CN106914889B - 一种柔性臂仿生机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于抓取的仿生机器人，具体地说是一种柔性臂仿生机器人。包括机械手、柔性臂、驱动装置及底座，其中驱动装置为多个，多个驱动装置设置于底座上，所述柔性臂设置于底座的上方，所述柔性臂的末端与机械手连接，所述柔性臂包括多个变剪杆机构，多个所述变剪杆机构依次连接形成封闭的环状结构，多个所述变剪杆机构的底部分别与多个驱动装置连接，多个变剪杆机构协同作用完成柔性臂的变形。本发明通过多个驱动装置分别控制多个变剪杆机构，使柔性臂能达到任意位置，以达到任意抓取目的。

Description

一种柔性臂仿生机器人

技术领域

本发明涉及一种用于抓取的仿生机器人，具体地说是一种柔性臂仿生机器人。

背景技术

随着机器人技术的迅猛发展，对能在复杂环境下执行任务的特种机器人的需求日益的增加。该仿生机器人，具有很高的灵活性，比起我们常见的关节机器人，该仿生机器人能够适应更加复杂的环境。

国内外研发了不同构型的机器人，但关于柔性臂的机器人却非常少，这使得机器人的发展受到了局限性，其工作环境也有所限制。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种柔性臂仿生机器人。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种柔性臂仿生机器人，包括机械手、柔性臂、驱动装置及底座，其中驱动装置为多个，多个驱动装置设置于底座上，所述柔性臂设置于底座的上方，所述柔性臂的末端与机械手连接，所述柔性臂包括多个变剪杆机构，多个所述变剪杆机构依次连接形成封闭的环状结构，多个所述变剪杆机构的底部分别与多个驱动装置连接，多个变剪杆机构协同作用完成柔性臂的变形。

所述变剪杆机构包括由下至上依次连接的多个剪叉杆机构，所述剪叉杆机构具有收放功能，位于底部的所述剪叉杆机构与所述驱动装置连接，所述驱动装置驱动剪叉杆机构实现收放功能。

所述剪叉杆机构包括剪叉杆、竖向伸缩杆、横向伸缩杆及滑杆，其中滑杆为两个，两个滑杆上下布设，两个滑杆的两侧相对应端分别设有一个竖向伸缩杆，各竖向伸缩杆的两端通过铰链与两个滑杆铰接，位于底端的一铰链与所述驱动装置连接，另一侧铰链与滑杆的轴肩贴合，使其沿滑杆方向运动固定，所述驱动装置可驱动与其连接铰链，该铰链带动竖向伸缩杆沿两个滑杆滑动，两个竖向伸缩杆之间铰接有两个交叉设置的剪叉杆，两个所述剪叉杆的中间位置沿长度方向设有条形滑槽，两个剪叉杆通过容置于该条形滑槽内的滑销活动连接，两个竖向伸缩杆之间连接有横向伸缩杆，所述横向伸缩杆上沿长度方向设有导向槽，所述滑销容置于该导向槽内。

所述变剪杆机构中相邻两个剪叉杆机构共用一个滑杆。

相邻两个变剪杆机构中相对应的滑杆之间通过固定块连接，形成封闭的框架。所述固定块为V型结构，该V型结构的开口朝向外侧。

所述驱动装置包括电机、减速器、齿轮传动机构、螺杆及螺母，其中电机、减速器及齿轮传动机构依次传动连接，所述螺杆可转动的安装在所述底座上、并与螺母螺纹连接，所述变剪杆机构通过滑块与螺母连接。

所述底座包括底盘、支撑座及轴承座，所述支撑座和轴承座设置于底盘上，所述电机和螺杆均位于支撑座和轴承座之间，所述螺杆位于电机的上方、并螺杆的两端通过轴承分别安装在支撑座和轴承座上，所述齿轮传动机构安装在所述轴承座的外侧、并与电机的输出轴和螺杆连接。

