本發(fā)明涉及機器人領域，具體地說，涉及一種多關節(jié)撓性機械手臂。

背景技術(shù)：

機械手臂為工業(yè)最為常用的機器人之一，隨著工業(yè)水平以及要求不斷提高，對于機械手臂機器人的要求也隨著提高，自由度多的機器人具有靈活性，進而提升應用范圍和工作空間，遠程處理能力，能夠進入狹小曲路空間進行探傷，同時具備避障能力，這是常規(guī)機器人不易達到的。另外，不需要拆裝箱體，通過窺視孔進入其內(nèi)部檢查機器運行情況或關鍵件清洗、維護等動作，曲線型管道連接處密封、檢測、微創(chuàng)技術(shù)。蛇形多關節(jié)撓性手臂通常安裝在移動小車或者自動線上進行作業(yè)，在其末端裝配著各種工具，例如：相機、探照燈、切割裝置以及刷子，可執(zhí)行密封性檢查，并在飛機艙內(nèi)有限空間中進行伸縮鉆探式安檢。

目前的機械手臂多數(shù)是采用關節(jié)電機來驅(qū)動各個關節(jié)的運動，因此，每個關節(jié)都需要一個關節(jié)電機，其安裝結(jié)構(gòu)復雜，故障率高；并且，多電機協(xié)同控制也是極其復雜。對于以上問題，目前還未有較好的解決方案。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種多關節(jié)撓性機械手臂，以至少解決現(xiàn)有技術(shù)中多電機協(xié)同控制機械手臂具有安裝結(jié)構(gòu)復雜、耗能大、控制系統(tǒng)復雜等問題。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種多關節(jié)撓性機械手臂，所述多關節(jié)撓性機械手臂包括：驅(qū)動部，所述驅(qū)動部驅(qū)動多個推桿做往復直線運動；轉(zhuǎn)動關節(jié)，所述轉(zhuǎn)動關節(jié)包括正交交錯連接的縱向轉(zhuǎn)動關節(jié)和橫向轉(zhuǎn)動關節(jié)，縱向轉(zhuǎn)動關節(jié)的樞軸與橫向轉(zhuǎn)動關節(jié)的樞軸垂直，并且，縱向轉(zhuǎn)動關節(jié)、橫向轉(zhuǎn)動關節(jié)能夠繞各自的樞軸旋轉(zhuǎn)以及停止；拉線，多根拉線從轉(zhuǎn)動關節(jié)的四周依次穿過每個轉(zhuǎn)動關節(jié)，并且，每根拉線都單獨與其對應的推桿連接，拉線的另一端穿出最前端的轉(zhuǎn)動關節(jié)并固定；制動器，每個轉(zhuǎn)動關節(jié)上都安裝有制動器；其中，結(jié)合制動器的功用，利用推桿的往復直線運動收緊或放松拉線，從而控制轉(zhuǎn)動關節(jié)的轉(zhuǎn)動。

