CN114406995A - 一种蛇形机械臂及稳定工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种蛇形机械臂，包括直线驱动模块、位姿反馈模块、关节限位模块、机械臂本体和末端执行机构；直线驱动模块的输出端与机械臂本体的一端连接且用于驱动机械臂本体，机械臂本体的另一端与末端执行机构连接，机械臂本体包括多个依次连接的关节，相邻的两个关节之间均设有用于实时反馈蛇形机械臂当前位姿的位姿反馈模块、关节限位模块；直线驱动模块包括多个阵列式分布的直线驱动机构。本发明还涉及一种蛇形机械臂的稳定工作方法，通过建立模型求解蛇形机械臂总势能的解析解，通过对解析式求导确定其势能最小的形态。该发明的目的是解决如何能进入复杂狭窄空间作业的蛇形臂结构和能够具有稳定工作形态的问题。
Description
技术领域
本发明涉及设备驱动技术领域，具体涉及一种蛇形机械臂及其稳定工作方法。
背景技术
目前在航空，核工业能领域，存在进气道，油箱等复杂狭窄环境作业问题，人工和普通工业机器人可达性差，工作困难。针对以上问题，本发明设计了一种蛇型机械臂，该机械臂能够搭载末端到达一些复杂的工作位置，实现人工难以实现的操作。针对蛇形机械臂重复定位精度差，位姿保持性不好的缺点。
目前国外OC等厂家有类似的蛇形机械臂设计，但是其外形较大，驱动机构繁琐，重复定位精度差，未能投入到实际生产中应用。
国内目前蛇形机械臂基本停留在模仿国外设计的阶段，控制方法方面目前无深入研究，一些实验样机均存在形态保持不稳，重复定位精度差等缺陷。
因此，发明人提供了一种蛇形机械臂及稳定工作方法。
发明内容
(1)要解决的技术问题
本发明实施例提供了一种蛇形机械臂及稳定工作方法，解决了蛇形机械臂如何如何能进入复杂狭窄空间作业的蛇形臂结构和能够具有稳定工作形态的技术问题。
(2)技术方案
本发明提供了一种蛇形机械臂，包括直线驱动模块、位姿反馈模块、关节限位模块、机械臂本体和末端执行机构；
所述直线驱动模块的输出端与所述机械臂本体的一端连接且用于驱动所述机械臂本体，所述机械臂本体的另一端与所述末端执行机构连接，所述机械臂本体包括多个依次连接的关节，相邻的两个关节之间均设有用于实时反馈蛇形机械臂当前位姿的所述位姿反馈模块、用于限制蛇形机械臂关节转角范围的所述关节限位模块；
所述直线驱动模块包括多个阵列式分布的直线驱动机构，所述直线驱动机构包括驱动机构及筒状壳体，所述筒状壳体内设有传动机构，所述筒状壳体的外壁上设有力反馈机构、所述绳索收紧机构，所述驱动机构的输出端通过所述传动机构与所述机械臂本体的一端连接，所述力反馈机构用于实时监控所述传动机构的输出动力，所述绳索收紧机构用于锁紧绳索。
进一步地，所述直线驱动机构还包括连接机构，所述驱动机构的输出端通过所述连接机构与所述传动机构的输入端同轴连接。
进一步地，所述蛇形机械臂还包括连接轴，相邻的两个关节之间通过所述连接轴连接，所述连接轴上开设有用于安装所述位姿反馈模块的安装孔、排气孔及用于紧固所述连接轴的紧固孔。
进一步地，所述位姿反馈模块包括相互连接的外部编码器和内部旋转磁块，所述内部旋转磁块安装于所述圆形安装孔内，通过所述圆形安装排气孔在安装时排除气体。
进一步地，所述关节限位模块为弧状且用于独立限制关节虎克铰的两个自由度的转动范围，所述关节限位模块安装于关节的两端。
进一步地，所述绳索收紧机构通过楔形块摩擦角小于自锁角时产生自锁以锁紧绳索。
进一步地，所述筒状壳体的外壁设置导向键、导向键槽，通过所述导向键在所述导向键槽中的滑动以实现导向。
本发明还提供了一种蛇形机械臂的稳定工作方法，包括以下步骤：
计算蛇形机械臂的重力势能；
计算所述蛇形机械臂的弹性势能；
依据所述重力势能和弹性势能，确定所述蛇形机械臂的总势能；
依据所述总势能在满足蛇形臂自身几何约束条件下对各关节的轴转角分别求偏导，当偏导数为0时，总势能取得极值，确定总势能取极小值时每个关节的角度值。
