CN112976052B - 一种镜像控制机械臂单元 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种镜像控制机械臂单元，包括：被动动作部，包括相连的两个被动动作段；主动控制部，包括相连的两个操作握柄；刚度调节部，其两端分别与所述被动动作部和主动控制部相连；以及控制丝，包括刚度控制丝和关节控制丝；其中，所述刚度控制丝连接于所述刚度调节部和被动动作部之间，用于配合所述刚度调节部调节所述被动动作部的刚度状态；所述关节控制丝用于配合所述主动控制部调节被动动作部的位姿状态。

Description

一种镜像控制机械臂单元

技术领域

本公开涉及机械臂技术领域，尤其涉及一种镜像控制机械臂单元。

背景技术

目前，机械臂在社会生产生活中的应用已经十分广泛，但现有的机械臂多为刚性机械臂。此类刚性机械臂虽然可以承受较大的载荷并提供精确的运动，但却难以适应复杂的应用环境，尤其是对工作空间有很大限制的应用环境，如抗震救灾、航空航天、医疗手术等等。为解决工作空间的限制问题，也有很多软体机械臂应运而生，如专利CN111421531A与专利CN111516003A所公开的机械臂等。此类机械臂虽能良好的适应各类狭小的工作环境，但却存在着负载小，运动精度低等问题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

基于上述问题，本公开提供了一种镜像控制机械臂单元，以缓解现有技术中机械臂摆动控制不灵敏，刚性状态与柔性状态间转换慢等技术问题。

(二)技术方案

本公开提供一种镜像控制机械臂单元，包括：

被动动作部，包括相连的两个被动动作段；

主动控制部，包括相连的两个操作握柄；

刚度调节部，其两端分别与所述被动动作部和主动控制部相连；以及

控制丝，包括刚度控制丝和关节控制丝；

其中，所述刚度控制丝连接于所述刚度调节部和被动动作部之间，用于配合所述刚度调节部调节所述被动动作部的刚度状态；所述关节控制丝用于配合所述主动控制部调节被动动作部的位姿状态。

在本公开实施例中，所述被动动作部，包括：第一被动动作段和第二被动动作段；

所述主动控制部，包括：第一操作握柄和第二操作握柄；

所述关节控制丝，包括：第一关节控制丝组和第二关节控制丝组；

其中，所述第一关节控制丝组连接于所述第一操作握柄和第一被动动作段之间，使得所述第一操作握柄能够在动作时，通过所述第一关节控制丝调节所述第一被动动作段的位姿状态；所述第二关节控制丝组连接于所述第二操作握柄和第二被动动作段之间，使得所述第二操作握柄能够在动作时，通过所述第二关节控制丝调节所述第二被动动作段的位姿状态。

在本公开实施例中，所述刚度调节部，包括：刚度调节本体以及套设于刚度调节本体外的刚度控制握柄；

通过推动所述刚度控制握柄，使得所述刚度控制丝在紧张与松弛状态间切换，从而使所述被动动作部在刚性状态与柔性状态间做刚度状态转换。

在本公开实施例中，所述刚度调节本体，由包括：

外壳，呈筒状；

套筒260，通过螺栓连接于所述外壳，环其内侧沿轴向设置有多个深凹槽261和浅凹槽262；

转盘270，连接于套筒内，环所述转盘外侧轴向设置有凸棱271；

顶杆280，一端与刚度控制丝及所述刚度控制握柄相连，另一端与所述转盘的一端相对设置；

弹簧，连接于所述转盘的另一端；

其中，所述转盘与顶杆相对的面各自设置有对应的具有斜面的齿，使得所述转盘能够在顶杆的推动下沿做轴向运动，也能够在所述具有斜面的齿和弹簧的作用下产生周向滑动，进而使得所述凸棱卡接至所述深凹槽或浅凹槽中，从而使得被动动作部在刚性状态与柔性状态间切换。

在本公开实施例中，所述转盘的凸棱位于所述深凹槽状态下所述刚度控制握柄被推动时，带动所述顶杆推动所述转盘产生轴向运动，弹簧进一步被压缩，所述转盘通过凸棱沿所述套筒的深凹槽内滑动，并且在滑出深凹槽后产生周向滑动通过所述凸棱卡接至套筒的浅凹槽中，从而使得转盘不再传导弹簧的压力于顶杆上，与顶杆相固连的刚度控制丝处于松弛状态，被动动作部处于柔性状态。

