CN106625631A - 一种连续型柔性臂关节组以及组合型柔性臂关节组 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种连续型柔性臂关节组以及组合型柔性臂关节组，属于机器人技术领域。本发明的连续型柔性臂关节组包括若干子关节、至少3个驱动绳，相邻的两个子关节之间转动连接，关节组一端活动设置以形成活动端，至少3个驱动绳沿关节组周向排布，且至贯穿整个关节组以展成柔性臂，其一端与活动端固定连接，另一端可受外力拉拽以使该活动端运动，本发明的组合型柔性臂关节组通过多个上述关节组的活动端与相对固定端两两转动连接而成。本发明的连续型柔性臂关节组具有灵活性高、避障能力强的优点；可适应狭小的工作环境；成本低、便于实现，拆卸、安装和维修方便；提高电机组的利用率。本发明的组合型柔性臂关节组具有更好的适应性以及实用性。

Description

一种连续型柔性臂关节组以及组合型柔性臂关节组

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其是涉及一种连续型柔性臂关节组。

背景技术

目前超冗余自由度机械臂执行机构大多采用分立式的电机和驱动器，电机放在转动子关节处或者内置在子关节中直接驱动转动子关节转动，驱动器固定在控制柜中，二者用电缆线进行连接，导致该机械臂的电气线路繁琐，检修复杂而且未知安全隐患较多，而且这种方式需要体积小、重量轻的微小型电机，限制了机械臂的功率、也使制造成本增加，另外也增加了机械臂的惯性和质量，其承载能力受到一定的限制，对高速运动和快速响应极为不利，同时，电机驱动的子关节一般都是单自由度转动子关节，实现多自由度子关节的驱动很困难，通常会使机器人的结构变得复杂。采用远程线驱动方式是解决上述问题的一个有效途径，减轻了机械臂的质量，提高响应速度，把电机和控制电路远离末端执行器，使它们不易受到恶劣环境的影响，易于拆卸、维护和组装。现在国内外所研制使用的线驱动柔性机械臂，都采用一个电机组驱动一个子关节，当柔性臂的子关节数增加时，电机组的数量也要随之增加，这增加了设备成本，使得机械臂的长度增加受限。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于：提供一种柔性臂关节组，其具有更好的灵活性、避障能力高；可适应狭小恶劣的工作环境；成本低、便于实现，拆卸、安装和维修方便；提高了电机组的利用率。

本发明还提供一种组合型柔性臂关节组，其具有更好的适应性以及实用性。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案在于，提供一种连续型柔性臂关节组，包括若干子关节、至少3个驱动绳，相邻的两个所述子关节之间转动连接，所述关节组其中一端活动设置，以形成所述关节组的活动端，至少3个所述驱动绳沿所述关节组周向排布，且至少3个所述驱动绳贯穿整个所述关节组以使所述关节组展成柔性臂，所述驱动绳一端与所述活动端固定连接，所述驱动绳另一端可受外力拉拽，以驱动所述活动端相对于所述关节组的相对固定端运动。

作为上述技术方案的进一步改进，相邻的2个所述子关节之间设置有十字轴模块，相邻的2个所述子关节分别与所述十字轴模块铰接连接。

作为上述技术方案的进一步改进，相邻的2个所述子关节之间还设置有弹簧，所述弹簧以压缩状态穿过所述十字轴模块设置，且所述第一弹簧两端分别与相邻的2个所述子关节固定连接。

作为上述技术方案的进一步改进，所述子关节的数量为3至7个。

作为上述技术方案的进一步改进，所述驱动绳的数量为3个，相邻的2个所述驱动绳之间的夹角为120度。

作为上述技术方案的进一步改进，所述驱动绳的数量为4个，相邻的2个所述驱动绳之间的夹角为90度。

作为上述技术方案的进一步改进，所述子关节两端、沿其周向固设有环形凸板，所述环形凸板上分布有供所述驱动绳穿过的过孔，且多个所述环形凸板上相对应位置处的所述过孔的圆心处于同一直线上。

本发明还公开了一种组合型柔性臂关节组，其包括上述的连续型柔性臂关节组，相邻的两个所述连续型柔性臂关节组中，其中一个的所述活动端与其中另一个的相对固定端转动连接，以使多个所述连续型柔性臂关节组之间可相对运动。