所述柔性臂的末端安装有摄像头。

所述变剪杆机构及驱动装置均为三个，三个变剪杆机构沿周向呈60°角均匀分布。

本发明的优点及有益效果是：

1.本发明提供的机器人结构简单，总体结构轻盈紧凑，运动灵活，控制精巧，柔性臂的任意位置运动使抓取位置更加广泛。

2.本发明通过三个电机分别控制三个变剪杆机构，使柔性臂能达到任意位置，以达到任意抓取目的。

3.本发明的变剪杆机构由剪叉杆机构演变，使剪叉杆的作用运用更加灵活，剪杆上的滑销和两边的伸缩杆能精确的控制剪杆的变化，剪叉杆具有伸缩功能，这对该发明的收放和使用起很好的作用。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中变剪杆机构的结构示意图；

图3为本发明中变剪杆机构与驱动装置连接的结构示意图；

图4为本发明相邻两个变剪杆机构的连接框架示意图；

图5为本发明中柔性臂的结构示意图；

图6为本发明中驱动装置的结构示意图。

其中：Ⅰ为机械手，Ⅱ为柔性臂，Ⅲ为驱动装置；50为剪叉杆机构，1为电机，2为减速器，3为齿轮传动机构，4为螺杆，5为螺母，6为滑块，7为铰链，8为剪叉杆，9为竖向伸缩杆，10为横向伸缩杆，11为滑杆，12为轴承座Ⅰ，13为轴承座Ⅱ，14为滑销，15为铰链，16为固定块，17为轴承座Ⅲ，18为支撑座，19为底盘。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。

如图1所示，本发明提供的一种柔性臂仿生机器人，包括机械手Ⅰ、柔性臂Ⅱ、驱动装置Ⅲ及底座，其中驱动装置Ⅲ为多个，多个驱动装置Ⅲ设置于底座上，所述柔性臂Ⅱ设置于底座的上方，所述柔性臂Ⅱ的末端与机械手Ⅰ连接，所述柔性臂Ⅱ包括多个变剪杆机构，多个所述变剪杆机构依次连接形成封闭的环状结构，多个所述变剪杆机构的底部分别与多个驱动装置Ⅲ连接，多个变剪杆机构协同作用完成柔性臂Ⅱ的变形。所述柔性臂Ⅱ的末端安装有摄像头，用于捕捉目标具体位置。

如图2所示，所述变剪杆机构包括由下至上依次连接的多个剪叉杆机构50，所述剪叉杆机构50具有收放功能，位于底部的所述剪叉杆机构50与所述驱动装置Ⅲ连接，所述驱动装置Ⅲ驱动剪叉杆机构50实现收放功能。

如图3所示，所述剪叉杆机构50包括剪叉杆8、竖向伸缩杆9、横向伸缩杆10及滑杆11，其中滑杆11为两个，两个滑杆11上下布设、并相同，两个滑杆11的两侧相对应端分别设有一个竖向伸缩杆9，各竖向伸缩杆9的两端通过铰链15与两个滑杆11铰接，位于底端的一铰链15与所述驱动装置Ⅲ连接，另一侧铰链与滑杆11的轴肩贴合，使其沿滑杆方向运动固定，所述驱动装置Ⅲ可驱动与其连接铰链15，该铰链15带动竖向伸缩杆9沿两个滑杆11滑动，另一侧铰链15与滑杆轴肩贴合，以控制其沿杆方向的运动。两个竖向伸缩杆9之间铰接有两个交叉设置的剪叉杆8，两个所述剪叉杆8的中间位置沿长度方向设有条形滑槽，两个剪叉杆8通过容置于该条形滑槽内的滑销14活动连接。两个竖向伸缩杆9之间连接有横向伸缩杆10，所述横向伸缩杆10上沿长度方向设有导向槽，所述滑销14容置于该导向槽内，滑销14的运动可使剪叉杆的剪叉比时刻变化。所述变剪杆机构相邻两个剪叉杆机构50共用一个滑杆11。

