一种模块化绳驱柔性机械臂总体结构

本发明属于机械臂领域，具体涉及一种模块化绳驱柔性机械臂总体结构。

背景技术：

1、传统刚性机械臂均为刚性连杆以及电机或舵机组成，此类机械臂特点是具有离散关节和刚性连接。对于传统刚性机械臂，其运动仅依靠于舵机或者电机关节传动实现，其自由度及灵活性不足，运动空间较小，同时其质量和惯性较大，耗能较高；对于柔性机械臂，绳索相比于金属传动机构具有很大的柔性，采用绳索驱动的机械臂在机械结构上就具有一定的柔性，可应用于对交互安全性较高的场景，更易实现轻量化和小型化；但现存柔性机械臂均为整体结构，定下结构形状后无法再更改，为达到增加机械臂灵活性及运动空间目的，提升柔性机械臂负载能力以及实现轻量化及进行模块化，本发明在传统柔性机械臂结构基础上提出了一种新的模块化多舵机驱动柔性机械臂，在满足增加机械臂灵活性、减小能耗、增大运动空间以及实现轻量化小型化的基础上，实现模块化，能够任意增加单节模块柔性机械臂数量来组成n倍于单节柔性机械臂长度的整体机械臂结构从而增加活动空间的目的。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种模块化绳驱柔性机械臂总体结构。

2、本发明的目的通过如下技术方案来实现：

3、一种绳驱模块化柔性机械臂总体结构，所述绳驱模块化柔性机械臂总体结构包括左端模块化柔性机械臂、右端顶部机械爪及外部包裹机械臂的机械臂柔性外壳；所述模块化柔性机械臂安装数量包括但不限于1、2、3、4、5个及以上，组成n倍于单个模块化柔性机械臂长度的绳驱柔性机械臂总体结构；

4、所述模块化柔性机械臂包括舵机、舵机支座、连接板、连接板1、连接板2、连接板3、连接板4、连接板5、绳索、支撑柱、绕绳轮、连接底座、柔性杆、柔性杆插槽及舵机固定基座；

5、连接板1、连接板2及连接板3上均设置有一体成型的舵机固定基座，三个连接板上均安装有舵机支座，舵机支座上通过舵机固定螺丝安装舵机；

6、舵机通过绕绳轮固定螺丝固定有一个绕绳轮，绕绳轮上固定绳索，通过绕绕绳轮转动实现伸长或缩短；

7、连接板1上开有4个孔用于安装支撑柱固定螺丝和支撑柱；连接板2上开有4个孔用于安装支撑柱固定螺丝和支撑柱，同时连接板2再开包括但不限于1、2、3个穿绳孔用于安装穿绳孔螺丝穿过连接板1和2之间安装的舵机所引出的包括但不限于1、2、3根绳索；连接板3上开有4个孔用于安装支撑柱固定螺丝和支撑柱，同时连接板3再开包括但不限于2、3、4、5、6个孔用于安装穿绳孔螺丝穿过连接板1、连接板2、连接板3之间所安装舵机引出的包括但不限于2、3、4、5、6根绳索；连接板4和连接板5，均开有包括但不限于2、3、4、5、6个孔用于安装穿绳孔螺丝穿过连接板1、连接板2、连接板3之间所安装舵机引出的包括但不限于2、3、4、5、6根绳索；

8、连接板3、连接板4连接板5之间通过柔性杆插槽固定柔性杆；

9、连接板5与连接底座连接。

10、进一步地，所述舵机通过舵机固定螺丝安装在连接板1、连接板2、连接板3之间，每两个连接板之间安装包括但不限于1、2或3个舵机，进而驱动包括但不限于2、3、4、5、6根绳索。

11、进一步地，所述连接板1顶端、连接板2顶端和底端、连接板3底端，均安装舵机支座，用以配合舵机固定螺丝固定舵机。

12、进一步地，所述连接板1与连接板2之间的舵机引出的绳索顶端固定于连接板4上，连接板2与连接板3之间的舵机所引出的绳索顶端固定于连接板5上。

13、进一步地，所述支撑柱固定螺丝均匀圆周分布安装在连接板1、连接板2、连接板3上的开口处，支撑柱固定螺丝通过与带有螺纹的支撑柱配合将支撑柱固定在连接板1、连接板2、连接板3之间，起到支撑固定连接板为舵机安装留出固定空间的作用。

14、进一步地，所述穿绳孔螺丝均匀圆周分布安装在连接板3、连接板4、连接板5上的开口处，允许包括但不限于2、3、4、5、6根绳索穿过同时起到减少绳索与连接板摩擦的作用。

15、进一步地，所述连接板3顶端、连接板5底端均带有柔性杆插槽，连接板4中间有空隙来穿过柔性杆用以固定。

16、进一步地，所述机械臂柔性外壳使用柔性材料制作，附着于多段模块化柔性机械臂外部，中间留有空间，长度随机械臂整体长度定制，同时随着机械臂的弯曲自由弯曲，起到保护内部结构避免外界干扰的作用。

17、进一步地，所述模块化柔性机械臂使用的舵机为270°舵机，安装后舵机转轴连带绕绳轮处于中位位置，即135°；根据单片机控制信号来实现舵机驱动绕绳轮正向或反向最高135°旋转，进而实现绕绳轮上绳索的伸长或缩短，单个舵机运动实现单根绳索收缩使模块化的单个机械臂产生单向20°的弯曲，多舵机配合进一步实现模块化柔性机械臂单个结构的自由弯曲。

