CN111168657A - 一种线驱动连续体柔性机器人 - Google Patents

Abstract

公开了一种线驱动连续体柔性机器人，其中，机械臂包括n个关节段，相邻关节段之间可偏转，每个所述关节段包括m个圆环，每个所述圆环的上下表面开有多个通孔以及穿线孔，所述通孔和穿线孔的圆心均分布在同一圆周上，所述圆环的圆柱面上设有多个螺纹孔，所述通孔分别贯通所述螺纹孔，相邻螺纹孔之间间隔预定角度布置，紧固螺钉配合所述螺纹孔以紧固穿过所述通孔的合金丝使得相邻圆环之间具有一个实现偏转运动的转动自由度，线束穿过所述穿线孔以传递牵拉力到所述圆环以偏转关节段，多个驱动模块固定于底盘的驱动模块呈环状均匀分布于所述驱动支撑架底部的外侧，驱动模块连接两条互成180°布置的线束以施加预定的牵拉力。

Description

一种线驱动连续体柔性机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，特别是一种线驱动连续体柔性机器人。

背景技术

随着民航事业的高速发展，对航空发动机的维护和检修工作也有了更高的要求。为了更高效和精准的完成航空发动机的检修任务，快速发现问题，防止意外发生，需要设计一种发动机故障检测机器人，可以实现发动机故障检测任务。由于作业空间环境狭窄并且存在诸多限制，传统的由刚性构件组成的连杆机构型机器人难以完成这类任务，这也成为上述应用领域机器人发展的一个技术瓶颈，迫切需要研究新型的机器人用于解决相关问题。

在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了线驱动连续体柔性机器人，驱动模块通过钢丝绳线束向机械臂传递动力，驱动机械臂柔性弯曲。本发明可以搭载在不同的移动装置上，如AGV巡航机器人，工业机器人等，能适应多种空间运动。本发明的目的是通过以下技术方案予以实现。

一种线驱动连续体柔性机器人包括机械臂和驱动装置，其中，

机械臂包括n个关节段，其中，相邻关节段之间可偏转，每个所述关节段包括，

m个圆环，每个所述圆环的上下表面开有多个通孔以及穿线孔，所述通孔和穿线孔的圆心均分布在同一圆周上，所述圆环的圆柱面上设有多个螺纹孔，所述通孔分别贯通所述螺纹孔，相邻螺纹孔之间间隔预定角度布置，

紧固螺钉，其配合所述螺纹孔以紧固穿过所述通孔的合金丝使得相邻圆环之间具有一个实现偏转运动的转动自由度，

多个线束，线束穿过所述穿线孔以传递牵拉力到所述圆环以偏转关节段，

驱动装置，其包括，

底盘，

驱动支撑架，其底部固定连接所述底盘，其顶部固定连接所述机械臂，

多个驱动模块，固定于底盘的驱动模块呈环状均匀分布于所述驱动支撑架底部的外侧，所述驱动模块连接两条互成180°布置的线束以施加预定的牵拉力。

所述的线驱动连续体柔性机器人中，4个通孔间隔90°均匀贯通布置在圆环的上下表面，在相邻通孔之间均匀布置有3个穿线孔。

所述的线驱动连续体柔性机器人中，2条所述合金丝穿过2个间隔180°的所述通孔将相邻的第一圆环和第二圆环连接，第二圆环的另外2个所述通孔中也穿过2条所述合金丝将相邻的第二圆环和第三圆环连接，紧固螺钉旋入所述螺纹孔以紧固所述合金丝，所述合金丝与所述通孔过盈配合，以此往复装配机械臂。

