[发明专利]一种基于偏置十字轴铰接的七自由度柔性机械臂

权利要求书

1.一种基于偏置十字轴铰接的七自由度柔性机械臂，其特征在于：所述基于偏置十字轴铰接的七自由度柔性机械臂包括驱动机构(1)、臂段机构(2)、第一导轨(3)和第一连杆(4)；

其中，所述第一导轨(3)包括滑轨(31)、第一滑块(32)、第二丝杠(311)、第一驱动电机(33)、第二联轴器(34)和支撑架(35)；第一驱动电机(33)固定安装在支撑架(35)的一端，输出轴通过第二联轴器(34)与第二丝杠(311)的一端相连接，第二丝杠(311)的另一端以转动的方式安装在支撑架(35)的另一端；滑轨(31)以与第二丝杠(311)平行的方式安装在支撑架(35)上；第一滑块(32)套装在第二丝杠(311)且底面安装在滑轨(31)上，因此能够在第一驱动电机(33)的驱动下沿滑轨(31)往复移动；

所述臂段机构(2)包括结构完全相同且依次排布的第一关节单元(Ⅰ)、第二关节单元(Ⅱ)和第三关节单元(Ⅲ)；每个关节单元包括一个首端连杆(21)、多个关节连杆(22)、多个偏置十字关节轴(23)、一根弹性支撑杆(25)与四条驱动绳索(24)；所述首端连杆(21)的整体为圆柱体形结构，轴心处贯通形成有一个第一中心孔(212)，后端面外侧部位沿径向对称凹陷形成有两个第一连接槽(213)，并且两个第一连接槽(213)的轴线位于一条直线，位于第一中心孔(212)外侧的部位沿轴向贯通形成有多个对称分布的第一导向孔(211)；关节连杆(22)的整体为圆柱体形结构，轴心处贯通形成有一个第二中心孔(222)，两端面外侧部位对称凹陷形成有两个第二连接槽(223)，并且两个第二连接槽(223)的轴线位于一条直线，位于第二中心孔(222)外侧的部位沿轴向贯通形成有多个对称分布的第二导向孔(221)；首端连杆(21)与关节连杆(22)以及相邻两个关节连杆(22)之间均设置一个偏置十字关节轴(23)；每个偏置十字关节轴(23)包括偏置中心轴(232)和四个关节轴(231)；偏置中心轴(232)的轴心处贯通形成有一个第三中心孔(233)，偏置中心轴(232)两端面上位于第三中心孔(233)外侧的部位对称安装有两个关节轴(231)，并且两个关节轴(231)的轴线位于一条直线，同时两端面上的关节轴(231)轴线相互垂直；每个端面上的两个关节轴(231)外侧部位分别嵌入在首端连杆(21)上的两个第一连接槽(213)或关节连杆(22)同一端面上的两个第二连接槽(223)内，由此利用偏置十字关节轴(23)将两个关节连杆(22)或首端连杆(21)与关节连杆(22)相互连接并形成两个轴线相互垂直的第一转动副(26)，并且第三中心孔(233)与上述首端连杆(21)上的第一中心孔(212)及关节连杆(22)上的第二中心孔(222)对齐，同时首端连杆(21)上的每个第一导向孔(211)与所有关节连杆(22)上的一个第二导向孔(221)对齐；弹性支撑杆(25)贯穿设置在首端连杆(21)的第一中心孔(212)、各关节连杆(22)的第二中心孔(222)和偏置十字关节轴(23)的第三中心孔(233)内；四条驱动绳索(24)的一端等间距连接在首端连杆(21)上，相对的两条驱动绳索(24)为一对，另一端穿过本关节单元以及位于本关节单元后侧的所有关节单元上同一位置的所有导向孔后连接在驱动机构(1)上；

所述驱动机构(1)包括三个分别与一个关节单元相连接的驱动单元、第一连接盘(102)、第二连接盘(104)、第三连接盘(109)、圆台(110)、第二连杆(113)、第四连接盘(114)、连接部件(117)和中心连接件(118)；第一连接盘(102)、第二连接盘(104)和第三连接盘(109)间隔距离平行设置且中部利用中心连接件(118)相互连接；圆台(110)的底面安装在第三连接盘(109)的顶面中部，圆台(110)的顶面通过多根第二连杆(113)与第四连接盘(114)相连接；连接部件(117)的一端连接在中心连接件(118)的侧面上，另一端延伸至驱动机构(1)的外侧且与第一导轨(3)上的第一滑块(32)固定连接；每个驱动单元包括两台第二驱动电机(101)、两个第一联轴器(103)、四个第一滑轮(115)、两根第一丝杠(105)、至少两根导向杆(106)、两个第一力传感器(107)、两个第二力传感器(108)、两个第二滑块(116)、四个第二滑轮(111)和四个第三滑轮(112)；两台第二驱动电机(101)对称安装在第一连接盘(102)的底面边缘部位，输出轴贯穿第一连接盘(102)；第一联轴器(103)位于第一连接盘(102)和第二连接盘(104)之间；两根第一丝杠(105)对称设置，每根第一丝杠(105)的一端以转动的方式安装在第三连接盘(109)的外侧部位，另一端贯穿第二连接盘(104)后通过一个第一联轴器(103)与一台第二驱动电机(101)的输出端相连接；每根第一丝杠(105)的附近安装至少一根导向杆(106)，导向杆(106)的两端分别安装在第二连接盘(104)和第三连接盘(109)上；每个第二滑块(116)同时套装在一根第一丝杠(105)和附近的至少一根导向杆(106)上，因此能够沿导向杆(106)往复移动；每个第一力传感器(107)和第二力传感器(108)同时安装在一个第二滑块(116)的底面和顶面上；四个第一滑轮(115)对称安装在中心连接件(118)上位于第一连接盘(102)和第二连接盘(104)之间的部位；四个第二滑轮(111)对称安装在圆台(110)的圆周面上；四个第三滑轮(112)对称安装在圆台(110)的顶面边缘上，并且每个第一滑轮(115)分别与一个第二滑轮(111)和一个第三滑轮(112)的安装位置上下对齐；所述臂段机构(2)中每个关节单元上每对驱动绳索(24)中的一条驱动绳索(24)先穿过第四连接盘(114)、然后绕过一个第三滑轮(112)和一个第二滑轮(111)、再穿过第三连接盘(109)后连接在一个驱动单元的一个第二力传感器(108)上，另一条驱动绳索(24)先穿过第四连接盘(114)、然后绕过一个第三滑轮(112)和一个第二滑轮(111)、继而相继穿过第三连接盘(109)和第二连接盘(104)，再绕过一个第一滑轮(115)后横向贯穿中心连接件(118)、最后绕过另一个对称设置的第一滑轮(115)后连接在第一力传感器(107)上；

第一连杆(4)的一端连接在驱动机构(1)中第四连接盘(114)的顶面中部，另一端连接在臂段机构(2)中第一关节单元(Ⅰ)后端的关节连杆(22)后端面上。