優(yōu)選地，所述制動器是電磁失電式制動器。

優(yōu)選地，同一控制時刻，縱向轉(zhuǎn)動關節(jié)或者橫向轉(zhuǎn)動關節(jié)中都至多僅有一個轉(zhuǎn)動。

優(yōu)選地，在最前端的轉(zhuǎn)動關節(jié)上安裝有環(huán)境感知傳感器。

優(yōu)選地，所述推桿上還設置有位置傳感器。

優(yōu)選地，所述推桿上設置有檢測推桿的電機轉(zhuǎn)數(shù)的編碼器。

根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供一種多關節(jié)撓性機械手臂用制動器，應用于以上所述的多關節(jié)撓性機械手臂上，所述制動器包括：定環(huán)，所述定環(huán)與轉(zhuǎn)動關節(jié)同軸地固定連接，定環(huán)的兩個端面為齒面；動環(huán)，兩個動環(huán)通過花鍵與樞軸可滑動地連接在所述定環(huán)的兩端，動環(huán)靠近定環(huán)的端面也為齒面，在所述動環(huán)的軸向外側(cè)具有多個彈簧擠壓動環(huán)與定環(huán)齒面嚙合；電磁線圈，所述電磁線圈設置在動環(huán)的軸向外側(cè)；其中，當電磁線圈得電時，吸引動環(huán)滑動到與定環(huán)分離的狀態(tài)，轉(zhuǎn)動關節(jié)處于非制動狀態(tài)，當電磁線圈失電時，動環(huán)在彈簧力的作用下滑動到與定環(huán)齒面嚙合的狀態(tài)，轉(zhuǎn)動關節(jié)處于制動狀態(tài)。

優(yōu)選地，采用預緊螺釘調(diào)節(jié)彈簧的壓縮量，從而調(diào)整動環(huán)和定環(huán)的預緊程度。

根據(jù)本發(fā)明的再一個方面，提供一種多關節(jié)撓性機械手臂的操作方法，利用以上所述的多關節(jié)撓性機械手臂進行以下操作：制動所有轉(zhuǎn)動關節(jié)，然后，解除待轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)動關節(jié)的制動；利用推桿控制在轉(zhuǎn)動平面內(nèi)的兩根拉線，使未制動的轉(zhuǎn)動關節(jié)旋轉(zhuǎn)；當轉(zhuǎn)動關節(jié)轉(zhuǎn)到所需角度后，制動該轉(zhuǎn)動關節(jié)；依次控制縱向和/或橫向的各個轉(zhuǎn)動關節(jié)轉(zhuǎn)動，即可完成多關節(jié)撓性機械手臂的空間動作。

優(yōu)選地，利用推桿上的位置傳感器檢測推桿的伸縮量，從而控制轉(zhuǎn)動關節(jié)的轉(zhuǎn)角。

本發(fā)明設計的多關節(jié)撓性機械手臂采用推桿帶動拉線，結(jié)合制動器來驅(qū)動各關節(jié)轉(zhuǎn)動，并且在推桿上設置位置傳感器來感知推桿的位移量，來精確控制各關節(jié)的轉(zhuǎn)角。較傳統(tǒng)工業(yè)機器人比，具有模塊化設計單一性，結(jié)構(gòu)緊湊、互換性好，降低了制造和維護成本；自由度多靈活性強，提升應用范圍和工作空間，通過改變自身的關節(jié)角度變化達到最佳姿態(tài)適應不同工作任務和周圍的環(huán)境的變化。諸如能夠完成機艙、車廂、曲線管道等非結(jié)構(gòu)狹小空間進行檢測任務，這是常規(guī)機器人不易達到的；在手臂末端裝備環(huán)境感知傳感器，利用自身記憶功能完成避障，如果更換末端執(zhí)行件，能對飛機內(nèi)腔的涂膠、排屑、多余物取出等；此外，在未知、危險、等環(huán)境下進行遠程操控作業(yè)具備更大的優(yōu)勢。采用拉線式多關節(jié)手臂能夠提高剛度性。

附圖說明

通過結(jié)合下面附圖對其實施例進行描述，本發(fā)明的上述特征和技術(shù)優(yōu)點將會變得更加清楚和容易理解。

圖1是表示本發(fā)明實施例涉及的多關節(jié)撓性機械手臂的立體示意圖；

圖2是表示本發(fā)明實施例涉及的驅(qū)動部的立體示意圖；

圖3是表示本發(fā)明實施例涉及的轉(zhuǎn)動關節(jié)的立體示意圖；

圖4是表示本發(fā)明實施例涉及的轉(zhuǎn)動關節(jié)的剖面圖；

圖5是表示本發(fā)明實施例涉及的多關節(jié)撓性機械手臂的動作示意圖。

具體實施方式

下面將參考附圖來描述本發(fā)明所述的多關節(jié)撓性機械手臂的實施例。本領域的普通技術(shù)人員可以認識到，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以用各種不同的方式或其組合對所描述的實施例進行修正。因此，附圖和描述在本質(zhì)上是說明性的，而不是用于限制權(quán)利要求的保護范圍。此外，在本說明書中，附圖未按比例畫出，并且相同的附圖標記表示相同的部分。