所述的线驱动连续体柔性机器人中，所述线束与所述穿线孔之间留有间隙。

所述的线驱动连续体柔性机器人中，穿过所述穿线孔的线束的末端再通过穿线孔套以固定于关节段，线束与所述穿线孔套过盈配合。

所述的线驱动连续体柔性机器人中，所述驱动模块包括，

所述线轴支撑架，其固定在底盘上，所述线轴支撑架内装有轴承，

减速电机，其固定在底盘上，

驱动线轴，经由所述轴承支承的驱动线轴连接所述减速电机以驱动旋转。

所述的线驱动连续体柔性机器人中，n为3，m不小于3，每个关节段通过4条线束牵拉，所述线束对应的穿线孔间隔90°，六个驱动模块经由12条线束驱动机械臂。

所述的线驱动连续体柔性机器人中，紧固螺钉包括一字槽紧定螺钉，所述合金丝包括镍钛合金丝，所述圆环包括金属圆环。

所述的线驱动连续体柔性机器人中，所述圆环为空心结构。

所述的线驱动连续体柔性机器人中，机械臂包括第一关节段、第二关节段和第三关节段，第一关节段通过4条线束牵拉以在空间上两个相互垂直的自由度上偏转，第二关节段通过另外4条线束牵拉以在空间上两个相互垂直的自由度上偏转，第二关节段相对于第一关节段以机械臂初始法线方向为轴具有22.5°的偏转，第三关节段通过另外4条线束牵拉以在空间上两个相互垂直的自由度上偏转，第三关节段相对于第二关节段以机械臂初始法线方向为轴具有22.5°的偏转。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明能够发明中的驱动模块通过线束向机械臂传递运动和动力，驱动后者柔性弯曲，可搭载在不同的移动装置上，能适应多种空间运动。本发明结构紧凑且柔情高，具有较强的抗干扰能力，能够精确实现环境中多种障碍的避让，特别适用于发动机叶片故障检测。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够使得本发明的技术手段更加清楚明白，达到本领域技术人员可依照说明书的内容予以实施的程度，并且为了能够让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，下面以本发明的具体实施方式进行举例说明。

附图说明

通过阅读下文优选的具体实施方式中的详细描述，本发明各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。说明书附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。

在附图中：

图1是本发明的线驱动连续体柔性机器人结构示意图；

图2是本发明线驱动连续体柔性机器人的机械臂的结构示意图；

图3是本发明线驱动连续体柔性机器人的三个圆环连接示意图；

图4是线驱动连续体柔性机器人的一个圆环孔的布局示意图；

图5是本发明驱动装置结构图；

图6是本发明驱动模块示意图；

图7为机械臂上的关节部线束固定示意图；

其中，1为机械臂，2为驱动装置，3为第一关节段，4为第二关节段，5为第三关节段，6为金属圆环，7为镍钛合金丝，8为一字槽紧定螺钉，9为螺纹孔，10为穿线孔，11为通孔，12为驱动支撑架，13为驱动模块，14为底盘，15为线轴支撑架，16为驱动线轴，17为轴承，18为减速电机，19为线束套筒，20为线束；

以下结合附图和实施例对本发明作进一步的解释。

具体实施方式

下面将参照附图1至图7更详细地描述本发明的具体实施例。虽然附图中显示了本发明的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个附图并不构成对本发明实施例的限定。

为了更好地理解，如图1所示，一种线驱动连续体柔性机器人包括机械臂1和驱动装置2，其中，

机械臂1包括n个关节段，其中，相邻关节段之间可偏转，每个所述关节段包括，

m个圆环6，每个所述圆环6的上下表面开有多个通孔11以及穿线孔10，所述通孔11和穿线孔10的圆心均分布在同一圆周上，所述圆环6的圆柱面上设有多个螺纹孔9，所述通孔11分别贯通所述螺纹孔9，相邻螺纹孔9之间间隔预定角度布置，