进一步地，所述计算蛇形机械臂的重力势能，具体包括如下步骤：
确定第n个关节在基座标系下的坐标、重力矢量；
依据所述第n个关节在所述基座标系下的坐标、重力矢量，确定所述第n个关节的重力势能；
依据每个关节的重力势能，确定所述蛇形机械臂的重力势能。
进一步地，所述计算所述蛇形机械臂的弹性势能，具体包括如下步骤：
计算第n个关节的各绳索拉力；
依据所述第n个关节的各绳索的拉力，计算各绳索的形变量；
依据所述第n个关节的各绳索的形变量，计算所述第n个关节的弹性势能；
依据每个关节的弹性势能，确定所述蛇形机械臂的弹性势能。
(3)有益效果
综上，本发明的机械臂本体构成了机械臂的本体执行部分，承担搭载末端到达工作位置的任务。位姿检测反馈模块用于实时反馈蛇形机械臂当前位姿，协助控制系统完成蛇形机械臂的最终调姿。能够搭载末端到达一些复杂的工作位置，实现人工难以实现的操作。针对蛇形机械臂重复定位精度差，位姿保持性不好的缺点，能够提高蛇型机械臂的稳定性和重复定位精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所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。
图1是本发明实施例提供的一种蛇形机械臂的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种直线驱动机构的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的一种直线驱动机构的剖视图；
图4是本发明实施例提供的一种蛇形机械臂的关节的结构示意图；
图5是本发明实施例提供的一种蛇形机械臂的关节的剖视图；
图6是本发明实施例提供的一种蛇形机械臂的连接轴的结构示意图；
图7是本发明实施例提供的一种蛇形机械臂的关节间的安装示意图；
图8是本发明实施例提供的一种蛇形机械臂的关节限位模块的结构示意图；
图9是本发明实施例提供的一种绳索的孔位排布示意图；
图10是本发明实施例提供的一种蛇形机械臂的受力分析示意图；
图11是本发明实施例提供的一种蛇形机械臂的关节受力分析示意图。
图中：
1-直线驱动机构；101-驱动机构；102-连接机构；103-传动机构；104-力反馈机构；105-绳索收紧机构；2-位姿反馈模块；201-外部编码器；202-内部旋转磁块；3-关节限位模块；4-机械臂本体；an-第一关节端面；bn-第二关节端面；5-末端执行机构；6-连接轴；601-安装孔；602-排气孔；603-紧固孔。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，但不能用来限制本发明的范围，即本发明不限于所描述的实施例，在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了零件、部件和连接方式的任何修改、替换和改进。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参照附图并结合实施例来详细说明本申请。
图1是本发明实施例提供的一种蛇形机械臂的结构示意图，该蛇形机械臂包括直线驱动模块、位姿反馈模块2、关节限位模块3、机械臂本体4和末端执行机构5；
直线驱动模块的输出端与机械臂本体4的一端连接且用于驱动机械臂本体4，机械臂本体4的另一端与末端执行机构5连接，机械臂本体4包括多个依次连接的关节，相邻的两个关节之间均设有用于实时反馈蛇形机械臂当前位姿的位姿反馈模块2、关节限位模块3；
直线驱动模块包括多个阵列式分布的直线驱动机构1，直线驱动机构1包括驱动机构101及筒状壳体，筒状壳体内设有传动机构103，筒状壳体的外壁上设有力反馈机构104、绳索收紧机构105，驱动机构101的输出端通过传动机构103与机械臂本体4的一端连接，力反馈机构104用于实时监控传动机构103的输出动力，绳索收紧机构105用于锁紧绳索。