多關節(jié)機械手臂多數(shù)是采用關節(jié)電機來驅(qū)動各個關節(jié)的運動，因此，每個關節(jié)都需要一個關節(jié)電機，其安裝結(jié)構(gòu)復雜，并且消耗的電能大。而本發(fā)明是提供一種能夠使用電動推桿驅(qū)動的機械手臂，其動力源集中布置，且數(shù)量少，可帶動整個機械手臂完成空間運動。圖1是本發(fā)明的實施例涉及的多關節(jié)撓性機械手臂的立體示意圖。該機械手臂是安裝在小車或自動化生產(chǎn)線上的，實現(xiàn)整個手臂前進移動和后退，到達指定工作范圍。機械手臂的縱橫關節(jié)提供轉(zhuǎn)動，變換成最佳姿態(tài)，在前進方向進行避障，進而進入非結(jié)構(gòu)性的狹小空間。其運動模式類似于象鼻，機械手臂后端安裝在小車上，而機械手臂則可以像象鼻一樣做空間動作。小車類似于大象的腿部，而電動推桿則類似于大象的頭部，驅(qū)動機械手臂擺動。

圖1所示為正交交錯連接的縱向轉(zhuǎn)動關節(jié)2和橫向轉(zhuǎn)動關節(jié)3。在本實施例中，設定從驅(qū)動部沿著依次連接延伸的轉(zhuǎn)動關節(jié)的方向為前端，與前端相反的為后端?？v向轉(zhuǎn)動關節(jié)2通過關節(jié)底座4和后端的橫向轉(zhuǎn)動關節(jié)3連接，并通過另一關節(jié)底座4和其前端的橫向轉(zhuǎn)動關節(jié)3連接。關節(jié)底座4為平板狀，具體地說，是外圓內(nèi)方孔的平板狀，關節(jié)控制電線從內(nèi)方孔中通過。轉(zhuǎn)動關節(jié)和關節(jié)底座4可以通過螺栓連接。所述縱向轉(zhuǎn)動關節(jié)2能夠繞其縱向樞軸21旋轉(zhuǎn)及被制動，所述橫向轉(zhuǎn)動關節(jié)3能夠繞其橫向樞軸31旋轉(zhuǎn)及被制動。關于制動器的結(jié)構(gòu)在后面會描述。本實施例是以4根拉線為例，但可以使用更多的拉線，例如8根、12根等。根數(shù)越多其功率越大，轉(zhuǎn)動力矩也越大。相應地，在關節(jié)底座4上，加工有和拉線數(shù)量對應的拉線孔。4個拉線孔沿關節(jié)底座的周向均勻布置，并且，對稱設置的拉線孔的圓心連線分別與樞軸的軸線平行。從4個拉線孔分別穿入4根拉線，依次穿過對應的拉線孔，直到拉線將這些縱向轉(zhuǎn)動關節(jié)和橫向轉(zhuǎn)動關節(jié)串在一起。通過以上結(jié)構(gòu)連接，組成了機械手臂的動作部分，還需要驅(qū)動部來驅(qū)動拉線，即可驅(qū)動機械手臂動作。拉線穿過所有的縱向轉(zhuǎn)動關節(jié)和橫向轉(zhuǎn)動關節(jié)后，本實施例采用12個縱向轉(zhuǎn)動關節(jié)，11個橫向轉(zhuǎn)動關節(jié)，使得手臂可以做S形彎曲，也就能夠完成多數(shù)復雜動作了。拉線的后端通過連接頭12和推桿11連接，而驅(qū)動部1的輸出端和推桿11連接，為推桿11提供動力，使得推桿11能夠做往復直線運動。在推桿11的前端設置有電路板14、定位環(huán)13，定位環(huán)13用于精確定位4個電動推桿的軸線位置和關節(jié)底座4個拉線孔的位置，使的電動推桿軸線位置和拉線孔的位置精確對準。4個電動推桿的前端和拉線通過連接頭12連接。拉線的前端，也就是在最前端的轉(zhuǎn)動關節(jié)的關節(jié)底座4上，使用鎖緊頭8固定拉線，在驅(qū)動部1的推桿11的帶動下，即可通過控制拉線的松緊來控制縱向轉(zhuǎn)動關節(jié)2或者橫向轉(zhuǎn)動關節(jié)3轉(zhuǎn)動。