在本公开实施例中，所述转盘的凸棱位于所述浅凹槽状态下所述刚度控制握柄被推动时，带动所述顶杆推动所述转盘产生轴向运动，弹簧被进一步压缩，所述转盘的凸棱脱离所述浅凹槽并产生周向滑动，由所述浅凹槽滑动至所述深凹槽中，从而使得转盘传导弹簧的压力于顶杆上，与顶杆相固连的刚度控制丝处于紧张状态，被动动作部处于刚性状态。

在本公开实施例中，所述第一被动动作段和第二被动动作段均包括4个自由度。

在本公开实施例中，所述第一被动动作段与所述第二被动动作段之间构成虎克铰结构；所述第二被动动作段与所述刚度调节部之间构成虎克铰结构。

在本公开实施例中，所述第一被动动作段，包括：

第一关节片组，由多个关节片堆叠而成；以及

第一虎克铰关节，与所述第一关节片组相连，包括：

衔接关节120，一端与所述第一关节片组相连；

中间关节130，销接于所述衔接关节；以及

第一衔接关节140，销接于所述中间关节130；

所述第二被动动作段，与所述第一被动动作段，包括：

第二关节片组，由多个关节片堆叠而成；以及

第二虎克铰关节，与所述第二关节片组相连，包括：

衔接关节，一端与所述第二关节片组相连；

中间关节130，销接于所述衔接关节；以及

底部关节160，连接于所述刚度调节部。

在本公开实施例中，所述刚度控制握柄与所述顶杆固接方式为螺接。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本公开一种镜像控制机械臂单元至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：

(1)实现了提供充足的操作力并提高内窥镜整体的运动精度

(2)实现了摆动控制灵敏且安全可靠；

(3)可在刚性状态具有一定的位姿调整功能；以及

(4)能够快速在刚性状态与柔性状态间转换。

附图说明

图1为本公开实施例镜像控制机械臂单元整体结构示意图。

图2为本公开实施例镜像控制机械臂单元整体结构剖视示意图。

图3为本公开实施例镜像控制机械臂单元被动动作部剖视示意图。

图4为本公开实施例镜像控制机械臂单元刚度调节部剖视示意图。

图5为本公开实施例镜像控制机械臂单元主动控制部剖视示意图。

图6为本公开实施例镜像控制机械臂单元驱动丝布局示意图。

【附图中本公开实施例主要元件符号说明】

100 被动动作部；

110 被动关节片；

120 第一被动连接端；

130 被动中间关节；

140 第二被动连接端；

150 被动关节片；

160 底部关节；

170 第一被动动作部；

180 第二被动动作部；

200 刚度调节部；

210 弹簧支撑座；

220 弹簧；

230 外壳；

240 平面推力轴承压紧块；

250 平面推力轴承；

260 外层套筒；

261 凹槽；

262 固定斜面；

263 滑入斜面；

264 斜面交界面；

270 转盘；

271 凸棱；

272 转盘斜面；

280 顶杆；

281 凸台；

282 顶杆斜面；

290 刚度控制握柄；

300 主动控制部；

310 主动中间关节；

320 第二主动控制部；

330 第一主动控制部；

410 刚度控制丝；

420 被动关节控制丝；

421 第一被动动作部的控制丝；

422 第二被动动作部的控制丝；

430 丝扣。

具体实施方式

本公开提供了一种镜像控制机械臂单元，所述镜像控制机械臂单元在柔性状态时可任意弯曲适应复杂的工作环境，在刚性状态时可对其位姿进行控制并提供一定的负载力供机械臂末端进行各种操作。

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。

在本公开实施例中，提供一种镜像控制机械臂单元，如图1至6所示，所述镜像控制机械臂单元，包括：被动动作部100，包括相连的两个被动动作段；主动控制部300，包括相连的两个操作握柄；刚度调节部200，其两端分别与所述被动动作部100和主动控制部300相连；以及控制丝，包括刚度控制丝410和关节控制丝；

其中，所述刚度控制丝410连接于所述刚度调节部200和被动动作部100之间，用于配合所述刚度调节部200调节所述被动动作部100的刚度状态；所述关节控制丝用于配合所述主动控制部300调节被动动作部100的位姿状态。

