[发明专利]一种基于并联连续体机构的柔性灵巧操作手

说明书

本发明设计一种柔性灵巧操作手，具体涉及一种基于并联连续体机构的柔性灵巧操作手。包括固定平台、第一柔性驱动支链、第二柔性驱动支链、第三柔性驱动支链、第四柔性驱动支链、绳驱动系统、动平台以及末端双指操作手模块。该操作手具有5个自由度，分别为沿X,Y方向的移动，绕X轴的转动，绕Z轴的转动以及机械手的张合运动。并联连续机构由4条柔性支链组成，其中第一柔性驱动支链、第二柔性驱动支链和第三柔性驱动支链成圆周性120度对称布置，第四柔性驱动支链位于中心轴线处。本发明提出的基于并联连续体机构的柔性灵巧操作手具有灵活性高、柔性、高安全性特点，能够在人机交互的环境中更加安全的使用，以及完成在限定空间中的抓取任务。

技术领域

本发明设计一种柔性灵巧操作手，具体涉及一种基于并联连续体机构的柔性灵巧操作手。该机构可应用于安全人机交互操作以及限定空间中的抓取任务等方面。

背景技术

连续体机器人整体形状连续变化，结构单元多样，并且各个单元组合能够形成多元化的机构形态，由于其具有小型、灵活以及柔性等特点，使得其应用范围十分广泛，从手术机器人的远程操作到工业机器人的灵活抓取。其中并联连续体机构作为其中一个分支，其由边界约束平台以及并联排列的柔性支链组成，由于结构的固有柔性和低质量，基于该机构设计而成的操作手在与人交互时更加的安全，并且在限定空间中提供准确的多自由度运动，增强环境适应性，同时可以利用自身柔性抵抗外界环境的冲击，避免损坏。

国外对连续体机器人的研究较为成熟，已有的很多产品应用于工业焊接、深腔探测、手术机器人以及航空发动机检测等领域；国内尚处于起步阶段，对连续体机器人较为成熟的研究多用于工业深腔机械臂、肩部康复外骨骼、假肢手以及基于连续体关节的并联机构等方面。近些年对于单段多自由度连续体机器人的研究成为热点，即并联连续体机器人，由于多条支链的相互约束，以及多样的连接形式，使得连续体机器人能够更加灵活的实现各种操作，如将小型化的并联连续体应用于狭小空间的手术操作中，以及将6自由度的并联连续体应用于传递触觉线索等等。基于此，由于并联连续体机器人具有柔顺、多自由度灵活等特点，将其与机械手结合，能够实现操作手柔顺灵活的抓取，使其在人机交互的环境中更加的安全，以及完成在限定空间中的抓取任务。

发明内容

针对现有单片段连续体机器人仅具有3自由度的特点，本发明提出一种具有4自由度的并联连续体机构，将该机构与末端机械手相结合，设计完成柔性灵巧操作手，该操作手具有柔性灵活的特点，其并联连续体机构具有4个自由度，末端抓手通过张开闭合实现物体的抓取，整体能够实现空间中灵活多变的抓取任务。

本发明提出的一种基于并联连续体机构的柔性灵巧操作手，其包括固定平台、第一柔性驱动支链、第二柔性驱动支链、第三柔性驱动支链、第四柔性驱动支链、绳驱动系统、动平台以及末端双指操作手模块，其特征在于：第一、二、三柔性驱动支链的结构和材料参数相同，并且与动平台和固定平台的连接方式相同，为无轴线力矩约束的连接。第四柔性运动支链为空心的柔性管，与动平台和固定平台分别采用螺旋副和固定副连接。绳驱动系统中，绳子穿过空心的柔性管驱动，通过固定在固定平台上的电机驱动末端双指操作手闭合。末端双指操作手通过操作手基座与动平台固定连接，绳驱动连接件与基座通过滑动副进行连接，回位弹簧实现抓手的张开运动。

所述第一柔性驱动支链包括第一驱动电机模块、第一基座连接件、第一基座约束环、第一弹性驱动杆、第一平台连接件、第一平台约束环，其中第一驱动电机模块与第一基座连接件固定连接，电机模块实现沿丝杆的直线运动；第一弹性驱动杆与第一基座约束环和第一平台约束环同轴固定连接，分别与第一基座连接件和第一平台连接件采用无轴线力矩约束的同轴连接方式，第一平台连接件与动平台固定连接。所属第二、三柔性驱动支链与第一柔性驱动支链相同，三个支链同轴均匀排列，周向间隔120°。