CN107020620A - 一种柔性分拣机器人系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种柔性分拣机器人系统，其特征在于，该系统包括机械臂、末端执行器和驱动机构；机械臂具有柔性和平移运动的特性：所谓柔性是指机械臂能够进行弯曲运动；所谓平移运动是指机械臂在运动过程中不会扭转，其末端指向一直不变；末端执行器安装在机械臂的末端，能够进行伸缩进给运动和旋转运动；驱动机构与机械臂和末端执行器关联，以驱动机械臂完成弯曲运动和平移运动，同时驱动末端执行器完成伸缩进给运动和旋转运动。本发明可安装在工业自动化生产线上方，对生产线上的物品进行抓取、抬起、调整姿态、放下以及松开等一系列动作，且具有并联结构的机器人惯性小的特点，在高速运动时可避免出现运动不平稳以及精度难以控制的情况。

Description

一种柔性分拣机器人系统

技术领域

本发明涉及一种工业机器人，具体地说是关于一种可进行高速分拣的柔性分拣机器人系统。

背景技术

现代的工业自动化生产线上经常需要完成对物品进行快速拾取并以特定的姿态摆放到某个位置的分拣任务。进行分拣任务的机器人通常能在一个平面中进行平动，并可以在该平面的垂直方向上进行平动以及旋转运动，其中分拣机器人的平动与旋转运动是解耦的，故其运动的控制也比较简单。平面关节型(Selective Compliance Assembly RobotArm，SCARA)机器人由于其在一些运动方向上选择性的顺从以及其他方向上大刚度的特点，使得其很适合进行生产线上的分拣工作。但是SCARA型机器人也有其自身的缺点，其机器人主体属于两杆串联的结构，这种结构的运动惯性大，在高速运动时就会出现运动不平稳以及精度难以控制的情况。Delta机器人与类Delta 机器人为代表的并联机器人结构刚度好、运动惯性小，更适合高速分拣任务。在工业自动化生产线上，通常希望完成的速度越快越好，这样可以获得更高的生产效率。但是上述几种分拣机器人在高速运动的状态下，一旦与操作人员发生碰撞或者碰撞到其他物体，都会出现生产事故。因此，针对可进行高速分拣的柔性机器人的研究具有十分重要的意义。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种可对工业自动化生产线上的物品进行高速分拣的柔性分拣机器人系统。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种柔性分拣机器人系统，其特征在于，该系统包括：机械臂，所述机械臂具有柔性和平移运动的特性；所谓柔性是指所述机械臂能够进行弯曲运动；所谓平移运动是指所述机械臂在运动过程中不会扭转，其末端指向一直不变；末端执行器，所述末端执行器安装在所述机械臂的末端，能够进行伸缩进给运动和旋转运动；驱动机构，所述驱动机构与所述机械臂和末端执行器关联，以驱动所述机械臂完成弯曲运动和平移运动，同时驱动所述末端执行器完成伸缩进给运动和旋转运动。

在一个优选的实施例中，所述机械臂包括近端连续体机构、远端连续体机构、末端执行器连接件、驱动杆和结构骨，所述近端连续体机构、远端连续体机构和末端执行器连接件顺序连接，至少3根所述结构骨从所述近端连续体机构延伸至所述远端连续体机构，各所述结构骨一端固定在所述近端连续体机构的端面，另一端固定在所述远端连续体机构的端面；至少3根所述驱动杆固定在所述近端连续体机构与所述远端连续体机构连接处，并从所述近端连续体机构的端面伸出，延伸至所述驱动机构中；至少3根所述驱动杆分布在所述近端连续体机构中，所述驱动机构对各所述驱动杆进行推拉运动；通过推拉各所述驱动杆驱动所述近端连续体机构的弯曲，带动所述远端连续体机构进行与所述近端连续体机构大小相等而方向相反的弯曲运动，从而保持紧固连接在所述远端连续体机构末端的所述末端执行器连接件指向不变。

在另一个优选的实施例中，所述机械臂包括近端连续体机构、刚性构节、远端连续体机构、末端执行器连接件、驱动杆和结构骨，所述近端连续体机构、刚性构节、远端连续体机构和末端执行器连接件顺序连接，至少3根所述结构骨从所述近端连续体机构贯穿所述刚性构节后延伸至所述远端连续体机构，各所述结构骨一端固定在所述近端连续体机构的端面，另一端固定在所述远端连续体机构的端面；至少3根所述驱动杆固定在所述近端连续体机构与所述刚性构节连接处，并从所述近端连续体机构的端面伸出，延伸至所述驱动机构中；所述驱动机构对各所述驱动杆进行推拉运动；通过推拉各所述驱动杆驱动所述近端连续体机构的弯曲，所述近端连续体机构的弯曲将带动所述刚性构节的摆动，进而带动所述远端连续体机构进行与所述近端连续体机构大小相等而方向相反的弯曲运动，从而保持紧固连接在所述远端连续体机构末端的所述末端执行器连接件指向不变。

