[发明专利]一种刚柔双模操作机械臂

权利要求书

1.一种刚柔双模操作机械臂，主要包括连杆部件、关节部件和四自由度柔性机构；所述的连杆部件主要包括：腰部连杆、肩部连杆、大臂、小臂、腕部连杆一、腕部连杆二、肘部连杆；所述的关节部件主要由腰部关节、肩部关节、肘部关节、腕部关节一、腕部关节二、腕部关节三共6个旋转关节组成；所述的四自由度柔性机构主要包括：固定板、直线式磁流变阻尼器、直线弹簧机构、电磁制动滑块、滑轨、直线位移传感器、十字轴、扭转弹簧机构、编码器、旋转式磁流变阻尼器、离合器、旋转外壳、旋转内壳；将四自由度柔性机构放置于空间笛卡尔坐标系中，十字轴的两个正交的轴线方向分别作为X和Y轴，连杆的轴线方向作为Z轴；在X、Y、Z三个轴上各布置有一套由旋转式磁流变阻尼器、扭转弹簧机构组成的旋转阻尼缓冲装置，和一套基于离合器的旋转锁紧装置；在Z轴方向设计有由直线式磁流变阻尼器、直线弹簧机构组成的直线阻尼缓冲装置和基于电磁制动滑块的直线锁紧装置；所述的旋转锁紧装置和直线锁紧装置实现刚柔转换。

2.根据权利要求1所述的一种刚柔双模操作机械臂，其特征在于：所述的腰部连杆连接了基座和机械臂腰部关节，同时将机械臂本体固定于基座上；肩部连杆一端与腰部关节连接，另一端与肩部关节连接；大臂一端与肩部关节连接，另一端与肘部关节连接；肘部连杆用于连接肘部关节和小臂，起转换运动方向的作用；小臂一端与肘部连杆连接，另一端与腕部关节一连接；腕部连杆一一端与腕部关节一连接，另一端与腕部关节二连接；腕部连杆二一端与腕部关节二连接，另一端与腕部关节三连接；腕部关节三作为机械臂的末端关节，用于连接末端执行器；所述的大臂和小臂，具有相同的机械结构，均是由两条半连杆，即半连杆一、半连杆二和一个四自由度柔性机构组成；半连杆一与四自由度柔性机构的固定板相连接，半连杆二与四自由度柔性机构的旋转内壳相连接。

3.根据权利要求1或2所述的一种刚柔双模操作机械臂，其特征在于：通过在刚性操作臂中设计具有刚柔转换功能和阻尼缓冲功能的四自由度柔性机构，从而在刚性操作臂中引入了柔性特征，使机械臂具有刚柔双模操作的能力；旋转锁紧装置和直线锁紧装置均基于电磁控制，得电时，对应自由度被锁紧，失电时，对应自由度被释放，当执行空间对接或抓捕任务时，通过控制四自由度柔性机构中的刚柔转换装置，来实现机械臂刚柔双模转换；四自由度柔性机构中设计了三个旋转方向和一个直线方向共四组阻尼缓冲装置，对接触过程中动量进行卸载：接触过程中X、Y、Z旋转方向的动量分别被位于X、Y、Z轴的旋转阻尼缓冲装置卸载，Z轴直线的动量被直线阻尼缓冲装置卸载，X、Y轴直线方向的动量经过力臂作用可以转化为Y、X方向的角动量，被Y、X轴旋转阻尼缓冲装置卸载，因此，通过设计此机构可实现机械臂操作过程中空间六维动量卸载。