下面詳細說明其控制過程，拉線分別為上拉線5、下拉線6、左拉線7、右拉線8。如圖2所示，推桿11包括上推桿111、下推桿112、左推桿113、右推桿114分別和拉線對應。上拉線5和下拉線6控制縱向轉(zhuǎn)動關節(jié)實現(xiàn)繞著關節(jié)上下轉(zhuǎn)動。前拉線7和后拉線8控制橫向轉(zhuǎn)動關節(jié)前后擺動。而拉線由推桿11提供動力，實現(xiàn)拉伸運動，電動推桿前推和后拉的移動量控制上下拉線拉緊和放松，進而利用關節(jié)底座上的拉線孔，轉(zhuǎn)換成所需關節(jié)的轉(zhuǎn)動角度。例如，若要實現(xiàn)機械手臂在豎直平面內(nèi)的向上擺動，先制動所有的縱向轉(zhuǎn)動關節(jié)和橫向轉(zhuǎn)動關節(jié)，然后，解除需要轉(zhuǎn)動的關節(jié)的制動，此時，推桿111控制上拉線5向后拉，也就是推桿11向后收緊，下拉線6向前松，也就是推桿112向前推出。而左拉線7和右拉線8保持不動。由于拉線5被向后拉緊，因此拉線5會通過拉線孔帶動關節(jié)底座4向上拉起；同時，拉線6會向前放松，從而在拉線5和拉線6的配合動作下，將轉(zhuǎn)動關節(jié)向上拉起。通過拉線拉緊和放松來控制擺動的角度，當擺動的角度達到要求時，再次制動該轉(zhuǎn)動關節(jié)，即可使機械手臂完成在豎直平面內(nèi)向上擺動的動作。而要向下擺動時，就是放松拉線5，收緊拉線6，左拉線7和右拉線8保持不動，即可使機械手臂完成在豎直平面內(nèi)向下擺動的動作。通常的多關節(jié)機械手臂會在各關節(jié)上設置角度檢測裝置，其結(jié)構(gòu)復雜，控制設計復雜。而本實施例的多關節(jié)機械手臂的電動推桿是由伺服電機、減速器、絲杠螺母組成，在電動推桿上還設置有位置傳感器15，能夠檢測出推桿的伸縮量，即推桿前推或后拉的移動量，上下兩個電動推桿后拉量和前推量大致相等。此外，電動推桿上還可以設置編碼器，能夠檢測伺服電機的轉(zhuǎn)數(shù)，用于檢測推桿伸縮的精度。能夠精確地控制推桿的伸縮量，進而精確地控制轉(zhuǎn)動關節(jié)的轉(zhuǎn)動角度。采用帶有位置傳感器的電動推桿驅(qū)動拉線動作，能夠節(jié)省大量的關節(jié)傳感器。

再例如，若要機械手臂在水平平面內(nèi)向左擺動(圖中的紙面內(nèi)方向)，先制動所有的縱向轉(zhuǎn)動關節(jié)和橫向轉(zhuǎn)動關節(jié)，然后，解除需要轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)動關節(jié)的制動。保持拉線5和拉線6的松緊度不變，驅(qū)動部1的推桿113拉緊拉線7，推桿114將拉線8放松，也就使得機械手臂在水平平面內(nèi)向左擺動。