在本公开实施例中，所述被动动作部100，包括：第一被动动作段和第二被动动作段；所述主动控制部300，包括：第一操作握柄和第二操作握柄；

所述关节控制丝，包括：第一关节控制丝组和第二关节控制丝组；

其中，所述第一关节控制丝组连接于所述第一操作握柄和第一被动动作段之间，使得所述第一操作握柄能够在动作时，通过所述第一关节控制丝调节所述第一被动动作段的位姿状态；所述第二关节控制丝组连接于所述第二操作握柄和第二被动动作段之间，使得所述第二操作握柄能够在动作时，通过所述第二关节控制丝调节所述第二被动动作段的位姿状态。

在本公开实施例中，所述刚度调节部200，包括：刚度调节本体以及套设于刚度调节本体外的刚度控制握柄290；通过推动所述刚度控制握柄290，使得所述刚度控制丝410在紧张与松弛状态间切换，从而使所述被动动作部100在刚性状态与柔性状态间做刚度状态转换。

在本公开实施例中，所述刚度调节本体，由包括：外壳230，呈筒状；外层套筒260，通过螺栓连接于所述外壳230，环其内侧沿轴向设置有多个深凹槽261和浅凹槽262；转盘270，连接于外层套筒260内，环所述转盘270外侧轴向设置有凸棱271；顶杆280，一端与刚度控制丝410及所述刚度控制握柄290相连，另一端与所述转盘270的一端相对设置；弹簧220，连接于所述转盘270的另一端；其中，所述转盘270与顶杆280相对的面各自设置有对应的具有斜面的齿，使得所述转盘270能够在顶杆280的推动下沿做轴向运动，也能够在所述具有斜面的齿和弹簧220的作用下产生周向滑动，进而使得所述凸棱217卡接至所述深凹槽或浅凹槽中，从而使得被动动作部100在刚性状态与柔性状态间切换。

在本公开实施例中，所述转盘270的凸棱217位于所述深凹槽状态下所述刚度控制握柄290被推动时，带动所述顶杆280推动所述转盘270产生轴向运动，弹簧220进一步被压缩，所述转盘270通过凸棱217沿所述外层套筒260的深凹槽内滑动，并且在滑出深凹槽后产生周向滑动通过所述凸棱217卡接至外层套筒260的浅凹槽中，从而使得转盘270不再传导弹簧220的压力于顶杆280上，与顶杆280相固连的刚度控制丝410处于松弛状态，被动动作部100处于柔性状态。

在本公开实施例中，所述转盘270的凸棱217位于所述浅凹槽状态下所述刚度控制握柄290被推动时，带动所述顶杆280推动所述转盘270产生轴向运动，弹簧220被进一步压缩，所述转盘270的凸棱217脱离所述浅凹槽并产生周向滑动，由所述浅凹槽滑动至所述深凹槽中，从而使得转盘270传导弹簧220的压力于顶杆280上，与顶杆280相固连的刚度控制丝410处于紧张状态，被动动作部100处于刚性状态。

在本公开实施例中，所述第一被动动作段和第二被动动作段均包括4个自由度。

在本公开实施例中，所述第一被动动作段与所述第二被动动作段之间构成虎克铰结构；所述第二被动动作段与所述刚度调节部200之间构成虎克铰结构。

在本公开实施例中，所述第一被动动作段，包括：第一关节片组，由多个关节片堆叠而成；第一虎克铰关节，与所述第一关节片组相连，包括：衔接关节120，一端与所述第一关节片组相连；中间关节130，销接于所述衔接关节；以及第一衔接关节140，销接于所述中间关节130；所述第二被动动作段，与所述第一被动动作段，包括：第二关节片组，由多个关节片堆叠而成；以及第二虎克铰关节，与所述第二关节片组相连，包括：衔接关节，一端与所述第二关节片组相连；中间关节130，销接于所述衔接关节；底部关节160，连接于所述刚度调节部200。

在本公开实施例中，所述刚度控制握柄290与所述顶杆280固接方式为螺接。

在本公开实施例中，还提供一种镜像控制机械臂系统，如图1至6所示，所述镜像控制机械臂系统，包括：所述镜像控制机械臂单元；多个所述被动动作部100，且每个所述被动动作部100依次顺序连接；多个所述主动控制部300，且每个所述主动控制300部依次顺序连接；多个所述关节控制丝部，用于连接多个所述被动动作部100与多个所述主动控制部300；多个所述主动控制部300与多个所述被动动作部100对应设置，多个所述主动控制部300通过多个所述关节控制丝部控制多个所述被动动作部100。