紧固螺钉，其配合所述螺纹孔9以紧固穿过所述通孔11的合金丝7使得相邻圆环6之间具有一个实现偏转运动的转动自由度，

多个线束20，线束20穿过所述穿线孔10以传递牵拉力到所述圆环6以偏转关节段，

驱动装置2，其包括，

底盘14，

驱动支撑架12，其底部固定连接所述底盘14，其顶部固定连接所述机械臂1，

多个驱动模块13，固定于底盘14的驱动模块呈环状均匀分布于所述驱动支撑架12底部的外侧，所述驱动模块连接两条互成180°布置的线束20以施加预定的牵拉力。

所述的线驱动连续体柔性机器人的优选实施例中，4个通孔11间隔90°均匀贯通布置在圆环6的上下表面，在相邻通孔11之间均匀布置有3个穿线孔10。

所述的线驱动连续体柔性机器人的优选实施例中，2条所述合金丝7穿过2个间隔180°的所述通孔11将相邻的第一圆环6和第二圆环6连接，第二圆环6的另外2个所述通孔11中也穿过2条所述合金丝7将相邻的第二圆环6和第三圆环6连接，紧固螺钉旋入所述螺纹孔9以紧固所述合金丝7，所述合金丝7与所述通孔11过盈配合，以此往复装配机械臂1。

所述的线驱动连续体柔性机器人的优选实施例中，所述线束20与所述穿线孔10之间留有间隙。

所述的线驱动连续体柔性机器人的优选实施例中，穿过所述穿线孔10的线束20的末端再通过穿线孔套19以固定于关节段，线束20与所述穿线孔套19过盈配合。

所述的线驱动连续体柔性机器人的优选实施例中，所述驱动模块包括，

所述线轴支撑架15，其固定在底盘14上，所述线轴支撑架15内装有轴承17，

减速电机18，其固定在底盘14上，

驱动线轴16，经由所述轴承17支承的驱动线轴16连接所述减速电机18以驱动旋转。

所述的线驱动连续体柔性机器人的优选实施例中，n为3，m不小于3，每个关节段通过4条线束20牵拉，所述线束20对应的穿线孔10间隔90°，六个驱动模块经由12条线束20驱动机械臂1。

所述的线驱动连续体柔性机器人的优选实施例中，紧固螺钉包括一字槽紧定螺钉8，所述合金丝7包括镍钛合金丝7，所述圆环6包括金属圆环6。

所述的线驱动连续体柔性机器人的优选实施例中，所述圆环6为空心结构。

所述的线驱动连续体柔性机器人的优选实施例中，机械臂1包括第一关节段3、第二关节段4和第三关节段5，第一关节段3通过4条线束20牵拉以在空间上两个相互垂直的自由度上偏转，第二关节段4通过另外4条线束20牵拉以在空间上两个相互垂直的自由度上偏转，第二关节段4相对于第一关节段3以机械臂1初始法线方向为轴具有22.5°的偏转，第三关节段5通过另外4条线束20牵拉以在空间上两个相互垂直的自由度上偏转，第三关节段5相对于第二关节段4以机械臂1初始法线方向为轴具有22.5°的偏转。

为了进一步理解本发明，在一个实施例中，机器人包括机械臂1、驱动装置2和多条线束20，其中，机械臂1设有3个关节段，每个关节段中又有m个金属圆环6，所述金属圆环6之间通过镍钛合金丝7和一字槽紧定螺钉8进行固定，所述相邻两个金属圆环6具有一个转动自由度，可以实现偏转运动，每个关节段通过4条线束20牵拉，共计有3×4条线束20，所述驱动装置2设有与所述3×4条线束20一一对应的6个驱动模块13，所述驱动模块13呈环状地均匀固定在底盘14上，通过驱动支撑架12，分别控制2条对应线束20来控制牵拉力。

在一个实施例中，图3至图4所示，所述机械臂1的每个金属圆环6的上下底面开有4个供镍钛合金丝7穿过的通孔11以及12个供线束20穿过的穿线孔10，所述通孔11和穿线孔10的圆心均在同一圆上。4个通孔11互成90°均匀布置，在相邻2个通孔11之间均匀布置有3个穿线孔10，相邻2个穿线孔10之间互呈22.5°，共计布置3×4个穿线孔10。在所述金属圆环6的圆柱面上，均匀开有4个螺纹孔9，相邻2个螺纹孔9之间互成90°布置，并且所述通孔11贯通所述螺纹孔9。