每個控制時刻，同一個旋轉(zhuǎn)方向的轉(zhuǎn)動關節(jié)，只有一個可以旋轉(zhuǎn)動作，其他同一旋轉(zhuǎn)方向的轉(zhuǎn)動關節(jié)都被制動器鎖死。但縱向轉(zhuǎn)動關節(jié)和橫向轉(zhuǎn)動關節(jié)是可以同時動作的，也就是說，以上所述的向上擺動和向左擺動是可以同時動作的，先制動所有的縱向轉(zhuǎn)動關節(jié)和橫向轉(zhuǎn)動關節(jié)，然后，解除一個縱向轉(zhuǎn)動關節(jié)和一個橫向轉(zhuǎn)動關節(jié)的制動。同時將拉線5、拉線7拉緊，拉線6、拉線8放松，即可完成向上擺動和向左擺動的動作。

通過本發(fā)明的機械手臂，取消了關節(jié)電機，采用電動推桿控制拉線，帶動轉(zhuǎn)動關節(jié)轉(zhuǎn)動，再配合制動器，能夠驅(qū)動機械手臂完成空間動作。本發(fā)明設計的多關節(jié)機械手臂較傳統(tǒng)工業(yè)機器人比，具有模塊化設計單一性，結(jié)構(gòu)緊湊、互換性好，降低了制造和維護成本；自由度多靈活性強，提升應用范圍和工作空間，通過改變自身的關節(jié)角度變化達到最佳姿態(tài)適應不同工作任務和周圍的環(huán)境的變化。諸如能夠完成機艙、車廂、曲線管道等非結(jié)構(gòu)狹小空間進行檢測任務，這是常規(guī)機器人不能達到的；在手臂末端裝備環(huán)境感知傳感器，利用自身記憶功能完成避障，如果更換末端執(zhí)行件，能對飛機內(nèi)腔的涂膠、排屑、多余物取出等；此外，在未知、危險、等環(huán)境下進行遠程操控作業(yè)具備更大的優(yōu)勢。采用拉線式多關節(jié)手臂能夠提高剛度性。

縱向轉(zhuǎn)動關節(jié)和橫向轉(zhuǎn)動關節(jié)的結(jié)構(gòu)可以是相同的，只要其安裝的軸線相互垂直。圖3是轉(zhuǎn)動關節(jié)的結(jié)構(gòu)圖，兩個關節(jié)底座4分別通過連接件與樞軸100連接起來，連接件由薄鋼板在與關節(jié)底座4連接處垂直彎曲而成，具體地說，上關節(jié)底座41與上連接件411為螺栓連接，上連接件411通過軸承108安裝在樞軸100上，形成轉(zhuǎn)動副，軸承108主要承受徑向力。在樞軸100的軸向中心處，套有定環(huán)103，制動器的外殼107通過鉚釘105和定環(huán)103、上連接件411連接為一體，即定環(huán)103和上連接件411無相對轉(zhuǎn)動。定環(huán)103的內(nèi)徑大于樞軸100的外徑，因此定環(huán)103和樞軸100沒有連接定位關系。

下關節(jié)底座42與下連接件421為螺栓連接。下連接件421通過連接件102、圓錐銷101與樞軸100固定連接。因此，樞軸100與下關節(jié)底座沒有相對轉(zhuǎn)動，固連一起。關節(jié)內(nèi)部制動結(jié)構(gòu)以定環(huán)103為基準兩側(cè)對稱，兩個動環(huán)104與樞軸100中段花鍵滑移連接，并布置在定環(huán)103兩側(cè)。即動環(huán)和樞軸為周向定位，兩者沒有相對轉(zhuǎn)動。

