[发明专利]一种可重构绳驱动混联变刚度家用服务机械臂

权利要求书

1.一种可重构绳驱动混联变刚度家用服务机械臂，其特征在于，包括肩关节、肘关节、腕关节，所述的肩关节、肘关节、腕关节均为混联机构；所述的肩关节、肘关节、腕关节均为绳驱动机构，所述的肩关节、腕关节可实现绳索驱动的可重构；所述的肩关节、肘关节、腕关节均由3个平台组成，3个平台包括上平台、下平台、基平台；所述的肩关节、肘关节、腕关节均由中间压簧支撑上平台，中间压簧分别卡入上平台和下平台的凹槽，并使用结构胶与上平台、下平台固连，所述的肩关节、肘关节、腕关节均包含两个中间轴，所述的肩关节、腕关节的两个中间轴均通过虎克铰串联，肘关节的两个中间轴通过铰链串联，所述的肩关节、肘关节、腕关节的一个中间轴均穿过上平台，由线性轴承支撑；所述的肩关节、肘关节、腕关节的每根绳索驱动端均通过直线推杆驱动动滑轮组使得上平台、下平台间的绳索长度发生改变，所述的肩关节、肘关节、腕关节的均由多根绳索与中间压簧组成并联部分，所述的肩关节、肘关节、腕关节的两个中间轴组成串联部分；所述的肩关节为4自由度关节，其中3自由度可以实现肩关节外展/内收、内屈/外伸以及旋内/旋外动作，1自由度实现肩关节上平台的平动，肩关节可以通过上平台平动实现变刚度调节；所述的腕关节的结构和自由度与肩关节结构和自由度相同，所述的肩关节、腕关节外展/内收、内屈/外伸动作由可重构绳索驱动，所述的肩关节、腕关节旋内/旋外动作由直驱旋转电机驱动关节中间轴实现，所述的肩关节、腕关节的直驱旋转电机均直接安装在肩关节和腕关节的下平台上；所述的肘关节为2自由度关节，其中1个自由度实现肘关节内屈/外伸，1个自由度实现肘关节上平台的平动，肘关节可以通过上平台平动实现变刚度调节；肩关节的下平台与放置直线推杆的基平台由螺柱固连；肩关节的中间轴穿过上平台与肘关节放置直线推杆的基平台采用圆法兰盘连接；肘关节的下平台由中间轴支撑，中间轴分别与下平台、以及放置直线推杆的基平台采用圆法兰盘连接；穿过肘关节上平台的中间轴与腕关节放置直线推杆的基平台采用圆法兰盘连接；腕关节下平台与放置直线推杆的基平台由螺柱固连；腕关节中间轴穿过上平台与机械臂末端手爪相连；所述的肩关节、腕关节的中间压簧均为非线性腰鼓型压簧，可以避免关节运动过程中弹簧与虎克铰的干涉，非线性腰鼓型压簧通过改变簧丝直径、弹簧丝截面形状、螺距及中径实现变刚度弹簧设计，由此，所述的肩关节、腕关节均为变刚度机构；所述的肘关节中间压簧为线性压簧，由于线性压簧在压弯过程中呈现非线性特性，由此，所述的肘关节为变刚度机构；所述的肩关节、腕关节的上平台均用4根绳索驱动，每根绳索被上平台带有滑轮的直线推杆分成两段；由于滑轮被直线推杆驱动，因此，每根绳索分成两段的“断点”可以改变，进而改变关节构型；所述的肩关节、腕关节的下平台的滑道均有两段，一段安装带有软管的直线推杆，一段安装带有绳索固定端的直线推杆，这样通过两段的直线推杆调节，使得肩关节、腕关节构型重构，可以使肩关节、腕关节绳索拉力变小，不再增加绳索张紧机构，依靠各个直线推杆的协同实现绳索时刻张紧，也可以避免绳索与中间压簧的干涉。

2.如权利要求1所述的可重构绳驱动混联变刚度家用服务机械臂，其特征在于，所述的肩关节、肘关节、腕关节上平台、下平台及放置直线推杆的平台均为轻质铝合金薄板；螺柱、圆法兰盘与紧固螺母为不锈钢材质，直线轴承为圆法兰直线轴承材质为不锈钢，驱动绳索为高强度不锈钢钢丝绳；绳固定端采用钢丝绳夹头与铝套固定；放置动滑轮组的薄板材质为铝合金，所有滑轮的材料为尼龙。

3.权利要求1所述的可重构绳驱动混联变刚度家用服务机械臂，其特征在于，每根绳索驱动终端通过直线推杆带动动滑轮组改变上平台、下平台间的绳索长度，但绳索总长为一定值。

4.如权利要求3所述的可重构绳驱动混联变刚度家用服务机械臂，其特征在于，所述的肩关节、肘关节、腕关节的上平台和下平台间的每根绳索长度的改变值均是绳索驱动终端的直线推杆行程的2n倍，直线推杆推力是绳索拉力的2n倍，n为动滑轮组中滑轮的个数。