在一个更优选的实施例中，所述驱动杆的数量为4根，4根所述驱动杆两两相隔90°分布在所述近端连续体机构中，其中相隔180°的所述驱动杆组成一组；所述驱动机构对两组所述驱动杆进行推拉运动，每组中的两根所述驱动杆的运动量恰好运动量相同而反向相反。

在一个更优选的实施例中，所述机械臂还包括近端连续体固定环、远端连续体固定环、间隔环以及外封皮；所述近端连续体固定环和远端连续体固定环间隔设置，若干所述间隔环分布在所述近端连续体固定环和远端连续体固定环之间的间隙中，且所述近端连续体固定环和远端连续体固定环上均开设有中央孔和环绕在所述中央周围的若干副孔；各所述驱动杆一端固定在所述近端连续体机构与所述远端连续体机构连接处的所述间隔环上，另一端依次穿过所述近端连续体机构中的所述间隔环上的副孔，再穿过所述近端连续体固定环上的副孔，最终延伸至所述驱动机构中；而所述结构骨一端固定在所述近端连续体固定环上，另一端依次穿过所述近端连续体固定环与所述远端连续体固定环之间的各所述间隔环上的副孔，最终固定在所述远端连续体固定环上；所述外封皮与所述近端连续体固定环和远端连续体固定环分别固定。

在另一个更优选的实施例中，所述机械臂还包括近端连续体固定环、刚性件、远端连续体固定环、间隔环以及外封皮；所述近端连续体固定环、刚性件和远端连续体固定环依次间隔设置，若干所述间隔环分布在所述刚性件与所述近端连续体固定环和远端连续体固定环之间的间隙中，且所述近端连续体固定环、刚性件和远端连续体固定环的截面上均开设有中央孔和环绕在所述中央周围的若干副孔；各所述驱动杆一端固定在所述刚性件上，另一端依次穿过所述刚性件与所述近端连续体固定环之间的所述间隔环上的副孔，再穿过所述近端连续体固定环上的副孔，最终延伸至所述驱动机构中；而所述结构骨一端固定在所述近端连续体固定环上，另一端先依次穿过所述近端连续体固定环与所述刚性件之间的各所述间隔环上的副孔，然后穿过所述刚性件上的副孔，再然后依次穿过所述刚性件与所述远端连续体固定环之间的各所述间隔环上的副孔，最终固定在所述远端连续体固定环上；所述外封皮与所述近端连续体固定环、刚性件和远端连续体固定环分别固定。

在一个优选的实施例中，每两个相邻所述间隔环之间以及所述间隔环与所述近端连续体固定环、所述间隔环与所述刚性件、所述间隔环与所述远端连续体固定环之间均用弹簧分离，使得相邻二者之间都能相隔大概5至20毫米的距离。

在一个优选的实施例中，所述驱动机构包括机械臂驱动机构、末端执行器驱动机构以及底板；所述机械臂驱动机构和末端执行器驱动机构固定在所述底板内侧，所述机械臂固定在所述底板外侧。

在一个优选的实施例中，所述机械臂驱动机构中的两个第一电机固定在固定板上；所述固定板上通过垫块装有两根直线导轨，每根所述直线导轨上滑动设置有两个滑块，每一所述滑块通过连接块与一齿条相连接；每一所述第一电机的输出轴上均装有直齿轮，每一所述直齿轮同时与两所述直线导轨上的其中一所述齿条相啮合；所述固定板上还固定有第一支撑件和第二支撑件，两根导管一端固定在所述第一支撑件上，另一端固定在所述底板上，并对准从所述机械臂伸出来的两根相隔180°的所述驱动杆；另外两根导管一端固定在所述第二支撑件上，另一端固定在所述底板上，并对准从所述机械臂伸出来的另外两根相隔180°的所述驱动杆；4根所述驱动杆从所述机械臂中伸出，分别经过4根所述导管导向后，从所述第一支撑件与第二支撑件中伸出，并被压紧块压紧在连接件上；与同一所述直齿轮相啮合的两段所述齿条及相连接的所述连接件成一个协同驱动模块；在运动过程中，一个所述协同驱动模块中的两个所述连接件运动量相等，运动方向相反；一个所述协同驱动模块上压紧的两根所述驱动杆对应在所述机械臂中相隔180°分布；另一个所述协同驱动模块亦同理。