在上述实施方式中，如图1-3所示，直线驱动模块包括高度集成的多个直线驱动机构1，具体地，多个直线驱动机构1以阵列式排布于直线驱动模块的安装架上，直线驱动机构1采用模块化的筒状结构封装驱动机构，可实现快速安装。筒状结构外壁设置导向键，通过导向键在导向键槽中的滑动，实现导向，确保输出单元精确地沿直线运动。利用丝杠、丝杠螺母之间的运动关系，将电机提供的扭矩转化为输出单元直线运动方向上的拉力。输出末端集成力反馈机构104和绳索收紧机构105。
在一些可选的实施例中，如图3所示，直线驱动模块1还包括连接机构102，驱动机构101的输出端通过连接机构102与传动机构103的输入端同轴连接。
在一些可选的实施例中，如图6所示，蛇形机械臂还包括连接轴6，相邻的两个关节之间通过连接轴6连接，连接轴6上开设有用于安装位姿反馈模块2的安装孔601、排气孔602及用于紧固连接轴6的紧固孔603。
其中，为配合安装位姿反馈模块旋转磁块，选取HPM75无磁性材料制造多功能的连接轴6，该轴采用低速切削加工避免加工硬化，同时在安装孔601的底部开设内六角紧固孔(与安装工具，如六角扳手相适配)以及圆形排气孔。
在一些可选的实施例中，如图4-5所示，位姿反馈模块2包括相互连接的外部编码器201和内部旋转磁块202，内部旋转磁块202安装于安装孔601内。具体地，由于目前的内部旋转磁块202大多为圆环状，因此安装孔601可采用圆形安装孔；外部编码器201则是位于连接轴6的表面。当然，随着内部旋转磁块202形状的改变，安装孔601的具体形状也随之改变。
在一些可选的实施例中，关节限位模块3为弧状且用于独立限制关节虎克铰的两个自由度的转动范围，关节限位模块3安装于关节的两端。其中，蛇形机械臂关节处添加专用弧形限位模块，如图7-8所示，该种形状的限位模块可以独立限制蛇形机械臂关节虎克铰的两个自由度的转动范围，关节绕y轴转任意角度，对绕z轴的铰链转动范围的限制都是相同的，即不受另一个转轴的影响，始终可以恒定限制目标轴的转动范围。同理关节绕z轴转任意角度，其对绕y轴的铰链转动范围的限制也是相同的，这样可以保证蛇形机械臂在任意工作姿态下都不会与位姿反馈模块发生干涉碰撞，同时通过设定一组角度的极限位姿即可以保证蛇形机械臂工作空间最大化。
在一些可选的实施例中，绳索收紧机构105通过楔形块摩擦角小于自锁角时产生自锁以锁紧绳索。具体地，无论绳索的拉力如何变化，绳索都不会脱落，最终完成完整的动力输出。
在一些可选的实施例中，每个关节的两端开设有用于穿设对应绳索的多组绳索孔，每组绳索孔包括多个绳索孔；所述每组绳索孔以中心对称的形式分布于关节的端部。
具体地，该蛇形机械臂的具体工作环境为工业机械臂搭载蛇形机械臂，考虑蛇形机械臂在实际工作状态下会发生沿中心回转轴旋转的工况，需综合考虑蛇形机械臂在各种姿态的情况下各钢丝绳的受力情况，最终采取策略为设在蛇形机械臂的任意姿态下所有钢丝绳拉力的最大值为Fmax，使Fmax取得最小值的钢丝绳排布即为最优排布，经计算得每个关节的三根钢丝绳需要进行正三角形排布，如图9所示，在保证钢丝绳排布的中心对称性的同时需要与位姿反馈机构不发生干涉。
在一些可选的实施例中，筒状壳体的外壁设置导向键、导向键槽，通过导向键在导向键槽中的滑动以实现导向。
本发明实施例还提供了一种蛇形机械臂的稳定工作方法，该方法可以包括以下步骤：
S100、计算蛇形机械臂的重力势能；
S200、计算蛇形机械臂的弹性势能；
S300、依据重力势能和弹性势能，确定蛇形机械臂的总势能；
S400、依据所述总势能在满足蛇形臂自身几何约束条件下对各关节的轴转角分别求偏导，当偏导数为0时，总势能取得极值，确定总势能取极小值时每个关节的角度值。
在上述实施方式中，稳定工作姿态保持方法采用最低势能法计算蛇形机械臂当前位姿下保持稳定的驱动数据，即确定末端的工作位姿后，对不同的中间关节的位姿求解其总势能，选取总势能最小的姿态作为实际驱动姿态，计算时满足对于每一个关节，使三根钢丝绳拉力中的最大值到达设计的拉力值，即钢丝绳断裂拉力与安全系数的乘积。经实验测算显著提高了蛇形机械臂的重复定位精度和稳定性。
