[发明专利]基于折纸结构的模块化多铰链可伸缩刚柔耦合空间机械臂

权利要求书

1.基于折纸结构的模块化多铰链可伸缩刚柔耦合空间机械臂，其特征在于：由多个可伸缩的折展单元(1)和底座(2)组成的；多个可伸缩的折展单元(1)组成的机械臂布置在底座(2)上，其特征在于：

折展单元(1)包括底盘(1-7)以及中间的六组连杆，六组连杆分别为连杆组Ⅰ(1-1)、连杆组Ⅱ(1-2)、连杆组Ⅲ(1-3)、连杆组Ⅳ(1-4)、连杆组Ⅴ(1-5)、连杆组Ⅵ(1-6)；连杆组Ⅰ(1-1)与连杆组Ⅱ(1-2)通过虎克铰1(1-8)连接，连杆组Ⅲ(1-3)与连杆组Ⅱ(1-2)通过虎克铰1(1-8)连接，连杆组Ⅳ(1-4)与连杆组Ⅲ(1-3)通过虎克铰1(1-8)连接，连杆组Ⅴ(1-5)与连杆组Ⅳ(1-4)通过虎克铰1(1-8)连接，连杆组Ⅵ(1-6)与连杆组Ⅴ(1-5)通过虎克铰1(1-8)连接，连杆组Ⅰ(1-1)与连杆组Ⅵ(1-6)通过虎克铰1(1-8)连接；连杆组Ⅰ(1-1)、连杆组Ⅲ(1-3)、连杆组Ⅴ(1-5)的结构相同，连杆组Ⅱ(1-2)、连杆组Ⅳ(1-4)、连杆组Ⅵ(1-6)的结构相同；连杆组Ⅰ(1-1)和连杆组Ⅱ(1-2)的结构和连接情况如下；

连杆组Ⅰ(1-1)包括：下连杆1(1-1-2)、角度传感器(1-1-1)、上连杆(1-1-5)、中间连杆1(1-1-7)、中间连杆2(1-1-4)、扭簧(1-1-8)；连杆组Ⅰ(1-1)的连接关系为：下连杆1(1-1-2)与底盘(1-7)构成转动副连接，角度传感器(1-1-1)与下连杆1(1-1-2)的转轴固连，来监测下连杆1(1-1-2)的转动速度；上连杆(1-1-5)与底盘(1-7)构成转动副连接，角度传感器(1-1-1)与上连杆(1-1-5)的转轴固连，监测上连杆(1-1-5)的转动速度；下连杆1(1-1-2)与上连杆(1-1-5)构成转动副连接，扭簧(1-1-8)固定在上连杆(1-1-5)的转轴上，对折展单元起到支撑作用；中间连杆1(1-1-7)通过虎克铰2(1-1-6)与上连杆(1-1-5)连接；下连杆1(1-1-2)通过虎克铰3(1-1-3)与中间连杆2(1-1-4)相连；

连杆组Ⅱ(1-2)包括下连杆2(1-2-2)、中间连杆2(1-1-4)、上连杆(1-1-5)、中间连杆1(1-1-7)、主动齿轮(1-2-6)、从动齿轮(1-2-5)、电动机(1-2-1)、角度传感器(1-1-1)；连杆组Ⅱ(1-2)的连接关系为：下连杆2(1-2-2)与底盘(1-7)构成转动副连接；电动机(1-2-1)固定在底盘(1-7)上，电动机的转动轴与主动齿轮(1-2-6)固连，从动齿轮(1-2-5)与下连杆2(1-2-2)的转轴固连，通过两齿轮的啮合传递运动和动力；上连杆(1-1-5)与底盘(1-7)形成转动副连接，角度传感器(1-1-1)与上连杆(1-1-5)的上端的转动轴固连，监测上连杆(1-1-5)转动速度；下连杆2(1-2-2)与上连杆(1-1-5)构成转动副连接；中间连杆1(1-1-7)通过虎克铰4(1-2-4)与上连杆(1-1-5)连接；中间连杆2(1-1-4)通过虎克铰5(1-2-3)与下连杆2(1-2-2)连接；

连杆(1-2-1)包括刚性部分(1-2-1-2)和靠近转轴端有柔性材料部分(1-2-1-1)，柔性材料以补偿变形和简化机构；连杆(1-1-5)包括刚性部分(1-1-5-2)和靠近转轴端有柔性材料部分(1-1-5-1)，柔性材料同样起到补偿变形和简化机构的作用。

2.根据权利要求1所述的基于折纸结构的模块化多铰链可伸缩刚柔耦合空间机械臂，其特征在于，该机械臂能够向多个方向翻折，适应不同环境，在狭小不规则空间中工作。

3.根据权利要求1所述的基于折纸结构的模块化多铰链可伸缩刚柔耦合空间机械臂，其特征在于，该机械臂采用的折展单元能够按需求叠加或者减少，调整机械臂的长度。

4.根据权利要求1所述的基于折纸结构的模块化多铰链可伸缩刚柔耦合空间机械臂，其特征在于，机械臂的折展单元的连杆上添加柔性材料。

5.根据权利要求1所述的基于折纸结构的模块化多铰链可伸缩刚柔耦合空间机械臂，其特征在于，该机械臂为多自由度机械臂，由每个折展单元的下底盘的三个电动机控制运动。

6.根据权利要求1所述的基于折纸结构的模块化多铰链可伸缩刚柔耦合空间机械臂，其特征在于，在连杆上设置扭簧起支撑作用，该机械臂正放或者倒放，匹配多种底座；机械臂的各折展单元(1)通过螺栓(3-3)和螺母(3-2)相连，该机械臂能够匹配多种底座，包括机械臂正放式底座(2-1)、机械臂倒放式底座(2-2)，底座与机械臂通过螺钉(3-1)连接。