在一个实施例中，2条所述镍钛合金丝7穿过2个互成180°布置的所述通孔11，将相邻两个金属圆环6a和6b连接在一起，所述一字槽紧定螺钉8沿着所述螺纹孔9旋入，将所述镍钛合金丝7紧固在各个金属圆环6上。所述镍钛合金丝7与所述通孔11的装配采用基孔制过盈配合，所述螺纹孔9和所述一字槽紧定螺钉8采用基孔制装配，同样地，在金属圆环6a的另外2个所述通孔11中也穿过2条所述镍钛合金丝7并拧入所述一字槽紧定螺钉8，将金属圆环6a和6c连接在一起，以此往复构成机械臂的连接。

在一个实施例中，如图3所示，本实施例中，所述关节段包括镍钛合金丝7、一字槽紧定螺钉8和金属圆环6，通过4条线束20牵拉，所述相邻两个金属圆环6可以互成90°绕两个方向旋转，所述金属圆环6均匀地设有多个穿线孔10供驱动用的线束20穿过，同时为了减轻重量，每个金属圆环6设计成空心形式。

在一个实施例中，如图2所示，所述机械臂1包括第一关节段3、第二关节段4和第三关节段5，每个关节段由若干个图3所示的金属圆环6装配构成，相邻两个关节段之间通过镍钛合金丝7和一字槽紧定螺钉8连接。在本实施例中，第一关节段3通过4条线束20牵拉，可以实现在空间上两个相互垂直的自由度的偏转，第二关节段4通过另外4条线束20牵拉，可以实现在空间上两个相互垂直的自由度的偏转，而第二关节段4的偏转相对于第一关节段3的偏转，以机械臂初始法线方向为轴，有着22.5°的偏转，第三关节段5通过另外4条线束20牵拉。可以实现在空间上两个互相垂直的自由度的偏转，而第三关节段5的偏转相对于第二关节段4的偏转，以机械臂1初始法线方向为轴，有着22.5°的偏转。

在一个实施例中，每个驱动模块13上的驱动线轴16通过线束20与机械臂1上的关节段相对应，如图7所示，所述线束20的末端通过线束套筒19固定在机械臂1的关节段上，所述线束20与线束套筒19采用基孔制过盈配合，所述线束20与所述金属圆环6上的穿线孔10采用间隙配合。

在一个实施例中，所述机械臂1设有3个关节段，且每个关节段通过4条线束20牵拉控制，所述线束对应的穿线孔互成90°布置在金属圆环6上，这样共计有12条线束20控制机械臂1的动作姿态，每相邻两组线束20对应的穿线孔互成22.5°布置在金属圆环6上，而在驱动装置2上对于设有6个驱动模块13一一对应控制12条线束20牵拉，一个驱动模块13控制两条互成180°布置的线束20。机构工作时，驱动装置2的驱动模块13驱动对于的线束20具有一定的张紧力，以使机械臂1实现对于的动作姿态。

在一个实施例中，如图5所示，所述驱动装置2包括驱动支撑架12、驱动模块13和底盘14，驱动支撑架12底部与底盘14固连，机械臂1与所述驱动支撑架12顶部固连，且沿着所述支撑架12的轴向看去，各个驱动模块13均呈环状均匀分布于所述驱动支撑架12底部的外侧，所述底盘14均匀布置多个定位孔，通过螺栓连接，实现与所述驱动支撑架12和所述驱动模块13的定位。

在一个实施例中，如图6所示，在本实施例中，所述驱动模块13包括线轴支撑架15、驱动线轴16、轴承17以及减速电机18，所述驱动线轴16安装在两个线轴支撑架15之间，所述线轴支撑架15固定在底盘14上，在所述线轴支撑架15内装有轴承17，所述驱动线轴16末端连接减速电机18，所述减速电机18固定在底盘14上，且所述线轴16通过所述减速电机18驱动旋转，进而控制所述线束20直线运动。

在一个实施例中，如图1至图7所示，所述机械臂1设有3个关节段，每个关节段含有m个金属圆环6，且相邻两个金属圆环6之间通过镍钛合金丝7和一字槽紧定螺钉8固连，相邻3个金属圆环6具有2个互成90°的转动自由度，可以实现偏转运动。本发明工作时，每个关节段通过4条线束20牵拉控制，共计有3×4条线束20，而每两条线束20通过驱动装置2内对应的驱动模块13提供一定的牵拉预紧力，从而使机械臂1实现相应的动作姿态。