在一个优选的实施例中，所述固定板上还固定有两滑动式电位计，并通过连接片将所述连接件的运动传递到所述滑动式电位计上。

在一个优选的实施例中，所述末端执行器驱动机构中的第二电机和第三电机固定在固定板上；轴与第一轴套组成一对运动副，该运动副允许所述轴相对所述第一轴套沿轴线方向相对滑动，而不允许所述轴相对所述第一轴套沿轴线方向的相对转动；第一锥齿轮安装在所述第二电机的输出轴上，并由第三支撑件支承；第二锥齿轮与所述第一轴套固定，并由所述第一支撑件支承，所述第一锥齿轮与第二锥齿轮相互啮合；所述轴与第二轴套组成另一对运动副，该运动副允许所述轴相对所述第二轴套沿轴线方向相对转动，而不允许所述轴相对所述第二轴套沿轴线方向的相对滑动；第一连杆固定在所述第三电机的输出轴上，第二连杆与所述第一连杆以及第二轴套分别铰接；第三连接件与第四连接件均固定在所述轴上，并与所述末端执行器相连接。

在一个优选的实施例中，所述末端执行器的末端为吸盘，所述末端执行器中的吸盘固定在刚性套管上，所述刚性套管安装在所述末端执行器连接件上，并且所述刚性套管能够相对所述末端执行器连接件沿轴线方向滑动与转动；气管穿过所述刚性套管安装在所述吸盘上；所述近端连续体固定环、刚性件、远端连续体固定环以及间隔环上面所有的中央孔组成了一个中央通道，所述末端执行器整体装入所述中央通道中，在所述中央通道中沿所述机械臂滑动与转动，并从所述近端连续体固定环伸出，最终延伸入所述驱动机构中，通过第五连接件与所述第三连接件相连接；所述末端执行器驱动机构中的轴沿轴线方向的滑动与旋转运动将传递到所述末端执行器的吸盘上。

在另一个优选的实施例中，所述末端执行器的末端为机械爪，所述末端执行器中的机械爪固定在刚性套管上，所述刚性套管安装在所述末端执行器连接件上，并且所述刚性套管沿所述末端执行器连接件沿轴线方向滑动与转动；柔性套管安装在所述刚性套管上；所述近端连续体固定环、刚性件、远端连续体固定环以及间隔环上面所有的中央孔组成了一个中央通道，末端执行器整体装入所述中央通道中，能够在所述中央通道中相对所述机械臂滑动与转动，并从所述近端连续体固定环伸出，最终延伸入所述驱动机构中，通过第五连接件与所述第三连接件相连接；所述末端执行器驱动机构中的轴沿轴线方向的滑动与旋转运动将传递到所述末端执行器的机械爪上；所述机械爪的驱动控线穿过所述刚性套管、柔性套管和轴后，缠绕在驱动滑轮上。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明提供的机器人系统包含一支柔性机械臂与一个末端执行器。其中，柔性机械臂具有两个自由度，可保持末端指向不变化进行平动。而末端执行器由柔性机械臂所携带，可在其末端进行伸缩以及旋转运动。本发明可安装在工业自动化生产线上方，对生产线上的物品进行抓取、抬起、调整姿态、放下以及松开等一系列动作。2、本发明提供的机器人系统从其结构上看可将其划分为并联机器人，因此具有并联结构的机器人惯性小的特点，在高速运动时可避免出现运动不平稳以及精度难以控制的情况。3、本发明提供的机器人系统的末端执行器安装在柔性机械臂的末端，可进行伸缩运动以及旋转运动。根据不同物体的抓取需求，可选用不同的末端执行器，如吸盘、电磁铁及机械爪等。对于不同的末端执行器，可通过不同的驱动形式完成对物品的抓取与摆放。4、本发明驱动杆和结构骨采用镍钛合金丝制作而成，其具有超弹性，在高速运动的状态下，即使与操作人员发生碰撞或者碰撞到其他物体，其自身结构会发生顺应性变形，几乎不会对碰撞物体造成损坏；同时，在碰撞结束后由于超弹性的特点，其将恢复正常状态，继续进行工作。

附图说明

图1(a)是本发明在自然状态下的姿态示意图；

图1(b)是本发明在运动状态下的姿态示意图；

图2是本发明柔性机械臂的整体外观结构示意图；

图3是本发明柔性机械臂的内部结构示意图；

图4是本发明驱动机构的内部结构图；

图5～图8是本发明柔性机械臂驱动机构的结构示意图；

图9是本发明末端执行器驱动机构的结构示意图

图10是本发明实施例一提供的末端为吸盘的末端执行器的结构示意图；

图11是本发明实施例一提供的末端执行器所需的驱动元件及驱动方式结构图；

图12是本发明实施例二提供的末端为机械爪的末端执行器的结构示意图；

图13是本发明实施例二提供的末端执行器所需的驱动元件及驱动方式结构图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的较佳实施例进行详细说明，以便更清楚理解本发明的目的、特点和优点。应理解的是，附图所示的实施例并不是对本发明范围的限制，而只是为了说明本发明技术方案的实质精神。

