[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

说明书

本发明公开了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，包括多个折展单元以及机械臂底座。此机械臂采用模块化设计思想，采用多个相同的折展单元组合而成，通过各个折展单元上的驱动电机带动每个折展单元伸缩和翻折，从而可以使机械臂灵活伸缩以及向任意方向弯曲，实现多种复杂环境下的工作任务。本发明的机械臂在折展单元的连杆上添加柔性材料，能够有效地补偿变形，简化机构，缓解冲击。本发明的机械臂在折展单元中添加扭簧，起到支撑作用，使机械臂可以正方或者倒放，可以匹配多种底座，适应性更好。本发明的机械臂在折展单元底盘的转动副上固连，监测其转动速度，避免出现较大冲击或损坏。

技术领域

本发明属于机器人领域，是一种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，具体来说，机械臂采用模块化设计思想，可以比较灵活地根据工作环境调整长度、转动方向和角度，适应多种工作环境，特别是一些狭小、高度过高或者距离过长等复杂工作环境。

背景技术

机器人可以代替人完成各种各样的冗杂、困难的工作，并且在实际应用中越来越广泛。而机械臂作为机器人最常用的组件之一，随着机器人任务类型的多元化和复杂性的提高，我们对机械臂的在复杂的环境中的工作能力提出了更高的要求，因此需要设计一种灵活度高、适应性强、可靠性好的机械臂。

对于现有的机械臂的设计，申请号为CN201610184415.8的发明专利《一种仿生机械臂》，此机械臂虽相对于传统机械臂更为灵活，成本较低，但它的运动范围比较有限，工作范围相对受限。此外，申请号为CN202110857184.3的发明专利《一种仿生机械臂》，采用模块化思想，能够适应多种工作环境，但将驱动电机全都放在底部，占地面积大，在狭小崎岖的工作环境中工作比较受限制。

针对上述设计中存在的问题，我们设计了一种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，该机械臂采用模块化思想，每个折展单元模块都可以灵活伸缩和向侧面弯曲，并且将驱动电机布置在折展单元的底盘上，因此面对不同的工作环境时，可以灵活地控制机械臂的长度以及弯曲角度和方向，实现各种复杂的工作任务。

发明内容

本发明设计了一种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：

机械臂的各折展单元通过螺栓(3-3)和螺母(3-2)相连，该机械臂可以匹配多种底座，包括机械臂正放式底座(2-1)、机械臂倒放式底座(2-2)等，底座与机械臂通过螺钉(3-1)连接。

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)。六组连杆的连接情况为：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。其中连杆组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。因此暂且只介绍连杆组Ⅰ(1-1)和连杆组Ⅱ(1-2)的结构和连接情况，其他四组连杆组与连杆组(1-1)和连杆组2(1-2)的结构和连接情况相同，暂用虚线表示。