[发明专利]一种复合变刚度连续型操作臂

说明书

本发明涉及操作臂机械机构设计技术领域，具体地说是一种复合变刚度连续型操作臂，该操作臂包括执行器、连接体机械臂和驱动器，连接体机械臂的两端分别与执行器和驱动器相连接，特征在于连接体机械臂由内向外依次包括颗粒阻塞变刚度组件、冗余驱动变刚度组件和片层阻塞变刚度组件，采用颗粒阻塞、片层阻塞和驱动线冗余驱动这三种变刚度原理，可在柔性和刚性两种状态中自由切换，柔性状态下可由操作员单手随意牵引到任意位置，之后可进行迅速的刚柔转换，达到刚性状态，具有径向尺寸小、释放状态可以实现多自由度弯曲、可以在任意位置锁定、执行机构在工作空间中任意位姿可达、提供足够负载能力、锁定平稳可靠的复合变刚度连续型操作臂等优点。

技术领域

本发明涉及操作臂机械机构设计技术领域，具体地说是一种结构简单、径向尺寸小、释放状态可以实现多自由度弯曲、可以在任意位置锁定、执行机构在工作空间中任意位姿可达、提供足够负载能力、锁定平稳可靠的复合变刚度连续型操作臂。

背景技术

众所周知，操作臂是一种机电一体化的产品，能够携带一种或多种末端执行器，在工作人员的遥控操作或计算机的自动控制下完成多种作业，目前已被广泛应用在多个领域，例如：生产制造领域、安全防爆领域和医疗领域等，具有巨大的应用前景，国内外已经对各类操作臂做了深入的研究。

目前，现有的各类操作臂产品以及研究成果，多为主动式操作臂，分为内置驱动、外置驱动以及混合驱动。对于内置驱动放置，一般部署方式为操作臂的每个关节均设置一个驱动电机，通过电机转动改变转关节的角度，通过多关节姿态的耦合改变末端执行器的位姿，这种操作臂虽然具有负载能力大的特点，但由于其各关节驱动电机具有较大惯量，无法手动牵引进行被动驱动。对于外置驱动方式，一般将驱动电机部署在操作臂外部，一般通过驱动电机拉动驱动线改变操作臂的姿态，这类操作臂属于使用冗余驱动变刚度原理的柔性操作臂，其主要的不足之处在于负载能力过小。这些主动式操作臂均采用控制器控制电机转动角度，进而控制操作臂位姿的正向控制方式，只能适用于结构化的操作环境，对于微创手术、抢险救灾等非结构化操作环境，主动式操作臂无法良好适应。

发明内容

本发明的目的是解决上述现有技术的不足，提供一种结构简单、径向尺寸小、释放状态可以实现多自由度弯曲、可以在任意位置锁定、执行机构在工作空间中任意位姿可达、提供足够负载能力、锁定平稳可靠的复合变刚度连续型操作臂。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：