CN114603597A - 一种刚软耦合机械臂 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种刚软耦合机械臂。该机械臂包括多个串行连接的驱动单元、连接部件和末端执行器，其中，每个驱动单元包括支撑盘、至少三个气囊和铰接机构，至少三个气囊均固定于支撑盘的端面之上，每个气囊用于基于充入的物质提供压力，气囊产生伸长、收缩、弯曲等形变，以驱动机械臂移动，铰接机构用于铰接两个驱动单元；机械臂末端的驱动单元铰接连接部件，连接部件用于可拆卸连接末端执行器。本发明实施例提供了一种刚软耦合的机械臂，其中，支撑盘和铰接机构用于提供刚性支撑功能，而气囊用于提供驱动功能，从而能够在确保机械臂刚性、控制力度等方面的性能之外，还能够降低成本。
Description
技术领域
本发明涉及机器人领域，具体涉及一种刚软耦合机械臂。
背景技术
机械臂在工业生产中是非常重要的设备，通过上位机编程导入，使得机械臂带动末端执行器精确的运动到空间中的各个位置，桥接两者完成各项任务。
传统的刚性机械臂一般采用纯金属材料制作而成，导致整个系统非常笨重，且成本很高。因此研究人员又发明了柔性机械臂，采用硅橡胶等易拉伸、有弹性的特点的材料，因此，整个机械臂系统很轻巧，制作成本低。但是纯柔性材料机械臂的刚度很小、控制末端夹爪的稳定性较差，使得能够抓取的物体质量相对较小等，实用性不高。
发明内容
本发明目的在于提供一种刚软耦合机械臂，用于解决现有机械臂系统成本高或者末端刚度小、抓取物品重量小等技术问题。
为解决上述技术问题，本发明的实施例提供如下技术方案：
一种刚软耦合机械臂，包括多个串行连接的驱动单元、连接部件和末端执行器，其中，
每个驱动单元包括支撑盘、至少三个气囊和铰接机构，所述至少三个气囊均固定于所述支撑盘的端面之上，每个气囊用于基于充入的物质提供压力，以驱动所述机械臂移动，所述铰接机构用于铰接两个驱动单元；
所述机械臂末端的驱动单元铰接所述连接部件，所述连接部件用于可拆卸连接所述末端执行器。
一些可选实施方式中，所述支撑盘的材料为刚性材料，所述刚性材料包括塑料、玻璃和金属，所述支撑盘端面的形状包括三角形、四边形和圆形。
一些可选实施方式中，所述气囊包括波纹管结构气囊、折纸结构气囊和织物气囊。
一些可选实施方式中，所述气囊形状包括扇形、圆形和椭圆形。
一些可选实施方式中，所述气囊在所述支撑盘的端面之上呈圆周阵列排布。
一些可选实施方式中，所述气囊充入的物质包括气体或流体。
一些可选实施方式中，所述每个气囊用于基于充入的物质提供压力，以驱动所述机械臂移动，包括：
所述气囊基于充入的物质产生形变，以使机械臂移动，所述形变包括伸长、收缩、弯曲。
一些可选实施方式中，所述每个驱动单元还包括气压传感器，所述气压传感器与所述气囊的进气口连接，用于检测所述气囊内的气压信号。
一些可选实施方式中，所述末端执行器设置视觉识别系统，所述视觉识别系统用于识别待抓取物的参数。
为解决现有机械臂存在的问题，本申请实施例提供了一种刚软耦合机械臂，该机械臂包括多个串行连接的驱动单元、连接部件和末端执行器，其中，每个驱动单元包括支撑盘、至少三个气囊和铰接机构，所述至少三个气囊均固定于所述支撑盘的端面之上，每个气囊用于基于充入的物质提供压力，以驱动所述机械臂移动，所述铰接机构用于铰接两个驱动单元；所述机械臂末端的驱动单元铰接所述连接部件，所述连接部件用于可拆卸连接所述末端执行器。可见，本申请实施例提供了一种刚软耦合的机械臂，其中，支撑盘和铰接机构用于提供刚性支撑功能，而气囊用于提供驱动功能，从而能够在确保机械臂刚性、控制力度等方面的性能之外，还能够降低成本。
附图说明
