一種連續型柔性臂關節組以及組合型柔性臂關節組的制作方法

本發明涉及機器人技術領域，尤其是涉及一種連續型柔性臂關節組。

背景技術：

目前超冗余自由度機械臂執行機構大多采用分立式的電機和驅動器，電機放在轉動子關節處或者內置在子關節中直接驅動轉動子關節轉動，驅動器固定在控制柜中，二者用電纜線進行連接，導致該機械臂的電氣線路繁瑣，檢修復雜而且未知安全隱患較多，而且這種方式需要體積小、重量輕的微小型電機，限制了機械臂的功率、也使制造成本增加，另外也增加了機械臂的慣性和質量，其承載能力受到一定的限制，對高速運動和快速響應極為不利，同時，電機驅動的子關節一般都是單自由度轉動子關節，實現多自由度子關節的驅動很困難，通常會使機器人的結構變得復雜。采用遠程線驅動方式是解決上述問題的一個有效途徑，減輕了機械臂的質量，提高響應速度，把電機和控制電路遠離末端執行器，使它們不易受到惡劣環境的影響，易于拆卸、維護和組裝。現在國內外所研制使用的線驅動柔性機械臂，都采用一個電機組驅動一個子關節，當柔性臂的子關節數增加時，電機組的數量也要隨之增加，這增加了設備成本，使得機械臂的長度增加受限。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題在于：提供一種柔性臂關節組，其具有更好的靈活性、避障能力高；可適應狹小惡劣的工作環境；成本低、便于實現，拆卸、安裝和維修方便；提高了電機組的利用率。

本發明還提供一種組合型柔性臂關節組，其具有更好的適應性以及實用性。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案在于，提供一種連續型柔性臂關節組，包括若干子關節、至少3個驅動繩，相鄰的兩個所述子關節之間轉動連接，所述關節組其中一端活動設置，以形成所述關節組的活動端，至少3個所述驅動繩沿所述關節組周向排布，且至少3個所述驅動繩貫穿整個所述關節組以使所述關節組展成柔性臂，所述驅動繩一端與所述活動端固定連接，所述驅動繩另一端可受外力拉拽，以驅動所述活動端相對于所述關節組的相對固定端運動。

作為上述技術方案的進一步改進，相鄰的2個所述子關節之間設置有十字軸模塊，相鄰的2個所述子關節分別與所述十字軸模塊鉸接連接。

作為上述技術方案的進一步改進，相鄰的2個所述子關節之間還設置有彈簧，所述彈簧以壓縮狀態穿過所述十字軸模塊設置，且所述第一彈簧兩端分別與相鄰的2個所述子關節固定連接。

作為上述技術方案的進一步改進，所述子關節的數量為3至7個。

作為上述技術方案的進一步改進，所述驅動繩的數量為3個，相鄰的2個所述驅動繩之間的夾角為120度。

作為上述技術方案的進一步改進，所述驅動繩的數量為4個，相鄰的2個所述驅動繩之間的夾角為90度。

作為上述技術方案的進一步改進，所述子關節兩端、沿其周向固設有環形凸板，所述環形凸板上分布有供所述驅動繩穿過的過孔，且多個所述環形凸板上相對應位置處的所述過孔的圓心處于同一直線上。

本發明還公開了一種組合型柔性臂關節組，其包括上述的連續型柔性臂關節組，相鄰的兩個所述連續型柔性臂關節組中，其中一個的所述活動端與其中另一個的相對固定端轉動連接，以使多個所述連續型柔性臂關節組之間可相對運動。

本發明的有益效果：

本發明的連續型柔性臂關節組具有剛性子關節操作的能力，具備俯仰和偏航兩個方向上的自由度運動軌跡規劃的功能，擁有更高的靈活性和更強避障能力，適合于非結構環境；本發明的連續型柔性臂關節組減輕了機械臂的質量，提高響應速度，把電機和控制電路遠離末端執行器，使得機械臂工作時不易受到外界環境的感染而受到損壞，可適用于環境惡劣的工作場所；繩索驅動成本較低、容易實現、易于拆卸、維護和組裝；用關節組代替傳統的單個子關節作為執行單元，提高了電機組的利用率。

本發明還公開了一種組合型柔性臂關節組，可以根據實際情況增加上述連續型柔性臂關節組的數量，具有更強的適應性以及實用性。

附圖說明

圖1是本發明的連續型柔性臂關節組的整體結構示意圖；

圖2是本發明的連續型柔性臂關節組的爆炸結構示意圖。

具體實施方式

以下將結合實施例和附圖對本發明的構思、具體結構及產生的技術效果進行清楚、完整地描述，以充分地理解本發明的目的、特征和效果。顯然，所描述的實施例只是本發明的一部分實施例，而不是全部實施例，基于本發明的實施例，本領域的技術人員在不付出創造性勞動的前提下所獲得的其他實施例，均屬于本發明保護的范圍。另外，專利中涉及到的所有聯接/連接關系，并非單指構件直接相接，而是指可根據具體實施情況，通過添加或減少聯接輔件，來組成更優的聯接結構。本發明創造中的各個技術特征，在不互相矛盾沖突的前提下可以交互組合。

