一种分布式驱动的张拉整体多臂机器人

本发明属于多臂机器，具体涉及一种分布式驱动的张拉整体多臂机器人。

背景技术：

1、机器人如今在不同的行业和不同的领域中发挥着重要的作用。近数十年来，人们努力探索者机器人在工厂之外的复杂环境中工作，例如开发了医疗机器人、扫地机器人、空间机器人等。而在一些非结构化环境下，连续柔性的操作臂的作用被挖掘，例如在狭小区域的探索任务、灾害救援工作和空间碎片的捕获回收。为此，科研人员提出了多种连续型的操作臂设计，此类操作臂一般具备灵活的变形能力以及柔顺的臂体。由于具备连续变形的能力，操作臂不仅可以在狭小区域中执行探索任务，还可以利用臂体缠绕物体，实现柔性抓捕。

2、张拉整体结构由于其刚柔耦合的特点，已被应用于连续型操作臂的设计中，并且都表现出了良好的性能。张拉整体是刚性元件和拉伸元件在张力作用下形成的自平衡结构，其中拉伸元件一般为绳索与弹簧等弹性元件，而通过拉伸元进行结构的变形驱动也是最常用的方式。在很多张拉整体操作臂中，一般采用将舵机安装在根部，然后通过绳索进行传动的外驱驱动方式，这种方式能够使臂体具有更高的刚度质量比。采用这种驱动方式，则至少需要三个电机才能控制操作臂沿任意方向弯曲。然而采用三个舵机仅能实现操作臂沿某一方向的单一弯曲运动，若要保证操作臂具有较高的灵活性，一般需要安装更多驱动器，这导致操作臂根部的驱动装置体积较大且结构复杂。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提出了一种分布式驱动的张拉整体多臂机器人，采用分段驱动的方式，每个驱动段装有独立的驱动器，能够实现各驱动段独立的运动控制，从而使得操作臂具有灵活的运动能力，并且每个驱动段仅包含两个驱动器，其中一个实现臂体的轴向旋转，一个用于驱动臂体弯曲，相对于一般的驱动方式减少了一个驱动器，但不损失操作臂的灵活性。

2、为了达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

3、一种分布式驱动的张拉整体多臂机器人，包括安装底座；

4、所述安装底座上安装有两个以上张拉整体式柔性操作臂，每个操作臂由若干个模块化驱动段连接组成；

5、所述模块化驱动段由驱动装置与张拉整体式的臂体连接而成；

6、所述臂体由若干个y型连接架通过弹簧连接组成，相邻两个y型连接架之间纵向对称安装有弹簧，径向圆周等距安装有奇数根弹簧，组成了自平衡的张拉整体结构，各y型连接架之间贯穿有多根驱动绳索，驱动绳索端头与驱动装置连接，驱动绳索的牵拉使得臂体产生弯曲变形运动；

7、所述驱动装置包括旋转驱动模块与绳索驱动模块，旋转驱动模块驱动整个臂体进行轴向旋转；绳索驱动模块通过绞盘控制驱动绳索以驱动臂体弯曲，旋转驱动模块与绳索驱动模块分别由一个舵机进行驱动。

8、优选地，所述y型连接架包括三维y型支架以及其顶部连接的圆环，圆环上圆周等距贯穿开设了四个穿绳孔，圆环外圆周面等距一体连接有四个外弹簧卡槽，圆环上表面以及三维y型支架底部也分别圆周等距连接了三个内弹簧卡槽。

9、优选地，所述相邻两个y型连接架之间对应的外弹簧卡槽之间设置外连接弹簧连接，相邻两个y型连接架之间的其中一y型连接架的圆环上表面对应与另一y型连接架底部的内弹簧卡槽设置内连接弹簧连接。

10、优选地，所述四个穿绳孔内穿过四根驱动绳索，驱动绳索其中相邻两根为拉绳，另外两根为松绳，驱动绳索一端固定连接在绞盘上，另一端固定连接在最后一个y型连接架的穿绳孔处。

11、优选地，所述旋转驱动模块包括与y型连接架拥有相同的圆环以及弹簧卡槽与穿绳孔的弧形支架，圆环内通过舵机安装平台安装有单轴舵机，单轴舵机旋转轴与旋转圆盘中心连接，且旋转圆盘的外圆周等距设置四个轴承，旋转圆盘的外圆周嵌入轴承的凹槽内，轴承固定在舵机安装平台背面，轴承固定旋转圆盘的同时降低转动摩擦力。

12、优选地，所述绳索驱动模块包括安装在旋转圆盘上的u型连接座，u型连接座内安装了双轴舵机，双轴舵机的两转轴上分别安装有绞盘，双轴电机的两侧还安装有臂体连接架，所述臂体连接架顶部也设置有与y型连接架相同的圆环、弹簧卡槽与穿绳孔。

13、优选地，所述绞盘设计为不同半径的两个轨道，其中半径较大的轨道用于收绳，半径较小的轨道用于松绳。

14、优选地，所述最后一个y型连接架对应穿绳孔的位置安装滑轮，驱动绳索从绞盘出来后穿过臂体连接架的穿绳孔以及各y型连接架的穿绳孔后，将绕过最后一个y型连接架上的滑轮，然后再依次穿过各y型连接架的穿绳孔，最后连接固定在臂体连接架上。