图1是本发明实施例提供的示例性机械臂的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的驱动单元的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的驱动单元的俯视图。
图1至图3中的标号指示的部件为：1驱动单元，2连接部件，3末端执行器，4支撑盘，5气囊，6铰接机构。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开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公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
如图1、2、3所示，本发明的实施例提出一种刚软耦合机械臂，机械臂包括多个串行连接的驱动单元1、连接部件2和末端执行器3，末端执行器3的构造不做具体限定，末端执行器3可以为柔性末端执行器也可以为刚性末端执行器，柔性末端执行器可以是由气体驱动、液体驱动、电驱动或者杆驱动的，其中，每个驱动单元1包括支撑盘4、至少三个气囊5和铰接结构6，至少三个气囊5均固定于支撑盘4的端面之上，每个气囊5用于基于充入的物质提供压力，气囊产生伸长、收缩、弯曲等形变，以驱动机械臂移动，铰接机构6用于铰接两个驱动单元1；机械臂末端的驱动单元1铰接连接部件2，连接部件2用于可拆卸连接末端执行器3。
可见，采用本实现方式，提供了一种刚软耦合的机械臂，其中，支撑盘和铰接机构用于提供刚性支撑功能，而气囊用于提供驱动功能，从而能够在确保机械臂刚性、控制力度等方面的性能之外，还能够降低成本。
在本发明的一些实施方式中，所述支撑盘4的材料为刚性材料，所述刚性材料包括塑料、玻璃和金属，所述支撑盘4端面的形状包括三角形、四边形和圆形等等。该实施例中，支撑盘4的材料为金属材料，当然，支撑盘4的材料并不限于本实施例的金属材料，也可以为其他刚性材料，支撑盘4的端面形状为圆形，当然支撑盘4的端面形状并不限于本实施例的圆形，可以为任何形状。
在本发明一些实施方式中，所述气囊5包括波纹管结构气囊、折纸结构气囊和织物气囊。该实施例中，气囊5采用波纹管结构，当然气囊5也可以是其他结构的气囊。
在本发明一些实施方式中，所述气囊5形状包括扇形、圆形和椭圆形。该实施例中，气囊5的形状是椭圆形，当然气囊5也可以是其他形状。
在本发明一些实施方式中，所述气囊5在所述支撑盘4的端面之上呈圆周阵列排布。该实施例中，每个端面上有四个气囊5，气囊5在支撑盘4端面之上呈圆周阵列排布。
在本发明一些实施方式中，所述气囊5充入的物质包括气体或流体。该实施例中，充入的物质为气体。
在本发明一些实施方式中，所述每个气囊5用于基于充入的物质提供压力，以驱动所述机械臂移动，包括：所述气囊5基于充入的物质产生形变，以使机械臂移动，所述形变包括伸长、收缩、弯曲。该实施例中，通过对气囊5充入气体的方式使得气囊5产生伸长形变，气囊5产生形变带动支撑盘4运动，其中当两侧气囊5压力相同时，会使机械臂产生伸直效果，当某一侧气囊5内的气压大于另一侧时，会使机械臂产生弯曲效果，许多驱动单元1相互作用使机械臂运动到待抓取物的位置，从而使末端执行器3进行操作。
在本发明一些实施方式中，所述每个驱动单元1还包括气压传感器，所述气压传感器与所述气囊5的进气口连接，用于检测所述气囊5内的气压信号。该实施例中，在每个气囊5的进气口都设置有气压传感器，气压传感器检测气囊5内的气压信号，将气压信号返回到机械臂的控制系统，便于更好的控制气压，完成闭环控制。或者可以将多个驱动单元1连接成一个模块，共用一个进气口，定义该模块的功能，使运动方式固定，减少控制难度；还可以与机器学习等技术结合，多次训练之后可达到自动控制每个模块的气压，控制机械臂自动移动到目标位置，驱动单元1的个数至少为两个，具体数目可以根据机械臂工作距离的远近进行定制。