請一并參照圖1和圖2，本發明的連續型柔性臂關節組包括若干子關節1、至少3個驅動繩2，相鄰的兩個子關節1之間轉動連接，且兩者之間可以于相互垂直的兩個方向上相對轉動，同時采用至少3個驅動繩2沿該關節組周向設置，并貫穿整個關節組，以將該關節組展成柔性臂，從而使得該連續型柔性臂關節組可以通過驅動繩2驅動實現俯仰和偏航兩個方向上的運動。

為了使該連續型柔性臂關節組具有更好的穩定性以及工作性能，本發明的連續型柔性臂關節組的子關節1的數量一般選擇為3至7個，當然，在不同的實施例中，子關節的數量也可以選擇為2個、8個、9個或其他數量，其中3個至7個子關節1的選擇為優選方案。

相鄰的2個子關節1之間設置有十字軸模塊3，該十字軸模塊3分別與3個相鄰的子關節1于相互垂直的兩個方向上鉸接連接，從而使得其中一個子關節1相對于其中另一個子關節1能夠于相互垂直的兩個方向上發生轉動，從而具備的俯仰和偏航兩個方向上的2個自由度。

十字軸模塊3包括連接環30與連接銷31，其中，連接環30兩端的子關節1均向連接環30方向伸出設置有一對間隔180度的筋12，連接環30兩端的兩個子關節1上的兩對筋12之間間隔90度，且兩對筋12均緊貼于連接環30外圓環設置，筋12與連接環30對應位置處設置有連接孔100，間隔180度的兩個筋12及對應的連接環30上的連接孔100的軸線處于同一直線上，筋12與連接環30通過連接銷31鉸接連接，通過兩對筋12可以實現兩個相鄰的子關節1之間實現相互垂直的兩個方向上的相對轉動。

兩個相鄰的子關節1之間還固設有彈簧4，彈簧4穿過連接環30內圓環設置，其兩端分別與相鄰的兩個子關節1固定連接，且彈簧4在受到一定的壓縮的情況下固設于兩子關節1之間，從而使得相鄰的2個子關節1始終受到彈簧4的推力，使得相鄰的子關節1之間更加緊固、可靠，保證整個連續型柔性臂關節組的豎直度以及水平度，同時，也防止驅動繩2拉緊時使得子關節1之間相互收攏造成子關節1之間發生相對位移，影響該連續型柔性臂關節組的運動準確性，此外，在受到驅動繩2驅動時，彈簧4可以調節相鄰的兩個子關節1所受到的驅動力，補償兩個子關節1可能發生的運動偏差，從而使得該關節組的各個子關節1均發生等曲率的彎曲，有利于精確控制該關節組的運動軌跡，便于其工作時進行避障。

為了方便對該連續型柔性臂關節組進行控制，該連續型柔性臂關節組其中一端活動設置，以形成該連續型柔性臂關節組的活動端10，其中另一端相對于活動端10固定設置，以形成相對固定端11，其中至少3個驅動繩2沿該連續型柔性臂關節組周向設置，并貫穿整個連續型柔性臂關節組，以展成柔性臂，其一端與活動端10固定連接，另一端穿過該連續型柔性臂關節組遠離于活動端10的另一端，以使驅動繩2于該端可受外力作用而驅動該連續型柔性臂關節組的活動端10相對于該連續型柔性臂關節組的相對固定端11運動。

驅動繩2的數量一般選擇為3個，且相鄰的兩個驅動繩2之間的夾角為120度，如此，可以在該連續型柔性臂關節組具備兩個方向自由度的前提下有效的減少電機的數量；驅動繩2的數量也可以選擇為4個，相鄰的2個驅動繩2之間的夾角為90度，此時，可以將間隔180度的兩個驅動繩2于固定端10一端封閉，進而實用一個電機同時驅動該兩個驅動繩2，從而可以進一步的較少電機的使用數量；當然，在不同的實施例中，驅動繩2的數量也可以選擇為5個、6個或更多，其均應沿該連續型柔性臂關節組周向布置，其中，3個驅動繩2以及4個驅動繩2為優選方案。

在子關節1的兩端均緊套有環形凸板13，環形凸板13用于驅動繩2的定位，防止驅動繩2偏離固有位置，造成運動不準確，其中環形凸板13上沿其周向設置有供驅動繩2穿過的過孔120，在豎直方向上，多個環形凸板13上多個過孔120的圓心處于同一直線上，以使驅動繩2能夠以拉直的狀態穿過每個圓孔120，進而更好的驅動該連續型柔性臂關節組運動，通過環形凸板13也起到限定驅動繩2位置的功能，使得該連續型柔性臂關節組的運動更加精確。

本發明的連續型柔性臂關節組可以通過方便的控制所需要運動的軌跡，通過其軌跡得出該連續型柔性臂關節組的彎曲角度，進而通過該角度得出驅動繩2所需要的繩長，只需要控制該繩長即可控制該連續型柔性臂關節組的運動軌跡，具有十分方便以及準確的優點。

本發明還提供一種組合型柔性臂關節組，其包括多個上述的連續型柔性臂關節組，且相鄰的兩個連續型柔性臂關節組的活動端與相對固定端轉動連接，從而使得該組合型柔性臂關節組可適應更多的工作環境，具有更好的適應性以及實用性。

以上是對本發明的較佳實施進行了具體說明，但本發明創造并不限于所述實施例，熟悉本領域的技術人員在不違背本發明精神的前提下還可做出種種的等同變形或替換，這些等同的變形或替換均包含在本申請權利要求所限定的范圍內。