所述剪叉杆机构50中俩侧的竖向伸缩杆9，其为控制中间的横向伸缩杆10的位置，横向伸缩杆10上的导向槽，其为保证滑销14能按照指定的方向运动，进而使变剪杆机构产生预期的变形。两个剪叉杆8中部具有的条形滑槽，是为保证滑销14能控制剪叉杆8的剪切变形。

所述变剪杆机构是由剪叉杆机构演化而来，该机构优点拥有一般剪杆机构所不具有的功能，一般剪杆机构只能做单向的伸缩运动，该机构不仅可以单方向伸缩，而且可以进行任意方向的伸缩运动，打破了一般剪杆机构的局限性，使剪杆机构的运用范围更加的广泛；该剪叉杆机构50中含有三个伸缩杆，俩侧的竖直伸缩杆9起固定作用，使中间的横向伸缩杆10保证要求的位置，中间的横向伸缩杆10上的条形滑槽使滑销14能按照要求进行滑动，以使剪叉杆满足所要要求的位置，进而使柔性臂Ⅱ完成指定动作变形。

如图4、图5所示，相邻两个变剪杆机构中相对应的滑杆11之间通过固定块16连接，形成封闭的框架。所述固定块16为V型结构，该V型结构的开口朝向外侧。

如图6所示，所述驱动装置Ⅲ包括电机1、减速器2、齿轮传动机构3、螺杆4及螺母5，其中电机1、减速器2及齿轮传动机构3依次传动连接，所述螺杆4可转动的安装在所述底座上、并与螺母5螺纹连接，所述变剪杆机构中滑杆11上的铰链15通过滑块6与螺母5连接。

所述底座包括底盘19、支撑座18及轴承座，所述支撑座18和轴承座设置于底盘19上，所述电机1和螺杆4均位于支撑座18和轴承座之间，所述螺杆4位于电机1的上方、并螺杆4的两端通过轴承分别安装在支撑座18和轴承座上，所述齿轮传动机构3安装在所述轴承座的外侧、并与电机1的输出轴和螺杆4连接，其沿周向呈60°角均匀分布。

本实施例中，所述柔性臂Ⅱ由三个变剪杆机构组成，三个变剪杆机构的分布是按间隔60°角分布组成柔性臂机构，柔性臂末端连接仿生机器人装置，柔性臂末端安装有摄像头。三个变剪杆机构分别与三个驱动装置Ⅲ连接，通过对三个电机1的控制，进而使三个变剪杆机构产生不同的变形，由于三个变剪杆机构的相互作用，使得柔性臂Ⅱ达到目的位置，完成工作

本发明的工作原理是：

由电机1带动减速器2，减速器2传递运动到齿轮传动机构3，齿轮传动机构3带动螺杆4转动，螺杆4转动使螺母5做单向移动，螺母5单向移动带动铰链15沿滑杆11移动，铰链15带动剪叉杆机构50做剪叉运动。剪叉杆机构50的剪叉运动使柔性臂Ⅱ受到一个方向的力，由于三个变剪杆机构分布是按间隔60°角分布，当电机1控制使三螺母5有相同位移时，柔性臂Ⅱ做伸展运动；当三个螺母5的位移不同时，柔性臂Ⅱ就会发生弯曲，所以通过对电机的控制就可以精确的控制柔性臂Ⅱ的精确位置，进而使机械手Ⅰ达到目标位置，以实现要完成的工作。

综上所述，本发明提供的一种柔性臂仿生机器人，其位置由柔性臂Ⅱ确定，根据柔性臂Ⅱ末端摄像头捕捉要抓取物体精确位置，通过对电机控制，使柔性臂Ⅱ完成指定动作，以使仿生手正确抓取。

Claims (8)