在本发明一些实施方式中，所述末端执行器3设置视觉识别系统，所述视觉识别系统用于识别待抓取物的参数。该实施例中，末端执行器3上设置有视觉识别系统，视觉识别系统识别到待抓取物的参数，将待抓取物的参数返回给控制系统进行处理。
在本发明一些实施方式中，所述铰接机构6可以为球铰等。示例性的，铰接机构6例如为球铰，当然也可以是其他结构的铰接机构。
在本发明的上述实施例中，提供了一种刚软耦合的机械臂，支撑盘4和铰接机构6共同作用给整个机械臂提供刚性效果，使得末端能够带动质量更大的夹爪，即末端执行器。由于支撑盘4和气囊5的连接耦合效果，当气囊5内施加压力时，产生的力能够更稳定的传到机械臂末端，使得对末端夹爪的控制更加稳定，同时也降低了生产成本。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种刚软耦合机械臂，其特征在于，所述机械臂包括多个串行连接的驱动单元、连接部件和末端执行器，其中，
每个驱动单元包括支撑盘、至少三个气囊和铰接机构，所述至少三个气囊均固定于所述支撑盘的端面之上，每个气囊用于基于充入的物质提供压力，以驱动所述机械臂移动，所述铰接机构用于铰接两个驱动单元；
所述机械臂末端的驱动单元铰接所述连接部件，所述连接部件用于可拆卸连接所述末端执行器。
2.如权利要求1所述的刚软耦合机械臂，其特征在于，所述支撑盘的材料为刚性材料，所述刚性材料包括塑料、玻璃和金属，所述支撑盘端面的形状包括三角形、四边形和圆形。
3.如权利要求1所述的刚软耦合机械臂，其特征在于，所述气囊包括波纹管结构气囊、折纸结构气囊和织物气囊。
4.如权利要求3所述的刚软耦合机械臂，其特征在于，所述气囊形状包括扇形、圆形和椭圆形。
5.如权利要求4所述的刚软耦合机械臂，其特征在于，所述气囊在所述支撑盘的端面之上呈圆周阵列排布。
6.如权利要求5所述的刚软耦合机械臂，其特征在于，所述气囊充入的物质包括气体或流体。
7.如权利要求6所述的刚软耦合机械臂，其特征在于，所述每个气囊用于基于充入的物质提供压力，以驱动所述机械臂移动，包括：
所述气囊基于充入的物质产生形变，以使机械臂移动，所述形变包括伸长、收缩、弯曲。
8.如权利要求1所述的刚软耦合机械臂，其特征在于，所述每个驱动单元还包括气压传感器，所述气压传感器与所述气囊的进气口连接，用于检测所述气囊内的气压信号。
9.如权利要求1所述的刚软耦合机械臂，其特征在于，所述末端执行器设置视觉识别系统，所述视觉识别系统用于识别待抓取物的参数。
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Address after: 102,600 Building 12, Yard 109, Jinghai 3rd Road, Daxing Economic and Technological Development Zone, Beijing (Yizhuang Cluster, High end Industrial Zone, Beijing Pilot Free Trade Zone) Applicant after: Beijing Software Robot Technology Co.,Ltd. Address before: 102600 building 12, yard 109, Jinghai Third Road, Tongzhou Economic and Technological Development Zone, Beijing (Yizhuang group, high-end industrial area of Beijing Pilot Free Trade Zone) Applicant before: BEIJING SOFT ROBOT TECH Co.,Ltd. |