本发明提供了一种柔性分拣机器人系统，该柔性分拣机器人主要由其驱动机构、柔性机械臂和末端执行器组成。所谓柔性，是指其机械臂可进行弯曲运动。末端执行器安装在柔性机械臂的末端，可进行伸缩进给运动和旋转运动。本发明中所述的柔性机械臂还具有平移运动的特性，所谓平移运动是指该柔性机械臂在运动过程中不会扭转，其末端指向一直不变，这种运动特性非常适合工业自动化生产线上的分拣任务。根据不同物体的抓取需求，可选择安装不同的末端执行器配合不同形式的驱动，完成工业自动化生产线上的快速分拣任务。下面将先以不包括末端执行器的柔性分拣机器人进行说明，再结合两个具体的末端执行器对该柔性分拣机器人系统进行说明。

图1（a）和图1（b）分别示出了根据本发明提供的柔性分拣机器人系统在自然状态下的姿态以及运动状态下的姿态，该柔性分拣机器人系统包括驱动机构101以及柔性机械臂102。因为柔性机械臂102具有平移运动的特性，其末端指向一直保持不变。工作时，驱动机构101将驱动柔性机械臂102中的近端连续体机构201弯曲，近端连续体机构201的弯曲将带动刚性构节202的摆动，同时远端连续体机构203将进行与近端连续体机构201大小相等而方向相反的弯曲运动，从而保持紧固连接在远端连续体机构203末端的末端执行器连接件204指向不变。

如图2、图3所示，柔性机械臂102包括近端连续体机构201、刚性构节202、远端连续体机构203、末端执行器连接件204、驱动杆205、近端连续体固定环301、刚性件302、远端连续体固定环303、间隔环304、结构骨307以及外封皮308。其中，4 根驱动杆205围绕柔性机械臂102中心轴线两两相隔90°分布在一个圆周上。近端连续体固定环301、刚性件302和远端连续体固定环303依次间隔设置，若干间隔环304 分布在刚性件302与近端连续体固定环301和远端连续体固定环303之间的间隙中，且近端连续体固定环301、刚性件302和远端连续体固定环303的截面均与间隔环304 的截面相同，均包括中央孔305和环绕在中央孔305周围的副孔306。4根驱动杆205 一端固定在刚性件302上，另一端依次穿过刚性件302与近端连续体固定环301之间的间隔环304上的副孔306，再穿过近端连续体固定环301上的副孔306，最终延伸至驱动机构101中。而结构骨307一端固定在近端连续体固定环301上，另一端先依次穿过近端连续体固定环301与刚性件302之间的各间隔环304上的副孔306，然后穿过刚性件302上的副孔306，再然后依次穿过刚性件302与远端连续体固定环303之间的各间隔环304上的副孔306，最终固定在远端连续体固定环303上。外封皮308 与近端连续体固定环301、刚性件302和远端连续体固定环303分别固定住。工作时，驱动机构101通过对4根驱动杆205进行推拉实现近端连续体机构201弯曲，从而实现前文所述的平移运动。

在一个优选的实施例中，近端连续体机构201的长度与远端连续体机构203的长度大于0，刚性构节202的长度大于等于0。当刚性构节202的长度为0时，柔性机械臂102仅由近端连续体机构201和远端连续体机构203组成，此时4根驱动杆205固定近端连续体机构201与远端连续体机构203连接处的间隔环304上。优选的，驱动杆205可以固定在柔性机械臂102最中间的间隔环304上，以确保近端连续体机构201 与远端连续体机构203的长度相等。

在一个优选的实施例中，无论驱动杆205还是结构骨307，所穿过的每个近端连续体固定环301、刚性件302、远端连续体固定环303、间隔环304上面的副孔306都对应相同的位置，这样保证柔性机械臂102中所有的驱动杆205和结构骨307在自然状态下都处于伸直状态。

在一个优选的实施例中，每两个相邻间隔环304之间以及间隔环304与近端连续体固定环301、间隔环304与刚性件302、间隔环304与远端连续体固定环301之间均用弹簧分离，使得相邻二者之间都能相隔大概5至20毫米的距离。

