CN106313100B - 一种串并联柔性关节机械臂 - Google Patents

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    • B25J17/00—Joints
    • B25J17/02—Wrist joints
    • B25J17/0258—Two-dimensional joints

Abstract

一种串并联柔性关节机械臂，包括第一机械臂、第二机械臂、含滑槽的固定盘、拨杆、滑块和人工肌肉，第二机械臂通过轴承及轴与第一机械臂相连，含滑槽的固定盘有两个，分别安装在轴的两端，并与第一机械臂固定连接，滑块安装在含滑槽的固定盘上，滑块与人工肌肉相连，人工肌肉与第二机械臂相连，拨杆安装在轴上，拨杆的端部位于滑块的凹槽中，在拨杆的作用下，滑块可沿滑槽上下滑动，从而带动第二机械臂上下运动，滑槽的两端设有圆弧锁死区，当拨杆脱离滑块后，滑块锁死在滑槽端部，当拨杆由脱离状态开始反向拨动滑块时能够顺利将滑块从锁死状态解锁并使滑块在滑槽中顺利滑动。本发明结构简单，制造成本低，节约能量，关节柔性好，灵活性高。

Description

一种串并联柔性关节机械臂
技术领域
本发明涉及一种机械臂，具体涉及一种串并联柔性关节机械臂。
背景技术
现有的机械臂大多数为传统电机驱动机械臂，或者含有串联弹性、可变刚度和并联弹性驱动器，这些机械臂均有各自的优点，然而这些机械手臂还是不能达到像人的手臂一样的性能，且柔性欠佳，能量节约效率不高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种关节柔性好，节约能量的串并联柔性关节机械臂。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种串并联柔性关节机械臂，包括第一机械臂、第二机械臂、含滑槽的固定盘、拨杆、滑块和人工肌肉，所述第二机械臂通过轴承及轴与第一机械臂相连，所述含滑槽的固定盘有两个，分别安装在轴的两端，并与第一机械臂固定连接，所述滑块安装在含滑槽的固定盘上，所述滑块与人工肌肉相连，所述人工肌肉与第二机械臂相连，所述拨杆安装在轴上，所述拨杆的端部位于滑块的凹槽中，在拨杆的作用下，所述滑块可沿滑槽上下滑动，从而带动第二机械臂上下运动，所述滑槽的两端设有圆弧锁死区，当拨杆脱离滑块后，滑块锁死在滑槽两端，拨杆由脱离状态开始反向拨动滑块时能够顺利将滑块从锁死状态解锁并使滑块在滑槽中顺利滑动。
进一步，所述滑块和人工肌肉分内外两层，内层为对称的一组两个机构，拨杆驱动方向相同或者两个人工肌肉驱动力相同，故内层两个机构能实现同步驱动，外层为对称的一组两两个机构，拨杆驱动方向相同或者两个人工肌肉驱动力相同，故外层两个机构能实现同步驱动。
进一步，还设有电机和传动装置，所述电机和传动装置安装在第一机械臂上，所述电机通过传动装置与轴相连。
进一步，所述含滑槽的固定盘与第一机械臂通过螺栓螺母连接固定。
进一步，所述人工肌肉通过连杆与第二机械臂相连。
根据单层驱动原理图1，电机的单一驱动机构输出力矩计算公式如下
（1）
其中， 是人工肌肉预紧量；是人工肌肉的初始拉伸量，即拨杆与滑块未脱离且拨杆与第二机械臂共线时人工肌肉的拉伸量；是人工肌肉的刚度；是滑块与拨杆未脱离时拨杆与第二机械臂之间的夹角；是第二机械臂与第一机械臂形成的锐角。如图1，第一机械臂与第二机械臂连接于点a，第二机械臂与人工肌肉连接于点b，人工肌肉，滑块和拨杆共同连接于点c，a和b两点之间的距离为B，a和c两点之间的距离为A。若整个机械臂驱动机构数为个，则电机所需要的总力矩。
机械臂的平衡角度与电机的转动角度之间的关系可以表述为如下公式
（2）
是拨杆转动的角度；是理论上拨杆不脱离滑块，电机所转动的最大角度。当拨杆驱动滑块运动时机械臂的平衡角度与拨杆转动的角度相等，即当时。
本发明结构简单，制造成本低，节约能量，关节柔性好，灵活性高。
附图说明
图1 为本发明的原理图；
图2 为本发明实施例的主视图；
图3 为图2所示实施例的等轴测视图；
图4 为图2所示实施例的局部视图；
图5 为图2的内外层拨杆的夹角示意图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
实施例
参照附图，本实施例包括第一机械臂1、第二机械臂2、含滑槽的固定盘3-1、拨杆3-2、滑块3-3和人工肌肉3-4，所述第二机械臂2通过轴承及轴与第一机械臂1相连，所述含滑槽的固定盘3-1有两个，分别安装在轴的两端，并与第一机械臂1固定连接，所述滑块3-3安装在含滑槽的固定盘3-1上，所述滑块3-3与人工肌肉3-4相连，所述人工肌肉3-4与第二机械臂2相连，所述拨杆3-2安装在轴上，所述拨杆3-2的端部位于滑块3-3的凹槽中，在拨杆3-2的作用下，所述滑块3-3可沿滑槽上下滑动，从而带动第二机械臂2上下运动，所述滑槽的两端设有圆弧锁死区，当拨杆3-2脱离滑块3-3后，滑块3-3锁死在滑槽两端，拨杆由脱离状态开始反向拨动滑块时能够顺利将滑块从锁死状态解锁并使滑块在滑槽中顺利滑动。
本实施例中，所述滑块3-3和人工肌肉3-4分内外两层，内层为对称的一组两个机构，拨杆驱动方向相同或者两个人工肌肉驱动力相同，故内层两个机构能实现同步驱动，外层为对称的一组两个机构，拨杆驱动方向相同或者两个人工肌肉驱动力相同，故外层两个机构能实现同步驱动。内层和外层机构可同时驱动机械臂，如图5，内外层拨杆之间的角度为，其中为滑槽上下互锁点之间的角度，为比例调节系数，为了实现内外层机械臂的同时驱动，需保证。本实施例中取=0.6，即。
本实施例中，还设有电机和传动装置，所述电机和传动装置安装在第一机械臂1上，所述电机通过传动装置与轴相连。
本实施例中，所述含滑槽的固定盘3-1与机械臂1通过螺栓螺母连接固定。
本实施例中，所述人工肌肉3-4通过连杆与第二机械臂2相连。
工作时，电机通过传动装置带动拨杆3-2或者由人工肌肉3-4的作用使得滑块3-3在滑槽中上下滑动，从而带动机械臂2上下运动。