15、本发明的有益效果是：

16、(1)操作臂采用分段驱动的方式，每个驱动段装有独立的驱动器，能够实现各驱动段独立的运动控制，从而使得操作臂具有灵活的运动能力；

17、(2)每个驱动段仅包含两个驱动器，其中一个实现臂段的轴向旋转，一个用于驱动臂体弯曲，相对于一般的驱动方式减少了一个驱动器，但不损失操作臂的灵活性；

18、(3)在最后一个y型连接架对应穿绳孔的位置安装滑轮，驱动绳索从绞盘出来后穿过臂体连接架的穿绳孔以及各y型连接架的穿绳孔后，将绕过最后一个y型连接架上的滑轮，然后再依次穿过各y型连接架的穿绳孔，最后连接固定在臂体连接架上，这里滑轮起到动滑轮的作用，从而能够更加省力，降低驱动舵机的负载。

19、(4)旋转圆盘的外圆周等距设置四个轴承，旋转圆盘的外圆周嵌入轴承的凹槽内，轴承固定在舵机安装平台背面，轴承固定旋转圆盘的同时降低转动摩擦力，既保证了元件的稳定连接，又降低了转动的摩擦力。

技术特征：

1.一种分布式驱动的张拉整体多臂机器人，包括安装底座(20)，其特征在于，所述安装底座(20)上安装有两个以上张拉整体式柔性操作臂(10)，每个操作臂(10)由若干个模块化驱动段连接组成；

2.根据权利要求1所述的分布式驱动的张拉整体多臂机器人，其特征在于，所述y型连接架(1)包括三维y型支架(101)以及其顶部连接的圆环(102)，圆环(102)上圆周等距贯穿开设了四个穿绳孔(103)，圆环(102)外圆周面等距一体连接有四个外弹簧卡槽(104)，圆环(102)上表面以及三维y型支架(101)底部也分别圆周等距连接了三个内弹簧卡槽(105)。

3.根据权利要求2所述的分布式驱动的张拉整体多臂机器人，其特征在于，所述相邻两个y型连接架(1)之间对应的外弹簧卡槽(104)之间设置外连接弹簧(2)连接，相邻两个y型连接架(1)之间的其中一y型连接架(1)的圆环(102)上表面对应与另一y型连接架(1)底部的内弹簧卡槽(105)设置内连接弹簧(3)连接。

4.根据权利要求2所述的分布式驱动的张拉整体多臂机器人，其特征在于，所述四个穿绳孔(103)内穿过四根驱动绳索(4)，驱动绳索(4)其中相邻两根为拉绳，另外两根为松绳，驱动绳索(4)一端固定连接在绞盘(5023)上，另一端固定连接在最后一个y型连接架(1)的穿绳孔(103)处。

5.根据权利要求2所述的分布式驱动的张拉整体多臂机器人，其特征在于，所述旋转驱动模块(501)包括与y型连接架(1)拥有相同的圆环(102)以及弹簧卡槽与穿绳孔(103)的弧形支架(5011)，圆环(102)内通过舵机安装平台(5012)安装有单轴舵机(5013)，单轴舵机(5013)旋转轴与旋转圆盘(5015)中心连接，且旋转圆盘(5015)的外圆周等距设置四个轴承(5014)，旋转圆盘(5015)的外圆周嵌入轴承(5014)的凹槽内，轴承(5014)固定在舵机安装平台(5012)背面，轴承(5014)固定旋转圆盘(5015)的同时降低转动摩擦力。

6.根据权利要求5所述的分布式驱动的张拉整体多臂机器人，其特征在于，所述绳索驱动模块(502)包括安装在旋转圆盘(5015)上的u型连接座(5022)，u型连接座(5022)内安装了双轴舵机(5021)，双轴舵机(5021)的两转轴上分别安装有绞盘(5023)，双轴电机的两侧还安装有臂体连接架(6)，所述臂体连接架(6)顶部也设置有与y型连接架(1)相同的圆环(102)、弹簧卡槽与穿绳孔(103)。

7.根据权利要求6所述的分布式驱动的张拉整体多臂机器人，其特征在于，所述绞盘(5023)设计为不同半径的两个轨道，其中半径较大的轨道用于收绳，半径较小的轨道用于松绳。

8.根据权利要求2至7任意一项所述的分布式驱动的张拉整体多臂机器人，其特征在于，所述最后一个y型连接架(1)对应穿绳孔(103)的位置安装滑轮(7)，驱动绳索(4)从绞盘(5023)出来后穿过臂体连接架(6)的穿绳孔(103)以及各y型连接架(1)的穿绳孔(103)后，将绕过最后一个y型连接架(1)上的滑轮(7)，然后再依次穿过各y型连接架(1)的穿绳孔(103)，最后连接固定在臂体连接架(6)上。

技术总结本发明属于多臂机器技术领域，具体涉及一种分布式驱动的张拉整体多臂机器人，包括安装底座；安装底座上安装有两个以上张拉整体式柔性操作臂，每个操作臂由若干个模块化驱动段连接组成；模块化驱动段由驱动装置与张拉整体式的臂体连接而成。各模块化驱动段采用分段驱动的方式，每个驱动段装有独立的驱动器，能够实现各驱动段独立的运动控制，从而使得操作臂具有灵活的运动能力，并且每个驱动段仅包含两个驱动器，其中一个实现臂段的轴向旋转，一个用于驱动臂体弯曲，相对于一般的驱动方式减少了一个驱动器，但不损失操作臂的灵活性。技术研发人员：徐小明,陈阳辉,杨家希,罗嘉辉,邬树楠,蒋建平受保护的技术使用者：中山大学技术研发日：技术公布日：2024/6/13