在一个优选的实施例中，驱动杆205和结构骨307采用镍钛合金丝制作而成，其具有超弹性，能传递推力和拉力，且可以产生大的弹性变形。理论上结构骨307至少只需要3根就可以实现需要的平移运动。图3所示的结构中有4根结构骨307，加上驱动杆205的数量是4，所以近端连续体固定环301、刚性件302、远端连续体固定环 303、间隔环304上的副孔306的数量为8。其中驱动杆205需要穿过相隔90°均匀布置的副孔306，而结构骨307则穿过另外4个相隔90°均匀布置在的副孔306。如果结构骨307的数量为3根，则驱动杆205仍然是穿过相隔90°均匀布置的副孔306，而结构骨307则是穿过相隔120°均匀布置的副孔306。同理，其他数量的结构骨307，按照其数量均匀布置在圆周上即可。需要说明的是，理论上若不考虑驱动机构101的设计，驱动杆205至少只需要3根能完成柔性机械臂102的驱动。为了简化驱动机构 101的设计，本实施例优选4根驱动杆205均匀布置在一个同直径的圆周上的结构配置。

如图4所示，驱动机构101包括柔性机械臂驱动机构401、末端执行器驱动机构 402以及底板403。柔性机械臂驱动机构401和末端执行器驱动机构402固定在底板 403内侧，柔性机械臂102通过两个夹紧在近端连续体机构201端部的夹紧件207(如图2所示)固定在底板403外侧。

如图5至图8所示，柔性机械臂驱动机构401中的两个电机501固定在固定板502上。固定板502上通过垫块503装有两根直线导轨504，垫块503用以调整直线导轨 504的安装位置。每根直线导轨504上滑动设置有两个滑块505，每一滑块505通过连接块601与一齿条506相连接。每一电机501的输出轴上均装有直齿轮507，每一直齿轮507同时与两直线导轨504上的其中一齿条506相啮合。电机501驱动直齿轮507 转动，推动齿条506、连接件601以及滑块505沿着直线导轨504滑动。固定板502 上还固定有支撑件701和支撑件702，两根导管703一端固定在支撑件701上，另一端固定在底板403上，并对准从柔性机械臂102伸出来的两根相隔180°的驱动杆205。另外两根导管703一端固定在支撑件702上，另一端固定在底板403上，并对准从柔性机械臂102伸出来的另外两根相隔180°的驱动杆205。4根驱动杆205从柔性机械臂102中伸出，分别经过4根导管703导向后，从支撑件701与支撑件702中伸出，并被压紧块602压紧在连接件601上。与同一个直齿轮507相啮合的两段齿条506及相连接的连接件601组成一个协同驱动模块。在运动过程中，一个协同驱动模块中的两个连接件601运动量相等，运动方向相反。一个协同驱动模块上压紧的两根驱动杆 205对应在柔性机械臂102中相隔180°分布。另一个协同驱动模块上压紧的两根驱动杆205的运动同样也是运动量相等方向相反。

在一个优选的实施例中，固定板502上还固定有两滑动式电位计802，并通过连接片801将连接件601的运动传递到滑动式电位计802上。滑动式电位计802用以测量连接件601的绝对位置，即运动过程中驱动杆205的位置。

如图9所示，末端执行器驱动机构402中的电机902和电机903固定在固定板901上。轴904与轴套905组成一对运动副，该运动副允许轴904相对轴套905沿轴线方向相对滑动，而不允许轴904相对轴套905沿轴线方向的相对转动。锥齿轮906安装在电机902的输出轴上，并由支撑件908支承。锥齿轮907与轴套905固定，并由支撑件701支承，锥齿轮907与锥齿轮906相互啮合。当电机902驱动锥齿轮906转动并带动锥齿轮907转动时，轴套905同样会随锥齿轮907旋转。由于轴904与轴套905 所组成的运动副不允许发生相对旋转，因此轴904同样会随轴套905旋转。轴904与轴套9011组成另一对运动副，该运动副允许轴904相对轴套9011沿轴线方向相对转动，而不允许轴904相对轴套9011沿轴线方向的相对滑动。连杆909固定在电机903 的输出轴上，连杆9010与连杆909以及轴套9011分别铰接。由于轴904与轴套905 所组成的运动副限制轴904只能沿轴向方向滑动，且轴904与轴套9011所组成运动副限制轴904与轴套9011不相对滑动，因此轴套9011同样只能随着轴904沿轴线方向移动。这样连杆909在电机903的驱动下最终将驱动轴套9011沿轴904的轴向方向运动，从而使得轴904沿轴线方向在轴套905中滑动。由于轴904与轴套9011所组成运动副允许轴904与轴套9011相对滑动，因此轴904的转动不会使轴套9011发生转动。连接件9012与连接件9013均固定在轴904上，并与末端执行器相连接。另外，轴904 为空心轴，其内部通气或者穿入其他驱动控线或导线等。