工业实用性

本发明所述的线驱动连续体柔性机器人可以在机器人领域制造并使用。

以上结合具体实施例描述了本申请的基本原理，但是，需要指出的是，在本申请中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本申请的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本申请为必须采用上述具体的细节来实现。

为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本申请的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。

Claims (10)

1.一种线驱动连续体柔性机器人，其包括机械臂和驱动装置，其中，

机械臂包括n个关节段，其中，相邻关节段之间可偏转，每个所述关节段包括，

m个圆环，每个所述圆环的上下表面开有多个通孔以及穿线孔，所述通孔和穿线孔的圆心均分布在同一圆周上，所述圆环的圆柱面上设有多个螺纹孔，所述通孔分别贯通所述螺纹孔，相邻螺纹孔之间间隔预定角度布置，

紧固螺钉，其配合所述螺纹孔以紧固穿过所述通孔的合金丝使得相邻圆环之间具有一个实现偏转运动的转动自由度，

多个线束，线束穿过所述穿线孔以传递牵拉力到所述圆环以偏转关节段，

驱动装置，其包括，

底盘，

驱动支撑架，其底部固定连接所述底盘，其顶部固定连接所述机械臂，

多个驱动模块，固定于底盘的驱动模块呈环状均匀分布于所述驱动支撑架底部的外侧，所述驱动模块连接两条互成180°布置的线束以施加预定的牵拉力。

2.如权利要求1所述的线驱动连续体柔性机器人，其中，优选的，4个通孔间隔90°均匀贯通布置在圆环的上下表面，在相邻通孔之间均匀布置有3个穿线孔。

3.如权利要求2所述的线驱动连续体柔性机器人，其中，2条所述合金丝穿过2个间隔180°的所述通孔将相邻的第一圆环和第二圆环连接，第二圆环的另外2个所述通孔中也穿过2条所述合金丝将相邻的第二圆环和第三圆环连接，紧固螺钉旋入所述螺纹孔以紧固所述合金丝，所述合金丝与所述通孔过盈配合，以此往复装配机械臂。

4.如权利要求1所述的线驱动连续体柔性机器人，其中，所述线束与所述穿线孔之间留有间隙。

5.如权利要求1所述的线驱动连续体柔性机器人，其中，穿过所述穿线孔的线束的末端再通过穿线孔套以固定于关节段，线束与所述穿线孔套过盈配合。

6.如权利要求1所述的线驱动连续体柔性机器人，其中，所述驱动模块包括，

所述线轴支撑架，其固定在底盘上，所述线轴支撑架内装有轴承，

减速电机，其固定在底盘上，

驱动线轴，经由所述轴承支承的驱动线轴连接所述减速电机以驱动旋转。

7.如权利要求1所述的线驱动连续体柔性机器人，其中，n为3，m不小于3，每个关节段通过4条线束牵拉，所述线束对应的穿线孔间隔90°，六个驱动模块经由12条线束驱动机械臂。

8.如权利要求1所述的线驱动连续体柔性机器人，其中，紧固螺钉包括一字槽紧定螺钉，所述合金丝包括镍钛合金丝，所述圆环包括金属圆环。

9.如权利要求1所述的线驱动连续体柔性机器人，其中，所述圆环为空心结构。

10.如权利要求1所述的线驱动连续体柔性机器人，其中，机械臂包括第一关节段、第二关节段和第三关节段，第一关节段通过4条线束牵拉以在空间上两个相互垂直的自由度上偏转，第二关节段通过另外4条线束牵拉以在空间上两个相互垂直的自由度上偏转，第二关节段相对于第一关节段以机械臂初始法线方向为轴具有22.5°的偏转，第三关节段通过另外4条线束牵拉以在空间上两个相互垂直的自由度上偏转，第三关节段相对于第二关节段以机械臂初始法线方向为轴具有22.5°的偏转。

Images