18、进一步地，所述连接底座与下一个模块化柔性机械臂的连接板1连接，或者与机械爪连接。

19、本发明的有益效果在于：

20、1.绳索能够通过舵机带动绕绳轮顺时针或逆时针旋转实现伸长或收缩。

21、2.绳索伸缩可以带动连接板4或连接板5向指定对应角度弯曲。

22、3.柔性杆可以受力弯曲，同时能够起到连接板3、4、5之间的支撑作用。

23、4.单个模块化的柔性机械臂每个绳索驱动最多可实现机械臂单方向20°的弯曲。

24、5.多舵机配合驱动可以使机械臂具有大的灵活度和活动空间。

25、6.每个模块相对独立，可以任意进行更换。

26、7.多个模块化的柔性机械臂可以通过固定连接叠加在一起，组成n倍于单节柔性机械臂长度的整体机械臂结构。

技术特征：

1.一种绳驱模块化柔性机械臂总体结构，其特征在于：所述绳驱模块化柔性机械臂总体结构包括左端模块化柔性机械臂、右端顶部机械爪(13)及外部包裹机械臂的机械臂柔性外壳(10)；所述模块化柔性机械臂安装数量包括但不限于1、2、3、4、5个及以上，组成n倍于单个模块化柔性机械臂长度的绳驱柔性机械臂总体结构；

2.根据权利要求1所述的一种绳驱模块化柔性机械臂总体结构，其特征在于：所述舵机(1)通过舵机固定螺丝(1-2)安装在连接板1(2-1)、连接板2(2-2)、连接板3(2-3)之间，每两个连接板之间安装包括但不限于1、2或3个舵机(1)，进而驱动包括但不限于2、3、4、5、6根绳索(3)。

3.根据权利要求1所述的一种绳驱模块化柔性机械臂总体结构，其特征在于：所述连接板1(2-1)顶端、连接板2(2-2)顶端和底端、连接板3(2-3)底端，均安装舵机支座(1-1)，用以配合舵机固定螺丝(1-2)固定舵机(1)。

4.根据权利要求1所述的一种绳驱模块化柔性机械臂总体结构，其特征在于：所述连接板1(2-1)与连接板2(2-2)之间的舵机(1)引出的绳索顶端固定于连接板4(2-4)上，连接板2(2-2)与连接板3(2-3)之间的舵机(1)所引出的绳索顶端固定于连接板5(2-5)上。

5.根据权利要求1所述的一种绳驱模块化柔性机械臂总体结构，其特征在于：所述支撑柱固定螺丝(4-1)均匀圆周分布安装在连接板1(2-1)、连接板2(2-2)、连接板3(2-3)上的开口处，支撑柱固定螺丝(4-1)通过与带有螺纹的支撑柱(4)配合将支撑柱固定在连接板1(2-1)、连接板2(2-2)、连接板3(2-3)之间，起到支撑固定连接板为舵机安装留出固定空间的作用。

6.根据权利要求1所述的一种绳驱模块化柔性机械臂总体结构，其特征在于：所述穿绳孔螺丝(7)均匀圆周分布安装在连接板3(2-3)、连接板4(2-4)、连接板5(2-5)上的开口处，允许包括但不限于2、3、4、5、6根绳索(3)穿过同时起到减少绳索与连接板摩擦的作用。

7.根据权利要求1所述的一种绳驱模块化柔性机械臂总体结构，其特征在于：所述连接板3(2-3)顶端、连接板5(2-5)底端均带有柔性杆插槽(11)，连接板4(2-4)中间有空隙来穿过柔性杆(8)用以固定。

8.根据权利要求1所述的一种绳驱模块化柔性机械臂总体结构，其特征在于：所述机械臂柔性外壳(10)使用柔性材料制作，附着于多段模块化柔性机械臂外部，中间留有空间，长度随机械臂整体长度定制，同时随着机械臂的弯曲自由弯曲，起到保护内部结构避免外界干扰的作用。

9.根据权利要求1所述的一种绳驱模块化柔性机械臂总体结构，其特征在于：所述模块化柔性机械臂使用的舵机为270°舵机(1)，安装后舵机(1)转轴连带绕绳轮(5)处于中位位置，即135°；根据单片机控制信号来实现舵机驱动绕绳轮(5)正向或反向最高135°旋转，进而实现绕绳轮上绳索的伸长或缩短，单个舵机(1)运动实现单根绳索(3)收缩使模块化的单个机械臂产生单向20°的弯曲，多舵机(1)配合进一步实现模块化柔性机械臂单个结构的自由弯曲。

10.根据权利要求1所述的一种绳驱模块化柔性机械臂总体结构，其特征在于：所述连接底座(6)与下一个模块化柔性机械臂的连接板1(2-1)连接，或者与机械爪(13)连接。

技术总结本发明公开了一种多舵机驱动绳驱柔性机械臂总体结构，包括模块化单节柔性机械臂结构，结构主要由连接板和支撑柱、固定于连接板的舵机支座上的舵机、以及固定于舵机上的绕绳轮和绳索及柔性杆组成，舵机顺时针或逆时针转动带动绕绳轮旋转，进而控制绳索伸长或缩短，连接板之间的柔性杆在起到支撑作用的同时受力弯曲，达到驱动柔性机械臂多自由度自由弯曲的目的；同时，多个模块化的柔性机械臂可通过连接底座叠加在一起，与顶端机械爪组成柔性机械臂整体结构，可以实现组成N倍于单个模块化柔性机械臂长度的整体机械臂结构，易于替换模块，使机械臂具有更强的灵活性，达到自由增减活动空间的目的。技术研发人员：王兴涛,张佐天,吕欣倍,赵喜文,王崇磊,陶振东,孙梦玲受保护的技术使用者：哈尔滨工程大学技术研发日：技术公布日：2024/8/1