[实用新型]一种基于绳索驱动的变直径仿象鼻连续型机械臂

说明书

本实用新型公开了一种基于绳索驱动的变直径仿象鼻连续型机械臂，包括驱动模块及机械臂模块，所述机械臂模块包括多个串联的关节，所述的关节包括基座圆盘、末端圆盘、若干支撑圆盘、驱动绳组及柔性支撑杆，所述的基座圆盘、末端圆盘、若干支撑圆盘安装在柔性支撑杆上，且与柔性支撑杆同轴，基座圆盘、末端圆盘设置在柔性支撑杆两端；相邻的两关节中前一关节的后端的基座圆盘与后一关节前端的末端圆盘连接；每个关节的末端圆盘上固接有三个驱动绳，驱动模块包括多个伺服电机，每个伺服电机的输出轴上分别设有绕线盘，多个关节的每个驱动绳分别连接一绕线盘。本实用新型结构简单，其拥有较多自由度，可以对各关节进行独立调节，使控制更加精确。

技术领域

本实用新型涉及机器人领域，尤其是涉及一种基于绳索驱动的变直径仿象鼻连续型机械臂。

背景技术

现代社会中，机械臂的应用十分广泛，能够为人类的生产乃至生活带来便利。随着科技的发展进步，各式各样的机械臂应运而生，其中还包括很多种仿生机械臂。相较于传统机械臂，仿生机械臂在结构上模仿借鉴自然界的各种生物，借助大自然的智慧巧妙地实现一些所需功能。基于绳索驱动的变直径仿象鼻连续型机械臂是为解决传统刚性机械臂自由度数目有限、灵活性较差的问题提出来的，其通过增加冗余关节，使关节空间的维数远大于任务空间维数，使得机械臂可以灵活地实现期望的末端姿态。

目前关于象鼻仿生机械臂的研究已经比较丰富，中国专利CN 111085989 A 提到的一种具有多自由度的变刚度仿生象鼻软体手臂，中国专利CN 112692822 A中提到的可实现缠绕运动的线驱动软体机械臂和中国专利CN 111168657 B中提到的一种线驱动连续体柔性机器人，其成本价格和控制难度也都比较高。为了降低成本和简化控制，中国专利CN114102567 A提出了一种仿象鼻线驱动柔性多功能机械臂，但其机械臂部分较大，运动起来略显笨重。采用绳索的驱动方式，实现了驱动系统与机械臂的分离，有利于减轻机械臂的重量，可以更好的满足狭窄环境下的作业要求。因此，这种机械臂特别适合用作：(1) 复杂狭窄空间内的操作设备，大量的冗余关节可使机械臂具备极强的避障能力，特别适合用作特种机器人，例如用作灾后事故搜索机器人、观测机器人等。(2) 由于模仿了象鼻的外观，其很适合抓取不规则物体，即采用全臂包络方式抓取较大尺寸的不规则物体，其前窄后宽的设计，可使其在承受一定负载的同时牢固地抓取物体。

然而，目前仿象鼻机械臂大多为刚性结构，驱动采用液压或电机两种方式，且直接安装在转动关节处，驱动器固定在控制柜中，二者用电缆线进行连接，这样会带来很多缺点： (1) 自由度数目有限，无法实现满足复杂、狭窄等工况下的作业要求；(2) 增加了机械臂的惯性和质量，导致其承载能力受到一定的限制，影响机械臂的精度和响应速度；(3) 机械臂上存在电机等元器件，增加了机械臂的复杂性，成本增大。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种结构简单，拥有较多自由度，可以对各关节进行独立调节，使控制更加精确的基于绳索驱动的变直径仿象鼻连续型机械臂，其控制元件集成到控制箱内，不易受到恶劣环境的影响，有助于延长使用寿命，便于拆卸、维护和组装。

本实用新型所采用的技术方案是：一种基于绳索驱动的变直径仿象鼻连续型机械臂，包括驱动模块及机械臂模块，所述机械臂模块包括多个串联的关节，所述的关节包括基座圆盘、末端圆盘、若干支撑圆盘、驱动绳组及柔性支撑杆，所述的基座圆盘、末端圆盘、若干支撑圆盘安装在柔性支撑杆上，且与柔性支撑杆同轴，基座圆盘、末端圆盘设置在柔性支撑杆两端；相邻的两关节中前一关节的后端的基座圆盘与后一关节前端的末端圆盘连接；每个关节的末端圆盘上固接有三个驱动绳，驱动模块包括多个伺服电机，每个伺服电机的输出轴上分别设有绕线盘，多个关节的每个驱动绳分别连接一绕线盘。

进一步的，包括三个关节，每个关节的三个驱动绳沿圆周方向均匀布置。

进一步的，所述柔性支撑杆采用镍钛合金杆、玻璃纤维杆或碳纤维杆；三个关节段的柔性支撑杆从后端关节至前端关节呈等差数列变细。