本发明的有益效果：

本发明的连续型柔性臂关节组具有刚性子关节操作的能力，具备俯仰和偏航两个方向上的自由度运动轨迹规划的功能，拥有更高的灵活性和更强避障能力，适合于非结构环境；本发明的连续型柔性臂关节组减轻了机械臂的质量，提高响应速度，把电机和控制电路远离末端执行器，使得机械臂工作时不易受到外界环境的感染而受到损坏，可适用于环境恶劣的工作场所；绳索驱动成本较低、容易实现、易于拆卸、维护和组装；用关节组代替传统的单个子关节作为执行单元，提高了电机组的利用率。

本发明还公开了一种组合型柔性臂关节组，可以根据实际情况增加上述连续型柔性臂关节组的数量，具有更强的适应性以及实用性。

附图说明

图1是本发明的连续型柔性臂关节组的整体结构示意图；

图2是本发明的连续型柔性臂关节组的爆炸结构示意图。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，专利中涉及到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。本发明创造中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。

请一并参照图1和图2，本发明的连续型柔性臂关节组包括若干子关节1、至少3个驱动绳2，相邻的两个子关节1之间转动连接，且两者之间可以于相互垂直的两个方向上相对转动，同时采用至少3个驱动绳2沿该关节组周向设置，并贯穿整个关节组，以将该关节组展成柔性臂，从而使得该连续型柔性臂关节组可以通过驱动绳2驱动实现俯仰和偏航两个方向上的运动。

为了使该连续型柔性臂关节组具有更好的稳定性以及工作性能，本发明的连续型柔性臂关节组的子关节1的数量一般选择为3至7个，当然，在不同的实施例中，子关节的数量也可以选择为2个、8个、9个或其他数量，其中3个至7个子关节1的选择为优选方案。

相邻的2个子关节1之间设置有十字轴模块3，该十字轴模块3分别与3个相邻的子关节1于相互垂直的两个方向上铰接连接，从而使得其中一个子关节1相对于其中另一个子关节1能够于相互垂直的两个方向上发生转动，从而具备的俯仰和偏航两个方向上的2个自由度。

十字轴模块3包括连接环30与连接销31，其中，连接环30两端的子关节1均向连接环30方向伸出设置有一对间隔180度的筋12，连接环30两端的两个子关节1上的两对筋12之间间隔90度，且两对筋12均紧贴于连接环30外圆环设置，筋12与连接环30对应位置处设置有连接孔100，间隔180度的两个筋12及对应的连接环30上的连接孔100的轴线处于同一直线上，筋12与连接环30通过连接销31铰接连接，通过两对筋12可以实现两个相邻的子关节1之间实现相互垂直的两个方向上的相对转动。

两个相邻的子关节1之间还固设有弹簧4，弹簧4穿过连接环30内圆环设置，其两端分别与相邻的两个子关节1固定连接，且弹簧4在受到一定的压缩的情况下固设于两子关节1之间，从而使得相邻的2个子关节1始终受到弹簧4的推力，使得相邻的子关节1之间更加紧固、可靠，保证整个连续型柔性臂关节组的竖直度以及水平度，同时，也防止驱动绳2拉紧时使得子关节1之间相互收拢造成子关节1之间发生相对位移，影响该连续型柔性臂关节组的运动准确性，此外，在受到驱动绳2驱动时，弹簧4可以调节相邻的两个子关节1所受到的驱动力，补偿两个子关节1可能发生的运动偏差，从而使得该关节组的各个子关节1均发生等曲率的弯曲，有利于精确控制该关节组的运动轨迹，便于其工作时进行避障。

为了方便对该连续型柔性臂关节组进行控制，该连续型柔性臂关节组其中一端活动设置，以形成该连续型柔性臂关节组的活动端10，其中另一端相对于活动端10固定设置，以形成相对固定端11，其中至少3个驱动绳2沿该连续型柔性臂关节组周向设置，并贯穿整个连续型柔性臂关节组，以展成柔性臂，其一端与活动端10固定连接，另一端穿过该连续型柔性臂关节组远离于活动端10的另一端，以使驱动绳2于该端可受外力作用而驱动该连续型柔性臂关节组的活动端10相对于该连续型柔性臂关节组的相对固定端11运动。

