[发明专利]用于机械臂的柔性可控机构

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种机械技术领域的装置，具体的说，是一种用于机械臂的柔性可控机构。

背景技术

现行的机械臂虽然样式很多，自由度的分配各种各样，总体来说有两种类型，一种类型是刚性机械臂，一种类型是柔性机械臂。前一种类型的机械臂结构简单，各个关节之间刚性连接，必须借助外部传感器才能够实现运行过程中的避障以及对驱动元器件的保护。后者主要是在机械臂内装上弹簧、扭矩限制器等装置，使机械臂具有一定的被动柔顺性能。

经对现有技术的文献检索发现，加藤惠辅等在日本《Advanced Robotics》(高级机器人学，PP.191，Vol.15，No.2，2001)上发表论文《Development ofQuardruped Walking Robot，TITAN-IX-Mechanical Design Concept andApplication for the Humanitarian Demining Robot》(四足步行机器人的开发，TITAN-IX-排雷机器人的机构设计理念及应用)中发明一种叫做“M-Drive”的具有被动柔顺性能机构。该机构使用钢丝绳索、带轮和弹簧等元件，装备该机构的机械足(臂)一定程度上能够适应复杂的环境，同时保护驱动元器件不受损坏。但只有在机械臂遇到障碍或出现故障时，这种被动柔性才会产生效果，起到缓冲的作用，这种柔性无法通过主动控制进行调整。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种用于机械臂的柔性可控机构，使其解决了以上两种类型机械臂存在的不足，可以主动调节机械臂的柔性，使其适应不同的环境和条件。这种结构比较简单，造价低，适应范围广，能在各种环境和条件下作业，通用性比较强。

本发明是通过以下技术方案来实现的，本发明包括：小臂驱动轴、第一轴承、大臂联结板、大臂、钢丝、柔性控制模块、小臂从动轴、轴承盖、第二轴承、小臂联结板、小臂。大臂和小臂的横截面都为中空筒状，以便用于其他零部件的安装。小臂驱动轴设有V形槽结构用来缠绕钢丝绳，小臂驱动轴两端通过第一轴承安装在大臂根部，轴线与大臂的长度方向保持垂直并使小臂驱动轴的V形槽处于大臂内部。小臂从动轴也设有V形槽结构用来缠绕钢丝绳，V形槽的直径、旋向和导程分别与小臂驱动轴的V形槽直径、旋向和导程相同，小臂从动轴与小臂根部固定连接，两端通过第二轴承安装在大臂顶部，小臂从动轴的轴线与小臂驱动轴的轴线保持平行。小臂从动轴的V形槽处于大臂和小臂的内部。钢丝绳的缠绕顺序为：钢丝绳一端固定在小臂联结板上，从小臂从动轴一端开始缠绕，再绕过柔性控制模块，接着绕过小臂从动轴中间，然后绕过小臂驱动轴，最后绕过小臂从动轴并固定在另一块小臂联结板上。

所述的柔性控制模块包括：驱动电机、传动装置、力传感器、U型联结板、滚轮、固定板。柔性控制模块整体通过固定板固定安装在大臂内部小臂驱动轴和小臂从动轴之间，用来主动控制钢丝绳的张紧力。驱动电机通过传动装置与力传感器连接，力传感器通过U型联结板与滚轮连接，而钢丝缠绕在滚轮上，这样通过电机的转动来拉动滚轮，进而改变钢丝绳的张紧力，从而改变系统的柔性。

所述传动装置，可以采用现有技术中的多种结构，例如齿轮齿条装置，或滚珠丝杠等，用于将电机的旋转运动转变为直线往复运动。

本发明的优点是钢丝绳的张紧力可以通过力传感器测得，力传感器测得的信号可以作为反馈提供给驱动电机，驱动电机可以拉动滚轮，进而改变钢丝绳的张紧力，从而形成闭环控制，这样不但可以通过改变钢丝绳的张紧力来改变系统的柔性还可以保证系统末端的执行精度。柔性机械臂具有诸多刚性机械臂无法比拟的优点：重量轻、响应速度快、负载率高、功耗低、可以有效地减小机械臂与环境接触过程中因碰撞引起的设备损坏。与现有技术相比，该发明可以通过控制电机改变钢丝绳的张紧力来主动控制系统的柔性，从而适应环境的需要。与对比文件中所提到的被动柔性相比具有更强的适应性和通用性，例如：可以在遇到障碍之前通过主动控制主动避障，而不是在遇到障碍之后再去缓冲，这样就克服了对比文件柔性不可控的缺点，对比文件中所提到的柔性是通过弹簧的柔性来适应不同的环境，而在本发明可以主动调节来改变系统的柔性，适用范围更广。

附图说明

图1为本发明结构示意图

图2为本发明柔性控制模块结构示意图

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例是在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。