在本公开实施例中，多个所述主动控制部300与多个所述被动动作部100相对于所述中间支撑部由内向外为呈一一对应控制关系。

具体地，本公开提出了一种堆叠式可变刚度机械臂，该机械臂在柔性状态时可任意弯曲适应复杂的工作环境，在刚性状态时可对其位姿进行控制并提供一定的负载力供机械臂末端进行各种操作。堆叠式可变刚度机械臂主要由被动动作部100、刚度调节部200和主动控制部300组成，两部分之间通过9根钢丝联动，其中1根刚度控制丝410控制被动动作部100的刚度，8根被动关节控制丝420控制被动动作部100的位姿。与现有机械臂相比，本公开的优越性在于其可快速实现被动动作部100在刚性状态与柔性状态下的刚度转换。

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。

本公开将从该堆叠式可变刚度机械臂的刚性状态和柔性状态转换方法以及在刚性状态下的运动控制方式两方面展开。

具体实施例如下：通过前后推动刚度控制握柄290，可使刚度控制丝410张紧或松弛，进而对被动动作部100的刚度进行控制；通过控制摇动第一主动控制部330与第二主动控制部320，可借助8根被动关节控制丝420的拉力使被动动作部100的两段关节产生相对于第一主动控制部330和第二主动控制部320的镜像运动。

在本实施例中，如图1、图2和图3所示，被动动作部100分为第一被动动作部170和第二被动动作部180两段。第一被动动作部170由7个被动关节片110组成的被动柱体和1个第一被动衔接关节堆叠而成；第二被动动作部180由1个第二被动衔接关节、7个被动关节片150组成的被动柱体堆叠而成。

第一被动动作部170与第二被动动作部180、第二被动动作部180构成两对虎克铰使得两个被动动作部100具有4个自由度。第二被动连接端160通过螺栓固定在外壳230上。

为了方便后续说明，被动关节片110与被动关节片150可以统称为被动关节片；第一被动连接端120与第二被动连接端140可以统称为衔接关节。

刚度控制丝410贯穿整个被动动作部100并与端部的第一被动关节片110相固连，需要说明的一点是，本公开中所有涉及驱动丝与零部件相固连的部位，均采用丝扣430将驱动丝夹紧并卡在零部件相应的沉孔中，如图6所示。当刚度控制丝410松弛时，第一被动动作部170和第二被动动作部180中的各个被动关节片与衔接关节之间无固定约束，彼此间可发生相对运动，整个被动动作部100呈现柔性状态，在其任意位置均可弯曲。当刚度控制丝410张紧时，第一被动动作部170和第二被动动作部180中的各个被动关节与衔接关节会相互紧贴，彼此间不能发生相对运动，整个被动动作部100呈现刚性状态，只有在两个被动中间关节130的铰链处可实现转动。

在本实施例中，如图1、图2和图4所示，刚度调节部200由外壳230与内部各零部件构成。内部各零部件依次嵌套，由内到外分别为刚度控制丝410、转盘270、顶杆280、外层套筒260与刚度控制握柄290。外层套筒260通过螺栓固定在外壳230上。顶杆280与外层套筒260以及刚度控制丝410相固连；转盘上的凸棱271与顶杆280上的凸台281可在外层套筒上的凹槽261中做轴线方向的滑动；转盘上的转盘斜面272可在顶杆280上的顶杆斜面282或外层套筒上的固定斜面262与外层套筒上的滑入斜面263上做圆周方向的滑动。弹簧220通过平面推力轴承250为转盘270提供沿弹簧轴线方向的推力，使转盘上的转盘斜面272紧贴顶杆上的顶杆斜面282或外层套筒上的固定斜面262或外层套筒上的滑入斜面263。

需要说明的是，外层套筒上的凹槽261、外层套筒上的固定斜面262、外层套筒上的滑入斜面263、外层套筒上的斜面交界面264、转盘上的凸棱271、转盘上的转盘斜面272与顶杆上的凸台281这些结构特征均在相应的零部件上圆周均布有4个，即相邻两特征间所夹圆心角为90°，顶杆上的顶杆斜面282在顶杆280上圆周均布有8个，即相邻两特征间所夹圆心角为45°。

由于零部件相互之间的运动与配合关系，顶杆上的凸台281始终在外层套筒上的凹槽261中不会脱出，而转盘上的凸棱271时而在外层套筒上的凹槽261中，时而不在，接下来结合具体的运动过程详细说明，另外弹簧220始终处于压缩状态。