本发明可根据不同被抓取物体的特点，替换不同的末端执行器。下面仅以两种末端执行器作为实施例进行说明。

实施例一：

如图10所示，本实施例提供了一种末端为吸盘的末端执行器，该末端执行器中的吸盘1003固定在刚性套管1002上，刚性套管1002安装在末端执行器连接件204上，并且刚性套管1002可相对末端执行器连接件204沿轴线方向滑动与转动。气管1001 穿过刚性套管1002安装在吸盘1003上。在柔性机械臂102中，近端连续体固定环301、刚性件302、远端连续体固定环303以及间隔环304上面所有的中央孔305组成了一个中央通道，末端执行器整体装入该个中央通道中，可在中央通道中相对柔性机械臂 102滑动与转动，并从近端连续体固定环301伸出，最终延伸入驱动机构101中，通过连接件1004与连接件9012相连接。末端执行器驱动机构402中的轴904沿轴线方向的滑动与旋转运动将传递到末端执行器的吸盘1003上。

如图11所示，本实施例提供的末端执行器所需的驱动元件包括控制器1101、电机驱动器1102、电源1103、真空气泵1104和真空阀1105。控制器1101控制整个机器人系统。4个电机驱动器1102分别驱动4个电机的运动。电源1103为整个机器人系统供电。真空气泵1104为末端执行器的动力源。真空阀1105控制末端执行器的气路系统。气管1107连接真空泵1104与真空阀1105。气管1106连接真空阀1105与连接件9013。其驱动方式为当真空气泵1104工作且真空阀1105打开时，空气由吸盘1003 被吸入，依次经过气管1001、连接件9012、轴904、连接件9013、气管1106、真空阀1105和气管1107后，进入真空气泵1104中，此时整个气路系统中气压低于外部气压，吸盘1103可将物体吸住。通过驱动机构101对柔性机械臂102以及末端执行器的控制，实现机器人系统对物体的抓取和摆放。

实施例二：

如图12所示，本实施例提供了一种末端为机械爪的末端执行器，该末端执行器中的机械爪1203固定在刚性套管1202上，刚性套管1202安装在末端执行器连接件204 上，并且刚性套管1202可相对末端执行器连接件204沿轴线方向滑动与转动。柔性套管1201安装在刚性套管1202上。在柔性机械臂102中，近端连续体固定环301、刚性件302、远端连续体固定环303以及间隔环304上面所有的中央孔305组成了一个中央通道，末端执行器整体装入该中央通道中，可在中央通道中相对柔性机械臂102 滑动与转动，并从近端连续体固定环301伸出，最终延伸入驱动机构101中，通过连接件1204与连接件9012相连接。末端执行器驱动机构中轴904沿轴线方向的滑动与旋转运动将传递到末端执行器的机械爪1203上。机械爪1203的驱动控线1205穿过刚性套管1202、柔性套管1201、连接件9012、轴904、连接件9013和柔性套管1308 后，缠绕在驱动滑轮1306上。

如图13所示，本实施例提供的末端执行器所需的驱动元件包括控制器1301、电机驱动器1302、电源1303和电机1304。控制器1301控制整个机器人系统。5个电机驱动器1302分别驱动5个电机的运动。电源1303为整个机器人系统供电。电机1304 为末端执行器的动力源。其驱动方式为电机1304控制驱动滑轮1306的转动，拉动驱动控线1205以此控制末端机械爪1203的开合，实现末端机械爪对物体的抓取。通过驱动机构101对柔性机械臂102以及末端执行器的控制，实现机器人系统对物体的抓取和摆放。

本发明仅以上述实施例进行说明，各部件的结构、设置位置及其连接都是可以有所变化的。在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进或等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (13)

1.一种柔性分拣机器人系统，其特征在于，该系统包括：

机械臂，所述机械臂具有柔性和平移运动的特性；所谓柔性是指所述机械臂能够进行弯曲运动；所谓平移运动是指所述机械臂在运动过程中不会扭转，其末端指向一直不变；

末端执行器，所述末端执行器安装在所述机械臂的末端，能够进行伸缩进给运动和旋转运动；

驱动机构，所述驱动机构与所述机械臂和末端执行器关联，以驱动所述机械臂完成弯曲运动和平移运动，同时驱动所述末端执行器完成伸缩进给运动和旋转运动。

2.如权利要求1所述的一种柔性分拣机器人系统，其特征在于，所述机械臂包括近端连续体机构、远端连续体机构、末端执行器连接件、驱动杆和结构骨，所述近端连续体机构、远端连续体机构和末端执行器连接件顺序连接，至少3根所述结构骨从所述近端连续体机构延伸至所述远端连续体机构，各所述结构骨一端固定在所述近端连续体机构的端面，另一端固定在所述远端连续体机构的端面；至少3根所述驱动杆固定在所述近端连续体机构与所述远端连续体机构连接处，并从所述近端连续体机构的端面伸出，延伸至所述驱动机构中；至少3根所述驱动杆分布在所述近端连续体机构中，所述驱动机构对各所述驱动杆进行推拉运动；通过推拉各所述驱动杆驱动所述近端连续体机构的弯曲，带动所述远端连续体机构进行与所述近端连续体机构大小相等而方向相反的弯曲运动，从而保持紧固连接在所述远端连续体机构末端的所述末端执行器连接件指向不变。