蛇形机械臂的钢丝绳孔的排布具有特殊性，具体排布如图9所示，钢丝绳排布策略为假设在蛇形机械臂的任意姿态下所有钢丝绳拉力的最大值为Fmax，优化目标为Fmax取得最小值，经分析工业机械臂搭载蛇形机械臂水平伸直状态下会出现最大拉力的钢丝绳，蛇形机械臂的具体位姿如图1所示，其中Z轴方向与重力方向相反。此时可计算每一节的钢丝绳的最大拉力，最终可得结论在所有节的钢丝绳中第一节的钢丝绳具有最大拉力F1max，与此同时，由于工业机械臂末端可绕X轴旋转，因此钢丝绳布置在不同的位置当蛇形机械臂绕X轴旋转时F1max会发生变化，假设作用在第一节的三个钢丝绳的拉力分别为F1 1，F1 2，F1 3，当蛇形机械臂其他参数确定时，每根钢丝绳的拉力仅与该钢丝绳作用点到关节中心轴线的距离ri、偏角θi以及蛇形机械臂自身转角
相关，则各个钢丝绳的拉力可表示为形如
的函数，钢丝绳的拉力产生的力矩主要用于抵消杆件的重力产生的力矩，因此，拉力作用点到关节中心轴线的距离ri越大，越有利于降低钢丝绳的拉力，因此，在满足关节刚度、强度要求的前提下，ri取最大值。由此可知，钢丝绳拉力取决于4个变量：θ1、θ2、θ3、
通过关节的力矩平衡方程∑Mi＝0可求解θ1、θ2、θ3，此时，各个钢丝绳的拉力仅取决于蛇形机械臂自身转角
利用
计算各个钢丝绳的拉力Fi 1。再通过对比，求出
下面求解蛇形机械臂稳定工作形态，通过建立模型求解蛇形机械臂总势能的解析解，通过对解析式求导确定其势能最小的形态，以此种形态作为实际工作形态。
蛇形机械臂结构示意图及坐标系建立方式如图10所示，设基坐标系为O0-X0Y0Z0，第n节坐标系为On-XnYnZn，从第n节到第n-1节齐次坐标转换矩阵为An-1 n，设第n节相对于第n-1节y轴转角为θy n，z轴转角为θz n，On-XnYnZn相对于On-1-Xn-1Yn-1Zn-1的坐标原点平移向量为Tn(ln 0 0)T，ln为蛇形机械臂第n节两端虎克铰中心之间的距离，蛇形机械臂第n个单元的两个端面如图4所示，分别标记为an，bn，则驱动第n节的钢丝绳与第n节a面的交点坐标为
驱动第n节的钢丝绳与第n-1节b面的交点坐标为
交点坐标需满足几何关系约束，由于在实际设计中已经给定孔位，因此每一节的交点在该节坐标系下的交点坐标为已知量，通过坐标转换可以得到该交点在基座标系下的坐标。
坐标转换矩阵用第n节相对于第n-1节绕y轴的转角θy n和绕z轴的转角θz n的函数表示，形如
F1max取得最小值时即最优绳索排布，最终求解得到每个关节的三根钢丝绳进行正三角形排布时F1max取得最小值。
在一些可选的实施例中，步骤S100中，计算蛇形机械臂的重力势能，具体包括如下步骤：
S101、确定第n个关节在基座标系下的坐标、重力矢量；
S102、依据第n个关节在基座标系下的坐标、重力矢量，确定第n个关节的重力势能；
S103、依据每个关节的重力势能，确定蛇形机械臂的重力势能。
在上述实施方式中，设基坐标系X0Y0平面为0势能面，下面计算系统总势能。
首先计算重力势能，设第n节重心在坐标系On-XnYnZn下的坐标为Cn(qn,0,0)T，则通过齐次变换后转换为其在基坐标系下坐标为
第n节的重力矢量为Gn(0 0 -mng)T，则第n节在基坐标系下的重力势能为：
则系统的总重力势能为
式中，m为蛇形臂的总节数。
在一些可选的实施例中，步骤S200中，计算蛇形机械臂的弹性势能，具体包括如下步骤：
S101、计算第n个关节的各绳索拉力；
S102、依据第n个关节的各绳索的拉力，计算各绳索的形变量；
S103、依据第n个关节的各绳索的形变量，计算第n个关节的弹性势能；
S104、依据每个关节的弹性势能，确定蛇形机械臂的弹性势能。
再计算弹性势能，首先计算各节钢丝绳拉力。