初始时，转盘上的凸棱271与顶杆上的凸台281均在外层套筒上的凹槽261中，转盘上的转盘斜面272在弹簧220的推力作用下紧贴顶杆上的顶杆斜面282，此时与顶杆280相固连的刚度控制丝410处于张紧状态，被动动作部100处于刚性状态。

首次推动刚度控制握柄290，与其相固连的顶杆280推动着转盘270向着弹簧220压缩的方向运动。当转盘上的凸棱271运动到外层套筒上的凹槽261之外时，在弹簧220的推力作用下，转盘上的转盘斜面272同时紧贴顶杆上的顶杆斜面282与外层套筒上的固定斜面262并做圆周方向的滑动。转盘上的凸棱271滑动至外层套筒上的斜面交界面264后卡住，此时弹簧压缩产生的推力不再作用于顶杆，与顶杆280相固连的刚度控制丝410处于松弛状态，被动动作部100处于柔性状态。

再次推动刚度控制握柄290，与其相固连的顶杆280再次推动着转盘270向着弹簧220压缩的方向运动。当转盘上的凸棱271脱离外层套筒上的斜面交界面264时，在弹簧220的推力作用下，转盘上的转盘斜面272同时紧贴顶杆上的顶杆斜面282与外层套筒上的滑入斜面263并做圆周方向的滑动。转盘上的凸棱271滑动至外层套筒上的凹槽261后卡主，回到类似初始时的状态，此时与顶杆280相固连的刚度控制丝410处于张紧状态，被动动作部100处于刚性状态。

如此往复推动刚度控制握柄290，即可实现被动动作部100在刚性状态与柔性状态下的刚度转换。

在本实施例中，如图1、图2、图3、图5和图6所示，主动控制部300由2个主动中间关节310、1个主动控制部一330和1个主动控制部二320串联铰接而成，具有和被动动作部100相似的4个自由度。

8根被动关节控制丝420沿圆周分布，可细分为4根第一被动动作部的控制丝421和4根第二被动动作部的控制丝422，这些被动关节控制丝420将主动控制部300与被动动作部相100连接。4根第一被动动作部的控制丝421经过其他各零部件的穿丝孔，两端分别与第一主动控制部330和第一被动动作部170中的第一被动连接端120固连，用于控制第一被动动作部170在刚性状态时的位姿；4根第二被动动作部的控制丝422经过其他各零部件的穿丝孔，两端分别与第二主动控制部320和第二被动动作部180中的第一被动连接端120固连，用于控制第二被动动作部180在刚性状态时的位姿。

当第一主动控制部330与第二主动控制部320绕与其相连的2个主动中间关节310旋转时，会导致位于主动控制部300中的被动关节控制丝420的长度发生变化，由于被动关节控制丝420的总长度不变，则位于被动动作部100中的被动关节控制丝420的长度将发生与主动控制部300处相反的变化，从而使被动动作部100产生与主动控制部300相反的镜像运动。例如，当第一主动控制部330向一侧偏转时，位于第一主动控制部330同侧的2根第一被动动作部的控制丝421缩短，相对侧的2根第一被动动作部的控制丝421伸长；相应的，位于第一被动动作部170同侧的2根第一被动动作部的控制丝421伸长，相对侧的2根第一被动动作部的控制丝421缩短。4根第一被动动作部的控制丝421的伸长与缩短使得第一被动动作部170向相对侧偏转。反之亦然，第二主动控制部320与第二被动动作部180之间的运动关系也是如此。

至此，已经结合附图对本公开实施例进行了详细描述。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。

依据以上描述，本领域技术人员应当对本公开一种镜像控制机械臂单元有了清楚的认识。

综上所述，本公开提供了一种镜像控制机械臂单元，所述镜像控制机械臂单元在柔性状态时可任意弯曲适应复杂的工作环境，在刚性状态时可对其位姿进行控制并提供一定的负载力供机械臂末端进行各种操作。

还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。

并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。

除非有所知名为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本公开的内容所得的所需特性改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示组成的含量、反应条件等等的数字，应理解为在所有情况中是受到「约」的用语所修饰。一般情况下，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中±10％的变化、在一些实施例中±5％的变化、在一些实施例中±1％的变化、在一些实施例中±0.5％的变化。

再者，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。

说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。

此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。并且，在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开的示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本公开要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本公开的单独实施例。