在定環(huán)103的兩個側(cè)端面上設置有齒1031。動環(huán)104具有和定環(huán)103配合的齒1041，動環(huán)和定環(huán)通過齒面的齒嚙合實現(xiàn)關節(jié)制動。在外殼107的圓周方向均勻布置有多個階梯狀的孔，在孔內(nèi)安裝有頂桿1073、彈簧1072、以及預緊螺釘1071。動環(huán)104的軸向兩側(cè)，還分別設置有線圈106，線圈106和外部電路連接。

制動時，線圈106斷電，在彈簧1072的預緊螺釘1071壓力下，動環(huán)104沿著樞軸100軸線方向向定環(huán)103端面移動，進而實現(xiàn)其端面齒嚙合，促使動環(huán)、定環(huán)無相對旋轉(zhuǎn)，因此轉(zhuǎn)動關節(jié)不能轉(zhuǎn)動，處于制動狀態(tài)。

解除制動時，線圈106得電，線圈吸引動環(huán)104沿著樞軸100軸線方向背離定環(huán)103滑動，使得齒1031和齒1041脫離嚙合，通過穿過拉線孔412的拉線拉動上關節(jié)底座41，則與上關節(jié)底座41連接為一體的上連接件411以及定環(huán)103會一同轉(zhuǎn)動。

區(qū)別于常用的制動器，本實施例的電磁制動器采用斷電制動，因為轉(zhuǎn)動關節(jié)較多，而同一轉(zhuǎn)動方向(橫向或縱向)僅有一個轉(zhuǎn)動關節(jié)轉(zhuǎn)動，其他都是制動狀態(tài)，因此，本實施例采用斷電制動，可以節(jié)約電能消耗。以上僅是一種制動器的結(jié)構(gòu)，制動器可以采用多種形式，例如盤式制動、鼓式制動，都能夠和本發(fā)明的拉線式多關節(jié)的機械手臂配合使用。

此外，在前端的轉(zhuǎn)動關節(jié)上，還設置有環(huán)境感知傳感器9，通過環(huán)境感知傳感器反饋物體的位置信息。再利用手臂控制系統(tǒng)使各個關節(jié)轉(zhuǎn)動與機械手臂整體移動協(xié)同進入狹小空間。以機械手臂在豎直平面內(nèi)繞兩點穿越運動過程為例，圖4中的點B和點A在同一豎直平面內(nèi)，圖4顯示的是機械手臂繞過點B和點A后的狀態(tài)圖，機械手臂從點B右下方繞過點B，通過點B和點A之間，從點B左上方繞過點A，并從點A的上方穿出。安裝在小車上面的機械手臂初始狀態(tài)是縱向轉(zhuǎn)動關節(jié)水平伸直且全部制動。小車起點始于點B的左下方，且機械手臂的最前端處于點B的左下方。環(huán)境感知傳感器9將點B位置信息反饋給手臂控制系統(tǒng)，承載機械手臂的小車沿水平方向開始向右移動，當?shù)谝粋€縱向轉(zhuǎn)動關節(jié)201經(jīng)過點B時(經(jīng)過點B的正下方)小車靜止，關節(jié)201停止制動，拉線控制該關節(jié)逆時針向后轉(zhuǎn)動45°后制動；小車開始繼續(xù)水平向前運動，當?shù)诙€縱向轉(zhuǎn)動關節(jié)202經(jīng)過點B時，小車靜止，關節(jié)202停止制動，拉線控制該關節(jié)逆時針向后轉(zhuǎn)動45°后制動；小車開始繼續(xù)水平向前運動，依次重復以上運動，直到關節(jié)204逆時針向后轉(zhuǎn)動45°后制動，小車靜止，此時，機械手臂前端處于點B和點A之間，且前端指向為水平向左；在繞過點B的過程中，小車靜止一次，轉(zhuǎn)動一個縱向轉(zhuǎn)動關節(jié)。

