构6上的滑移绳索预留孔，实现滑移绳索9贯穿连接在整个张拉整体机械臂结构上，通过驱动滑移绳索9长度的变化实现机械臂模块1的变形；

所述的驱动模块2包括电机箱12、电机13、齿轮组14、光轴15、轴承座16、法兰联轴器17和收放线轮盘18；所述的电机箱12为两端开口的箱体结构，其内部相对布置、两两一组对称分布的4个电机13，每个电机13的电机轴带动齿轮组14的主动轮；所述的光轴15与齿轮组14的从动轮同轴安装，其两端通过轴承座16安装在电机箱12上，实现一组电机13带动一个光轴15轴向旋转；所述的法兰联轴器17的一端面安装在收放线轮盘18上，另一端面与光轴15同轴安装，实现光轴15带动两个收放线轮盘18旋转，滑移绳索9缠绕在收放线轮盘上，通过收放线轮盘18的不同转向实现滑移绳索9长度的改变。