以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种镜像控制机械臂单元，包括：

被动动作部，包括相连的两个被动动作段；

主动控制部，包括相连的两个操作握柄；

刚度调节部，其两端分别与所述被动动作部和主动控制部相连；以及

控制丝，包括刚度控制丝和关节控制丝；

所述刚度控制丝连接于所述刚度调节部和被动动作部之间，用于配合所述刚度调节部调节所述被动动作部的刚度状态；所述关节控制丝用于配合所述主动控制部调节被动动作部的位姿状态；

所述被动动作部，包括：第一被动动作段和第二被动动作段；

所述主动控制部，包括：第一操作握柄和第二操作握柄；

所述关节控制丝，包括：第一关节控制丝组和第二关节控制丝组；

所述第一被动动作段与所述第二被动动作段之间构成虎克铰结构；所述第二被动动作段与所述刚度调节部之间构成虎克铰结构；

所述第一关节控制丝组连接于所述第一操作握柄和第一被动动作段之间，使得所述第一操作握柄能够在动作时，通过所述第一关节控制丝调节所述第一被动动作段的位姿状态；所述第二关节控制丝组连接于所述第二操作握柄和第二被动动作段之间，使得所述第二操作握柄能够在动作时，通过所述第二关节控制丝调节所述第二被动动作段的位姿状态；

所述刚度调节部包括：刚度调节本体以及套设于刚度调节本体外的刚度控制握柄；通过推动所述刚度控制握柄，使得所述刚度控制丝在紧张与松弛状态间切换，从而使所述被动动作部在刚性状态与柔性状态间做刚度状态转换；

所述刚度调节本体，包括：

外壳，呈筒状；

套筒，通过螺栓连接于所述外壳，环其内侧沿轴向设置有多个深凹槽和浅凹槽；

转盘，连接于套筒内，环所述转盘外侧轴向设置有凸棱；

顶杆，一端与刚度控制丝及所述刚度控制握柄相连，另一端与所述转盘的一端相对设置；

弹簧，连接于所述转盘的另一端；

所述转盘与顶杆相对的面各自设置有对应的具有斜面的齿，使得所述转盘能够在顶杆的推动下沿做轴向运动，也能够在所述具有斜面的齿和弹簧的作用下产生周向滑动，进而使得所述凸棱卡接至所述深凹槽或浅凹槽中，从而使得被动动作部在刚性状态与柔性状态间切换。

2.根据权利要求1所述的镜像控制机械臂单元，其中，

所述转盘的凸棱位于所述深凹槽状态下所述刚度控制握柄被推动时，带动所述顶杆推动所述转盘产生轴向运动，弹簧进一步被压缩，所述转盘通过凸棱沿所述套筒的深凹槽内滑动，并且在滑出深凹槽后产生周向滑动通过所述凸棱卡接至套筒的浅凹槽中，从而使得转盘不再传导弹簧的压力于顶杆上，与顶杆相固连的刚度控制丝处于松弛状态，被动动作部处于柔性状态。

3.根据权利要求1所述的镜像控制机械臂单元，其中，

所述转盘的凸棱位于所述浅凹槽状态下所述刚度控制握柄被推动时，带动所述顶杆推动所述转盘产生轴向运动，弹簧被进一步压缩，所述转盘的凸棱脱离所述浅凹槽并产生周向滑动，由所述浅凹槽滑动至所述深凹槽中，从而使得转盘传导弹簧的压力于顶杆上，与顶杆相固连的刚度控制丝处于紧张状态，被动动作部处于刚性状态。

4.根据权利要求1所述的镜像控制机械臂单元，其中，所述第一被动动作段和第二被动动作段均包括4个自由度。

5.根据权利要求1所述的镜像控制机械臂单元，其中，

所述第一被动动作段，包括：

第一关节片组，由多个关节片堆叠而成；以及

第一虎克铰关节，与所述第一关节片组相连，包括：

衔接关节，一端与所述第一关节片组相连；

中间关节，销接于所述衔接关节；以及

第一衔接关节，销接于所述中间关节；

所述第二被动动作段，与所述第一被动动作段，包括：

第二关节片组，由多个关节片堆叠而成；以及

第二虎克铰关节，与所述第二关节片组相连，包括：

衔接关节，一端与所述第二关节片组相连；

中间关节，销接于所述衔接关节；以及

底部关节，连接于所述刚度调节部。

6.根据权利要求1所述的镜像控制机械臂单元，其中，所述刚度控制握柄与所述顶杆固接方式为螺接。

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