3.如权利要求1所述的一种柔性分拣机器人系统，其特征在于，所述机械臂包括近端连续体机构、刚性构节、远端连续体机构、末端执行器连接件、驱动杆和结构骨，所述近端连续体机构、刚性构节、远端连续体机构和末端执行器连接件顺序连接，至少3根所述结构骨从所述近端连续体机构贯穿所述刚性构节后延伸至所述远端连续体机构，各所述结构骨一端固定在所述近端连续体机构的端面，另一端固定在所述远端连续体机构的端面；至少3根所述驱动杆固定在所述近端连续体机构与所述刚性构节连接处，并从所述近端连续体机构的端面伸出，延伸至所述驱动机构中；所述驱动机构对各所述驱动杆进行推拉运动；通过推拉各所述驱动杆驱动所述近端连续体机构的弯曲，所述近端连续体机构的弯曲将带动所述刚性构节的摆动，进而带动所述远端连续体机构进行与所述近端连续体机构大小相等而方向相反的弯曲运动，从而保持紧固连接在所述远端连续体机构末端的所述末端执行器连接件指向不变。

4.如权利要求2或3所述的一种柔性分拣机器人系统，其特征在于，所述驱动杆的数量为4根，4根所述驱动杆两两相隔90°分布在所述近端连续体机构中，其中相隔180°的所述驱动杆组成一组；所述驱动机构对两组所述驱动杆进行推拉运动，每组中的两根所述驱动杆的运动量恰好运动量相同而反向相反。

5.如权利要求2所述的一种柔性分拣机器人系统，其特征在于，所述机械臂还包括近端连续体固定环、远端连续体固定环、间隔环以及外封皮；所述近端连续体固定环和远端连续体固定环间隔设置，若干所述间隔环分布在所述近端连续体固定环和远端连续体固定环之间的间隙中，且所述近端连续体固定环和远端连续体固定环上均开设有中央孔和环绕在所述中央周围的若干副孔；各所述驱动杆一端固定在所述近端连续体机构与所述远端连续体机构连接处的所述间隔环上，另一端依次穿过所述近端连续体机构中的所述间隔环上的副孔，再穿过所述近端连续体固定环上的副孔，最终延伸至所述驱动机构中；而所述结构骨一端固定在所述近端连续体固定环上，另一端依次穿过所述近端连续体固定环与所述远端连续体固定环之间的各所述间隔环上的副孔，最终固定在所述远端连续体固定环上；所述外封皮与所述近端连续体固定环和远端连续体固定环分别固定。

6.如权利要求3所述的一种柔性分拣机器人系统，其特征在于，所述机械臂还包括近端连续体固定环、刚性件、远端连续体固定环、间隔环以及外封皮；所述近端连续体固定环、刚性件和远端连续体固定环依次间隔设置，若干所述间隔环分布在所述刚性件与所述近端连续体固定环和远端连续体固定环之间的间隙中，且所述近端连续体固定环、刚性件和远端连续体固定环的截面上均开设有中央孔和环绕在所述中央周围的若干副孔；各所述驱动杆一端固定在所述刚性件上，另一端依次穿过所述刚性件与所述近端连续体固定环之间的所述间隔环上的副孔，再穿过所述近端连续体固定环上的副孔，最终延伸至所述驱动机构中；而所述结构骨一端固定在所述近端连续体固定环上，另一端先依次穿过所述近端连续体固定环与所述刚性件之间的各所述间隔环上的副孔，然后穿过所述刚性件上的副孔，再然后依次穿过所述刚性件与所述远端连续体固定环之间的各所述间隔环上的副孔，最终固定在所述远端连续体固定环上；所述外封皮与所述近端连续体固定环、刚性件和远端连续体固定环分别固定。

7.如权利要求5或6所述的一种柔性分拣机器人系统，其特征在于，每两个相邻所述间隔环之间以及所述间隔环与所述近端连续体固定环、所述间隔环与所述刚性件、所述间隔环与所述远端连续体固定环之间均用弹簧分离，使得相邻二者之间都能相隔大概5至20毫米的距离。