以第六节为例，如图11所示，根据力平衡和对O6点力矩平衡有
式中，F6 1、F6 2、F6 3分别为第六节的三根钢丝绳的拉力矢量，O6Fa6 1、O6Fa6 2、O6Fa6 3、O6C6为对应的力臂矢量，G6为重力矢量，F6 支为第五、六节之间的虎克铰提供的支持力矢量。
其中，三个钢丝绳拉力矢量表示为
式中，e6 i为比例系数，i表示第i根钢丝绳。
由此，可以计算各钢丝绳的形变量
式中，ki为第i根钢丝绳的弹性系数。
每一根钢丝绳的弹性势能为
则总弹性势能为
采用类似的方法可以求得其他节的弹性势能，由于蛇形机械臂段的弹性系数远大于钢丝绳的弹性系数，因此可不考虑蛇形机械臂段的形变，则：
蛇形机械臂的总弹性势能为
蛇形机械臂系统的总势能为
E＝EG+Ek (10)
综上所述，蛇形机械臂系统总势能为θy n、θz n的函数，即：
根据坐标系之间的转换关系计算第n节的单位方向矢量和坐标系On-XnYnZn下由原点On指向目标点C的矢量
式中，Pn n为第n节的单位方向矢量，OnC为坐标系On-XnYnZn下由原点On指向目标点C的矢量，O0C为坐标系O0-X0Y0Z0下由原点O0指向目标点C的矢量。
式(11)、(12)为蛇形机械臂自身的几何约束条件，在满足该条件的情况下，求总势能关于θy n、θz n的偏导，当偏导数为0时，总势能取得极值，确定总势能取极小值时每个关节的角度值。即
综上可求得蛇形机械臂的稳定工作形态。
本实施例中的蛇形机械臂如图1所示，包括直线驱动模块1、位姿反馈模块2、关节限位模块3、机械臂本体4以及末端执行机构5。蛇形机械臂本体由六个关节构成，单关节如图3所示。
绳索孔位排布如图9所示，每个关节选取3根钢丝绳进行驱动，单个关节三个绳索与中心连线夹角为120°，具体表现为1、7、13号钢丝绳驱动一个关节，以此类推，本驱动布置方式能够避开位姿反馈模块，同时保证单个关节在机械臂旋转到任意角度的情绪下受力均匀。
实际工作过程中，蛇形机械臂驱动单元处圆周布置18个直线驱动机构，每个直线驱动机构控制一根钢丝绳对各个关节进行驱动，驱动单元内部用于走线及与工业机械臂末端连接，位姿反馈模块和关节限位模块安装在各个关节处，用于反馈当前蛇形机械臂的位姿以及限制蛇形机械臂的极限工作范围。
根据本发明实施例的所述方法计算蛇形机械臂的稳定工作形态，根据此工作形态驱动各电机走到工作位置，约束蛇形机械臂保持稳定工作形态。
本发明实施例提出了用于蛇形机械臂的直线驱动模块，与以往常用的笼式驱动结构相比，驱动单元集成度高，集成了驱动、传动、承载、反馈等多个功能，同时单个驱动单元模块化，可阵列式排布组合进行多轴的直线驱动(如图1所示，以圆周阵列式分布)，具有较强的可扩展性，可根据驱动单元的可用空间、所需数量自行排布。
在蛇形机械臂关节处增加位姿反馈模块，能实时反馈当前蛇形机械臂的实际位姿，控制机构根据目标值与当前值的偏差量计算驱动参数进行调姿，末端执行机构可根据当前位姿计算执行参数。
为了添加位姿反馈模块，对关节连接轴进行了特异性设计，在连接轴上安装位姿反馈模块的转动机构，此模块要求关节转轴严格无磁性，此处选取HPM75无磁材料通过低速数控切削加工完成，安装孔要求公差H6，同时在转轴上设计内六角安装孔及平衡气压排气孔。
在蛇形机械臂关节处添加专用弧形限位模块，该种形状的限位模块可以独立限制蛇形机械臂连接虎克铰的两个自由度的转动范围，一个方向的旋转不会影响另一个方向的限位，这样可以保护位姿反馈模块不会发生干涉碰撞，同时保证蛇形机械臂工作空间最大化。
传统蛇形机械臂采用钢丝绳进行驱动，通过给钢丝绳增加预紧力提高稳定性和定位精度，实际应用中此种方式仍不可避免蛇形机械臂重复定位精度差、稳定性差等问题，本发明提出一种基于能量法的稳定工作方法，蛇形机械臂在实际应用中采用该方法求解的工作形态可有效提高蛇形机械臂的重复定位精度和稳定性。
需要明确的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。