1.一种柔性臂仿生机器人，其特征在于，包括机械手(Ⅰ)、柔性臂(Ⅱ)、驱动装置(Ⅲ)及底座，其中驱动装置(Ⅲ)为多个，多个驱动装置(Ⅲ)设置于底座上，所述柔性臂(Ⅱ)设置于底座的上方，所述柔性臂(Ⅱ)的末端与机械手(Ⅰ)连接，所述柔性臂(Ⅱ)包括多个变剪杆机构，多个所述变剪杆机构依次连接形成封闭的环状结构，多个所述变剪杆机构的底部分别与多个驱动装置(Ⅲ)连接，多个变剪杆机构协同作用完成柔性臂(Ⅱ)的变形；

所述变剪杆机构包括由下至上依次连接的多个剪叉杆机构(50)，所述剪叉杆机构(50)具有收放功能，位于底部的所述剪叉杆机构(50)与所述驱动装置(Ⅲ)连接，所述驱动装置(Ⅲ)驱动剪叉杆机构(50)实现收放功能；

所述剪叉杆机构(50)包括剪叉杆(8)、竖向伸缩杆(9)、横向伸缩杆(10)及滑杆(11)，其中滑杆(11)为两个，两个滑杆(11)上下布设，两个滑杆(11)的两侧相对应端分别设有一个竖向伸缩杆(9)，各竖向伸缩杆(9)的两端通过铰链(15)与两个滑杆(11)铰接，位于底端的一铰链(15)与所述驱动装置(Ⅲ)连接，位于底端的另一铰链与滑杆(11)的轴肩贴合，使其沿滑杆方向运动固定，所述驱动装置(Ⅲ)可驱动与其连接铰链(15)，该铰链(15)带动竖向伸缩杆(9)沿两个滑杆(11)滑动，两个竖向伸缩杆(9)之间铰接有两个交叉设置的剪叉杆(8)，两个所述剪叉杆(8)的中间位置沿长度方向设有条形滑槽，两个剪叉杆(8)通过容置于该条形滑槽内的滑销(14)活动连接，两个竖向伸缩杆(9)之间连接有横向伸缩杆(10)，所述横向伸缩杆(10)上沿长度方向设有导向槽，所述滑销(14)容置于该导向槽内。

2.根据权利要求1所述的柔性臂仿生机器人，其特征在于，所述变剪杆机构中相邻两个剪叉杆机构(50)共用一个滑杆(11)。

3.根据权利要求1所述的柔性臂仿生机器人，其特征在于，相邻两个变剪杆机构中相对应的滑杆(11)之间通过固定块(16)连接，形成封闭的框架。

4.根据权利要求3所述的柔性臂仿生机器人，其特征在于，所述固定块(16)为V型结构，该V型结构的开口朝向外侧。

5.根据权利要求1所述的柔性臂仿生机器人，其特征在于，所述驱动装置(Ⅲ)包括电机(1)、减速器(2)、齿轮传动机构(3)、螺杆(4)及螺母(5)，其中电机(1)、减速器(2)及齿轮传动机构(3)依次传动连接，所述螺杆(4)可转动的安装在所述底座上、并与螺母(5)螺纹连接，所述变剪杆机构通过滑块(6)与螺母(5)连接。

6.根据权利要求5所述的柔性臂仿生机器人，其特征在于，所述底座包括底盘(19)、支撑座(18)及轴承座，所述支撑座(18)和轴承座设置于底盘(19)上，所述电机(1)和螺杆(4)均位于支撑座(18)和轴承座之间，所述螺杆(4)位于电机(1)的上方、并螺杆(4)的两端通过轴承分别安装在支撑座(18)和轴承座上，所述齿轮传动机构(3)安装在所述轴承座的外侧、并与电机(1)的输出轴和螺杆(4)连接。

7.根据权利要求1所述的柔性臂仿生机器人，其特征在于，所述柔性臂(Ⅱ)的末端安装有摄像头。

8.根据权利要求1-7任一项所述的柔性臂仿生机器人，其特征在于，所述变剪杆机构及驱动装置(Ⅲ)均为三个，三个变剪杆机构沿周向呈60°角均匀分布。