一種基于閉環(huán)繩索驅動的超冗余柔性機械臂的制作方法
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及機器人領域，尤其是涉及機械臂領域。
【背景技術】
[0002]超冗余自由度機械臂是為解決傳統(tǒng)串聯(lián)機器人靈活性較差的問題提出來的，其通過增加大量的冗余離散臂關節(jié)，使離散臂關節(jié)空間的維數(shù)遠大于任務空間維數(shù)，冗余離散臂關節(jié)的引入使機械臂可以更加靈活地實現(xiàn)期望的末端位姿。因此，這種機械臂特別適合用作:1、不規(guī)則空間內的操作設備，大量的冗余離散臂關節(jié)可使機械臂具備極強的避障能力，使其特別適合用作特種機器人，例如作為地震災后穿過碎石瓦礫來尋救幸存者的救生機器人、核反應堆檢查機器人等；2、抓取非規(guī)則物體的機械手，即采用全臂抓取方式來抓取較大尺寸以及不規(guī)則的物體，可以用于爆炸物的排除以及空間站的維護。
[0003]然而，目前超冗余自由度機械臂大多采用分立式的電機和驅動器，電機直接安裝在轉動離散臂關節(jié)處，驅動器固定在控制柜中，二者用電纜線進行連接，這樣會帶來很多缺占.V.1、機械臂的電氣線路十分繁瑣，給后續(xù)檢修帶來極大的不便，也容易引發(fā)安全隱患；
2、增加了機械臂的慣性和質量，導致其承載能力受到一定的限制，不利于高速運動和快速響應；
3、電機驅動的離散臂關節(jié)一般都是單自由度的離散臂關節(jié)，為了實現(xiàn)多自由度運動將不可避免的導致控制系統(tǒng)的復雜化；
4、增加制造成本。

【發(fā)明內容】

[0004]為了克服現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供一種基于閉環(huán)繩索驅動的超冗余柔性機械臂，一個電機便能控制一處關節(jié)，可以減少電機的使用數(shù)量，降低成本；可以對各關節(jié)進行獨立調節(jié)，控制更加精確；還可以極大的減輕關節(jié)的重量，從而進一步增加機械臂的承載能力，有利于實現(xiàn)機械臂的高速移動和快速響應；同時，省去了電氣線路的排布工作，機械臂上僅由機械結構組成，不易受到惡劣環(huán)境的影響，有助于延長使用壽命，便于拆卸、維護和組裝。
[0005]本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是:
一種基于閉環(huán)繩索驅動的超冗余柔性機械臂，包括驅動模塊、離散臂模塊與若干驅動繩，離散臂模塊包括多個串聯(lián)的離散臂關節(jié)，相鄰的離散臂關節(jié)通過一離散臂轉軸相互鉸接，且相鄰的離散臂轉軸在空間上相互交叉，離散臂關節(jié)與驅動繩--對應連接，其中，驅動繩的兩端與對應的離散臂關節(jié)固接，且分列在對應離散臂轉軸的兩側，驅動繩可在驅動模塊的驅動下獨立運動，以拉動對應離散臂關節(jié)繞離散臂轉軸旋轉。
[0006]作為上述方案的進一步改進方式，相鄰的離散臂轉軸在空間上相互垂直。
[0007]作為上述方案的進一步改進方式，驅動繩固接于離散臂關節(jié)的尾端。
[0008]作為上述方案的進一步改進方式，包括與離散臂模塊串聯(lián)的連續(xù)臂模塊，以及對應驅動該連續(xù)臂模塊的驅動繩，連續(xù)臂模塊包括多個相互串聯(lián)的連續(xù)臂段，連續(xù)臂段包括多個相互串聯(lián)的連續(xù)臂關節(jié)，相鄰的連續(xù)臂關節(jié)通過一連續(xù)臂轉軸相互鉸接，且處于同一連續(xù)臂段內的連續(xù)臂轉軸相互平行，處于相鄰連續(xù)臂段內的連續(xù)臂轉軸相互交叉，連續(xù)臂關節(jié)之間還設有彈簧，驅動繩與連續(xù)臂段一一對應，其兩端與對應連續(xù)臂段中遠離驅動模塊一端的連續(xù)臂關節(jié)固接，且分列在對應連續(xù)臂轉軸的兩側。
[0009]作為上述方案的進一步改進方式，相鄰連續(xù)臂段內的連續(xù)臂轉軸相互垂直。
[0010]作為上述方案的進一步改進方式，驅動模塊包括伺服電機、絲杠、定滑輪、滑塊、螺母與導軌，其中，伺服電機、絲杠、定滑輪、滑塊、螺母及導軌的數(shù)量與驅動繩數(shù)量對應相等，絲杠一端與伺服電機的驅動軸連接，另一端與螺母螺接，滑塊固接在螺母上，并可相對導軌滑動，驅動繩的一端與對應離散臂關節(jié)或連續(xù)臂關節(jié)固接，另一端繞過定滑輪后再與同一離散臂關節(jié)或連續(xù)臂關節(jié)固接，螺母與驅動繩之間固定連接。