以上仅为本申请的实施例而已，并不限制于本申请。在不脱离本发明的范围的情况下对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围内。
Claims (10)
1.一种蛇形机械臂，其特征在于，包括直线驱动模块、位姿反馈模块(2)、关节限位模块(3)、机械臂本体(4)和末端执行机构(5)；
所述直线驱动模块的输出端与所述机械臂本体(4)的一端连接且用于驱动所述机械臂本体(4)，所述机械臂本体(4)的另一端与所述末端执行机构(5)连接，所述机械臂本体(4)包括多个依次连接的关节，相邻的两个关节之间均设有用于实时反馈蛇形机械臂当前位姿的所述位姿反馈模块(2)、限制蛇形机械臂关节转角范围的所述关节限位模块(3)；
所述直线驱动模块包括多个阵列式分布的直线驱动机构，每个所述直线驱动机构(1)包括驱动机构(101)及筒状壳体，所述筒状壳体内设有传动机构(103)，所述筒状壳体的外壁上设有力反馈机构(104)、所述绳索收紧机构(105)，所述驱动机构(101)的输出端通过所述传动机构(103)与所述机械臂本体(4)的一端连接，所述力反馈机构(104)用于实时监控所述传动机构(103)的输出动力，所述绳索收紧机构(105)用于锁紧绳索。
2.根据权利要求1所述的蛇形机械臂，其特征在于，还包括连接机构(102)，所述驱动机构(101)的输出端通过所述连接机构(102)与所述传动机构(103)的输入端同轴连接。
3.根据权利要求1所述的蛇形机械臂，其特征在于，还包括连接轴(6)，相邻的两个关节之间通过所述连接轴(6)连接，所述连接轴(6)上开设有用于安装所述位姿反馈模块(2)的安装孔(601)、排气孔(602)及用于紧固所述连接轴(6)的紧固孔(603)。
4.根据权利要求3所述的蛇形机械臂，其特征在于，所述位姿反馈模块(2)包括相互连接的外部编码器(201)和内部旋转磁块(202)，所述内部旋转磁块(202)安装于所述安装孔(601)内，安装时通过所述排气孔(602)排除气体。
5.根据权利要求1所述的蛇形机械臂，其特征在于，所述关节限位模块(3)为弧状且用于独立限制关节虎克铰的两个自由度的转动范围，所述关节限位模块(3)安装于关节的两端。
6.根据权利要求1所述的蛇形机械臂，其特征在于，所述绳索收紧机构(105)通过楔形块摩擦角小于自锁角时产生自锁以锁紧绳索。
7.根据权利要求1所述的蛇形机械臂，其特征在于，每个关节的两端开设有用于穿设对应绳索的多组绳索孔，每组绳索孔包括多个绳索孔；所述每组绳索孔以中心对称的形式分布于关节的端部。
8.一种蛇形机械臂的稳定工作方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
计算蛇形机械臂的重力势能；
计算所述蛇形机械臂的弹性势能；
依据所述重力势能和弹性势能，确定所述蛇形机械臂的总势能；
依据所述总势能在满足蛇形臂自身几何约束条件下对各关节的轴转角分别求偏导，当偏导数为0时，总势能取得极值，确定总势能取极小值时每个关节的角度值。
9.根据权利要求8所述的蛇形机械臂的稳定工作方法，其特征在于，所述计算蛇形机械臂的重力势能，具体包括如下步骤：
确定第n个关节在基座标系下的坐标、重力矢量；
依据所述第n个关节在所述基座标系下的坐标、重力矢量，确定所述第n个关节的重力势能；
依据每个关节的重力势能，确定所述蛇形机械臂的重力势能。
10.根据权利要求8所述的蛇形机械臂的稳定工作方法，其特征在于，所述计算所述蛇形机械臂的弹性势能，具体包括如下步骤：
计算第n个关节的各绳索拉力；
依据所述第n个关节的各绳索的拉力，计算各绳索的形变量；
依据所述第n个关节的各绳索的形变量，计算所述第n个关节的弹性势能；
依据每个关节的弹性势能，确定所述蛇形机械臂的弹性势能。
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