8.如权利要求4所述的一种柔性分拣机器人系统，其特征在于，所述驱动机构包括机械臂驱动机构、末端执行器驱动机构以及底板；所述机械臂驱动机构和末端执行器驱动机构固定在所述底板内侧，所述机械臂固定在所述底板外侧。

9.如权利要求8所述的一种柔性分拣机器人系统，其特征在于，所述机械臂驱动机构中的两个第一电机固定在固定板上；所述固定板上通过垫块装有两根直线导轨，每根所述直线导轨上滑动设置有两个滑块，每一所述滑块通过连接块与一齿条相连接；每一所述第一电机的输出轴上均装有直齿轮，每一所述直齿轮同时与两所述直线导轨上的其中一所述齿条相啮合；所述固定板上还固定有第一支撑件和第二支撑件，两根导管一端固定在所述第一支撑件上，另一端固定在所述底板上，并对准从所述机械臂伸出来的两根相隔180°的所述驱动杆；另外两根导管一端固定在所述第二支撑件上，另一端固定在所述底板上，并对准从所述机械臂伸出来的另外两根相隔180°的所述驱动杆；4根所述驱动杆从所述机械臂中伸出，分别经过4根所述导管导向后，从所述第一支撑件与第二支撑件中伸出，并被压紧块压紧在连接件上；与同一所述直齿轮相啮合的两段所述齿条及相连接的所述连接件成一个协同驱动模块；在运动过程中，一个所述协同驱动模块中的两个所述连接件运动量相等，运动方向相反；一个所述协同驱动模块上压紧的两根所述驱动杆对应在所述机械臂中相隔180°分布；另一个所述协同驱动模块亦同理。

10.如权利要求9所述的一种柔性分拣机器人系统，其特征在于，所述固定板上还固定有两滑动式电位计，并通过连接片将所述连接件的运动传递到所述滑动式电位计上。

11.如权利要求9所述的一种柔性分拣机器人系统，其特征在于，所述末端执行器驱动机构中的第二电机和第三电机固定在固定板上；轴与第一轴套组成一对运动副，该运动副允许所述轴相对所述第一轴套沿轴线方向相对滑动，而不允许所述轴相对所述第一轴套沿轴线方向的相对转动；第一锥齿轮安装在所述第二电机的输出轴上，并由第三支撑件支承；第二锥齿轮与所述第一轴套固定，并由所述第一支撑件支承，所述第一锥齿轮与第二锥齿轮相互啮合；

所述轴与第二轴套组成另一对运动副，该运动副允许所述轴相对所述第二轴套沿轴线方向相对转动，而不允许所述轴相对所述第二轴套沿轴线方向的相对滑动；第一连杆固定在所述第三电机的输出轴上，第二连杆与所述第一连杆以及第二轴套分别铰接；第三连接件与第四连接件均固定在所述轴上，并与所述末端执行器相连接。

12.如权利要求11所述的一种柔性分拣机器人系统，其特征在于，所述末端执行器的末端为吸盘，所述末端执行器中的吸盘固定在刚性套管上，所述刚性套管安装在所述末端执行器连接件上，并且所述刚性套管能够相对所述末端执行器连接件沿轴线方向滑动与转动；气管穿过所述刚性套管安装在所述吸盘上；所述近端连续体固定环、刚性件、远端连续体固定环以及间隔环上面所有的中央孔组成了一个中央通道，所述末端执行器整体装入所述中央通道中，在所述中央通道中沿所述机械臂滑动与转动，并从所述近端连续体固定环伸出，最终延伸入所述驱动机构中，通过第五连接件与所述第三连接件相连接；所述末端执行器驱动机构中的轴沿轴线方向的滑动与旋转运动将传递到所述末端执行器的吸盘上。

13.如权利要求11所述的一种柔性分拣机器人系统，其特征在于，所述末端执行器的末端为机械爪，所述末端执行器中的机械爪固定在刚性套管上，所述刚性套管安装在所述末端执行器连接件上，并且所述刚性套管沿所述末端执行器连接件沿轴线方向滑动与转动；柔性套管安装在所述刚性套管上；所述近端连续体固定环、刚性件、远端连续体固定环以及间隔环上面所有的中央孔组成了一个中央通道，末端执行器整体装入所述中央通道中，能够在所述中央通道中相对所述机械臂滑动与转动，并从所述近端连续体固定环伸出，最终延伸入所述驱动机构中，通过第五连接件与所述第三连接件相连接；所述末端执行器驱动机构中的轴沿轴线方向的滑动与旋转运动将传递到所述末端执行器的机械爪上；所述机械爪的驱动控线穿过所述刚性套管、柔性套管和轴后，缠绕在驱动滑轮上。