接下來，機械手臂的后端將要繼續(xù)繞點B運動，而已經(jīng)穿入點B和點A之間的前端則要繞點A運動。

小車開始繼續(xù)水平向右運動，當?shù)谖鍌€縱向轉(zhuǎn)動關節(jié)205經(jīng)過點B時，小車靜止，關節(jié)205停止制動，控制關節(jié)205逆時針轉(zhuǎn)45°并制動，然后，關節(jié)201停止制動，拉線控制關節(jié)201順時針轉(zhuǎn)動90°后制動；小車開始繼續(xù)水平向右運動，依次類推……，直至機械手臂前端水平向右伸出；

手臂的后端繞點B運動和手臂的前端繞點A的運動是依次連續(xù)動作的，也就是說，小車靜止一次，依次轉(zhuǎn)動兩個關節(jié)。

為具體清楚描述關節(jié)控制流程，小車運動采用間歇運動；在實際此多關節(jié)手臂操作過程中，只要滿足小車直線運動和非制動關節(jié)轉(zhuǎn)動協(xié)同性，在小車適當勻速行進情況下，關節(jié)也能夠同時完成轉(zhuǎn)動去越障。

以上是機械手臂在豎直平面內(nèi)繞兩點穿越運動過程。可以看出，后一個關節(jié)和小車的協(xié)同運動重復前一個關節(jié)和小車的協(xié)同運動，由此可以利用關節(jié)程序記憶功能，實現(xiàn)控制簡單，且可靠。根據(jù)傅立葉級數(shù)可知，任何復雜周期的波形軌跡都可由簡單的余弦或正弦波形疊加而成，圖5多關節(jié)手臂可變換成S形(橫向看類余弦波形)，即可以滿足絕大部分的軌跡或者姿態(tài)生成，完成多種作業(yè)對狹小曲路穿越要求。

此外，本發(fā)明并不限制縱向轉(zhuǎn)動關節(jié)和橫向轉(zhuǎn)動關節(jié)的連接順序，例如，可以依次連接一個以上的縱向轉(zhuǎn)動關節(jié)，然后再和橫向轉(zhuǎn)動關節(jié)連接?？梢愿鶕?jù)空間限制和動作要求任意組合轉(zhuǎn)動關節(jié)，例如，如果僅需要平面運動，則可以僅連接多個縱向轉(zhuǎn)動關節(jié)或多個橫向轉(zhuǎn)動關節(jié)。

根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供一種機械手臂用制動器，上關節(jié)底座41與上連接件411為螺栓連接，上連接件411通過軸承108安裝在樞軸100上，形成轉(zhuǎn)動副，軸承108主要承受徑向力。在樞軸100的軸向中心處，套有定環(huán)103，制動器的外殼107通過鉚釘105和定環(huán)103、上連接件411連接為一體。定環(huán)103的內(nèi)徑大于樞軸100的外徑，因此定環(huán)103和樞軸100沒有連接定位關系。

下關節(jié)底座42與下連接件421為螺栓連接。下連接件421通過連接件102、圓錐銷101與樞軸100固定連接。因此，樞軸100與下關節(jié)底座沒有相對轉(zhuǎn)動，固連一起。在定環(huán)103兩側(cè)的樞軸上，還分別套有動環(huán)104，并且，動環(huán)104與樞軸100采用花鍵滑移連接。即動環(huán)和樞軸為周向定位，兩者沒有相對轉(zhuǎn)動。

在定環(huán)103的兩個側(cè)面上設置有齒1031。動環(huán)104具有和定環(huán)103配合的齒1041，動環(huán)和定環(huán)通過齒面的嚙合控制制動。在外殼107的圓周方向均勻布置有多個階梯狀的孔，在孔內(nèi)安裝有頂桿1073、彈簧1072、以及預緊螺栓1071。動環(huán)104的軸向兩側(cè)，還分別設置有線圈106，線圈106和外部電路連接。