驱动绳2的数量一般选择为3个，且相邻的两个驱动绳2之间的夹角为120度，如此，可以在该连续型柔性臂关节组具备两个方向自由度的前提下有效的减少电机的数量；驱动绳2的数量也可以选择为4个，相邻的2个驱动绳2之间的夹角为90度，此时，可以将间隔180度的两个驱动绳2于固定端10一端封闭，进而实用一个电机同时驱动该两个驱动绳2，从而可以进一步的较少电机的使用数量；当然，在不同的实施例中，驱动绳2的数量也可以选择为5个、6个或更多，其均应沿该连续型柔性臂关节组周向布置，其中，3个驱动绳2以及4个驱动绳2为优选方案。

在子关节1的两端均紧套有环形凸板13，环形凸板13用于驱动绳2的定位，防止驱动绳2偏离固有位置，造成运动不准确，其中环形凸板13上沿其周向设置有供驱动绳2穿过的过孔120，在竖直方向上，多个环形凸板13上多个过孔120的圆心处于同一直线上，以使驱动绳2能够以拉直的状态穿过每个圆孔120，进而更好的驱动该连续型柔性臂关节组运动，通过环形凸板13也起到限定驱动绳2位置的功能，使得该连续型柔性臂关节组的运动更加精确。

本发明的连续型柔性臂关节组可以通过方便的控制所需要运动的轨迹，通过其轨迹得出该连续型柔性臂关节组的弯曲角度，进而通过该角度得出驱动绳2所需要的绳长，只需要控制该绳长即可控制该连续型柔性臂关节组的运动轨迹，具有十分方便以及准确的优点。

本发明还提供一种组合型柔性臂关节组，其包括多个上述的连续型柔性臂关节组，且相邻的两个连续型柔性臂关节组的活动端与相对固定端转动连接，从而使得该组合型柔性臂关节组可适应更多的工作环境，具有更好的适应性以及实用性。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (8)

1.一种连续型柔性臂关节组，其特征在于：包括若干子关节、至少3个驱动绳，相邻的两个所述子关节之间转动连接，所述关节组其中一端活动设置，以形成所述关节组的活动端，至少3个所述驱动绳沿所述关节组周向排布，且至少3个所述驱动绳贯穿整个所述关节组以使所述关节组展成柔性臂，所述驱动绳一端与所述活动端固定连接，所述驱动绳另一端可受外力拉拽，以驱动所述活动端相对于所述关节组相对固定端运动。

2.根据权利要求1所述的连续型柔性臂关节组，其特征在于：相邻的2个所述子关节之间设置有十字轴模块，相邻的2个所述子关节分别与所述十字轴模块铰接连接。

3.根据权利要求2所述的连续型柔性臂关节组，其特征在于：相邻的2个所述子关节之间还设置有弹簧，所述弹簧以压缩状态穿过所述十字轴模块设置，且所述第一弹簧两端分别与相邻的2个所述子关节固定连接。

4.根据权利要求3所述的连续型柔性臂关节组，其特征在于：所述子关节的数量为3至7个。

5.根据权利要求3所述的连续型柔性臂关节组，其特征在于：所述驱动绳的数量为3个，相邻的2个所述驱动绳之间的夹角为120度。

6.根据权利要求3所述的连续型柔性臂关节组，其特征在于：所述驱动绳的数量为4个，相邻的2个所述驱动绳之间的夹角为90度。

7.根据权利要求6所述的连续型柔性臂关节组，其特征在于：所述子关节两端、沿其周向固设有环形凸板，所述环形凸板上分布有供所述驱动绳穿过的过孔，且多个所述环形凸板上相对应位置处的所述过孔的圆心处于同一直线上。

8.一种组合型柔性臂关节组，其特征在于：包括多个如权利要求1至7中所述的连续型柔性臂关节组，相邻的两个所述连续型柔性臂关节组中，其中一个的所述活动端与其中另一个相对固定端转动连接，以使多个所述连续型柔性臂关节组之间可相对运动。