Claims (5)

1.一种串并联柔性关节机械臂，包括第一机械臂、第二机械臂，其特征在于：还设有含滑槽的固定盘、拨杆、滑块和人工肌肉，所述第二机械臂通过轴承及轴与第一机械臂相连，所述含滑槽的固定盘有两个，分别安装在轴的两端，并与第一机械臂固定连接，所述滑块安装在含滑槽的固定盘上，所述滑块与人工肌肉相连，所述人工肌肉与第二机械臂相连，所述拨杆安装在轴上，所述拨杆的端部位于滑块的凹槽中，在拨杆的作用下，所述滑块可沿滑槽上下滑动，从而带动第二机械臂上下运动，所述滑槽的两端设有圆弧锁死区，当拨杆脱离滑块后，滑块锁死在滑槽两端，当拨杆由脱离状态开始反向拨动滑块时能够顺利将滑块从锁死状态解锁并驱动滑块在滑槽中顺利滑动。
2.根据权利要求1所述的串并联柔性关节机械臂，其特征在于：所述滑块和人工肌肉分内外两层，内层为对称的一组两个机构，拨杆驱动方向相同或者两个人工肌肉驱动力相同，故内层两个机构能实现同步驱动，外层为对称的一组两个机构，拨杆驱动方向相同或者两个人工肌肉驱动力相同，故外层两个机构能实现同步驱动。
3.根据权利要求1或2所述的串并联柔性关节机械臂，其特征在于：还设有电机和传动装置，所述电机和传动装置安装在第一机械臂上，所述电机通过传动装置与轴相连。
4.根据权利要求1或2所述的串并联柔性关节机械臂，其特征在于：所述含滑槽的固定盘与第一机械臂通过螺栓螺母连接固定。
5.根据权利要求1或2所述的串并联柔性关节机械臂，其特征在于：所述人工肌肉通过连杆与第二机械臂相连。
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