[0011]作為上述方案的進一步改進方式，驅動模塊包括機架，多個驅動繩以及相應的伺服電機、絲杠、定滑輪、滑塊、螺母、導軌并列安裝在同一機架上，多個機架上下層疊設置。
[0012]作為上述方案的進一步改進方式，機械臂模塊包括用于相鄰離散臂關節(jié)連接的連接塊，連接塊上設有離散臂轉軸安裝孔，離散臂轉軸穿設在離散臂轉軸安裝孔內，相鄰離散臂關節(jié)中的一處與連接塊固接，另一處與連接塊鉸接。
[0013]作為上述方案的進一步改進方式，包括布線圓盤，其設于驅動模塊與離散臂模塊之間，沿圓盤的周向均勻分布有若干線孔與軟管，其數(shù)量與驅動繩的數(shù)量對應相等。
[0014]本發(fā)明的有益效果是:
一個電機便能控制一處關節(jié)，可以減少電機的使用數(shù)量，降低成本；可以對各關節(jié)進行獨立調節(jié)，控制更加精確；還可以極大的減輕關節(jié)的重量，從而進一步增加機械臂的承載能力，有利于實現(xiàn)機械臂的高速移動和快速響應；同時，省去了電氣線路的排布工作，機械臂上僅由機械結構組成，不易受到惡劣環(huán)境的影響，有助于延長使用壽命，便于拆卸、維護和組裝。
【附圖說明】
[0015]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
[0016]圖1是本發(fā)明一個實施例的整體示意圖；
圖2是本發(fā)明離散臂模塊的示意圖；
圖3是本發(fā)明連續(xù)臂段的示意圖；
圖4是本發(fā)明相鄰連續(xù)臂段的連接示意圖；
圖5是本發(fā)明驅動模塊的示意圖；
圖6是本發(fā)明布線圓盤的示意圖。
【具體實施方式】
[0017]以下將結合實施例和附圖對本發(fā)明的構思、具體結構及產生的技術效果進行清楚、完整的描述，以充分地理解本發(fā)明的目的、方案和效果。需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。
[0018]需要說明的是，如無特殊說明，當某一特征被稱為“固定”、“連接”在另一個特征，它可以直接固定、連接在另一個特征上，也可以間接地固定、連接在另一個特征上。此外，本發(fā)明中所使用的上、下、左、右等描述僅僅是相對于附圖中本發(fā)明各組成部分的相互位置關系來說的。
[0019]此外，除非另有定義，本文所使用的所有的技術和科學術語與本技術領域的技術人員通常理解的含義相同。本文說明書中所使用的術語只是為了描述具體的實施例，而不是為了限制本發(fā)明。本文所使用的術語“及/或”包括一個或多個相關的所列項目的任意的組合。
[0020]參照圖1，示出了本發(fā)明一個實施例的整體示意圖，其包括驅動模塊、離散臂模塊2與若干驅動繩(未示出)，其中離散臂模塊2包括多個串聯(lián)的離散臂關節(jié)21，相鄰的離散臂關節(jié)21通過離散臂轉軸相互鉸接，這樣關節(jié)之間便可以相對轉動；同時相鄰的離散臂轉軸在空間上相互交叉，即轉軸間存在一定的夾角，從而使關節(jié)具有更多的轉動方向，優(yōu)選的，相鄰的離散臂轉軸在空間上相互垂直，通過多個類似關節(jié)的組合，離散臂模塊整體便可以在空間上自由彎曲。
[0021]驅動繩優(yōu)選固接于離散臂關節(jié)21的尾端，便于對關節(jié)施力。在本發(fā)明中，關節(jié)尾端與首端的定義如下:沿機械臂的長度方向，靠近驅動模塊的一端為尾端，遠離驅動模塊的一端為首端，下同。
[0022]本發(fā)明中離散臂關節(jié)21與驅動繩一一對應，具體的，驅動繩的兩端與對應的離散臂關節(jié)21固接，且分列在對應離散臂轉軸的兩側。驅動繩可由驅動模塊驅動而獨立運動，從而拉動對應離散臂關節(jié)21繞離散臂轉軸旋轉，以實現(xiàn)關節(jié)的左右擺動。
[0023]參照圖2，示出了本發(fā)明離散臂模塊一個實施例的示意圖，由圖可知，離散臂模塊2由多個離散臂關節(jié)21串聯(lián)而成，驅動繩3沿離散臂模塊2的長度方向延伸，逐一固接在相應的關節(jié)21上。離散臂關節(jié)21的兩端均設有鉸接座211