制動時，線圈106斷電，在彈簧1072的壓力下，動環(huán)104的齒1041與定環(huán)103的齒1031為嚙合狀態(tài)，因樞軸100無法轉(zhuǎn)動，從而限制了動環(huán)、定環(huán)的旋轉(zhuǎn)，因此轉(zhuǎn)動關節(jié)不能轉(zhuǎn)動，處于制動狀態(tài)。

解除制動時，線圈106得電，線圈吸引動環(huán)104向軸向兩側(cè)滑動，使得齒1031和齒1041脫離嚙合，通過穿過拉線孔412的拉線拉動上關節(jié)底座41，則與上關節(jié)底座41連接為一體的上連接件411以及定環(huán)103會一同轉(zhuǎn)動。

根據(jù)本發(fā)明的再一個方面，提供一種機械手臂操作方法，包括以下步驟：

首先，制動所有轉(zhuǎn)動關節(jié)，由于本實施例采用電磁線圈失電制動，因此，在初始狀態(tài)，所有關節(jié)都是被制動的。然后，解除待轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)動關節(jié)的制動，同一控制時刻，縱向轉(zhuǎn)動關節(jié)中僅有一個可以轉(zhuǎn)動，橫向轉(zhuǎn)動關節(jié)中也僅有一個可以轉(zhuǎn)動，但可以有一個縱向轉(zhuǎn)動關節(jié)和一個橫向轉(zhuǎn)動關節(jié)同時轉(zhuǎn)動。

使用驅(qū)動部驅(qū)動推桿做往復直線運動，具體地說，是利用推桿控制在轉(zhuǎn)動平面內(nèi)的兩根拉線使未制動的轉(zhuǎn)動關節(jié)旋轉(zhuǎn)。

當轉(zhuǎn)動關節(jié)轉(zhuǎn)動了所需角度后，給其電磁線圈斷電，使得動環(huán)和定環(huán)的齒嚙合，從而制動轉(zhuǎn)動關節(jié)。

依次給縱向和/或橫向的轉(zhuǎn)動關節(jié)的電磁線圈通電，依次控制縱向和/或橫向的各個轉(zhuǎn)動關節(jié)轉(zhuǎn)動，即可完成機械手臂的空間動作。

本發(fā)明的多關節(jié)機械手臂較傳統(tǒng)工業(yè)機器人比，具有模塊化設計單一性，結(jié)構(gòu)緊湊、互換性好降低了制造和維護成本；自由度多靈活性強，提升應用范圍和工作空間，通過改變自身的關節(jié)角度變化達到最佳姿態(tài)適應不同工作任務和周圍的環(huán)境的變化。諸如能夠完成機艙、車廂、曲線管道等非結(jié)構(gòu)狹小空間進行檢測任務，這是常規(guī)機器人不能達到的；在手臂末端裝備環(huán)境感知傳感器，利用自身記憶功能完成避障，如果更換末端執(zhí)行件，能對飛機內(nèi)腔的涂膠、排屑、多余物取出等；此外，在未知、危險、等環(huán)境下進行遠程操控作業(yè)具備更大的優(yōu)勢。采用拉線式多關節(jié)手臂能夠提高剛度性。由于該多關節(jié)柔性機械手臂取消了關節(jié)電機，采用電動推桿驅(qū)動拉線帶動轉(zhuǎn)動關節(jié)轉(zhuǎn)動，拉線與制動器相結(jié)合代替關節(jié)電機，降低了關節(jié)結(jié)構(gòu)復雜性和消耗的功率，且控制設計簡單、容易實現(xiàn)。通過電動推桿的位置傳感器檢測推桿輸出量，精確控制轉(zhuǎn)動關節(jié)的轉(zhuǎn)動角度。相較于以往所有關節(jié)都設置轉(zhuǎn)角傳感器，大幅度降低成本和結(jié)構(gòu)。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并不用于限制本發(fā)明，對于本領域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。