[发明专利]一种柔性仿鱼鳍双协作机器人

说明书

技术领域

本发明属于机器人技术领域，特别涉及一种柔性仿鱼鳍双协作机器人。

背景技术

当今工业用机器人如焊接、搬运机器人等主要是仿人手臂设计，由旋转底座、三个单自由度关节和腕部关节组合在一起，再配合专用的末端执行器来完成程序预定的作业。而现如今机器人机械臂的发展从最传统的多关节串联工业机械臂、并联高速Delta机械臂到Vanderbilt大学的多脊柱蛇形机器人、Clemson大学的OctArm机械臂，机械手臂的正朝着柔性化、仿生学发展。

生物体的精巧结构、运动原理和行为方式等，已经成了机器人学有意模仿的对象。尤其像海洋中的动物已经具备了高速航行的能力，同时它们的运动效率高、灵活控制性强等优点，越来越受到国内外仿生学的关注和应用。而国内外学者对鱼鳍在水中的推进方式应用较为广泛，例如麻省理工大学研究的形似鳟鱼的机器鱼、北京航空航天大学研制出一条“robofish”机器鱼。但在对鱼鳍内部运动原理的应用至今并不成熟。随着机器人的发展，低刚度、柔性化和协作运动是这些领域结构设计制造的一个重要发展趋势。轻型机构可以提高运载工具的效率，减少消耗的能源，提高运行精度；而协作运动，能够更加灵活多变的适应各种复杂多变的任务要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种柔性仿鱼鳍双协作机器人，其重量轻、惯性小、效率高、灵活控制性强以及能够相互协作独立完成任务，能够通过伺服运动控制器控制完成在规定空间范内按照规定轨迹进行协作运动。

为达到上述目的，本发明的构思如下：

该柔性机器人能够通过控制多台电机的协作运动，进而控制机器人手臂末端在空间中规定范围内任意位置的移动。为达到在移动过程中运动效率高、灵活控制性强、质量轻的特点，本发明的机器人将采用高弹性、轻质量的细长杆形零件的弹性弯曲变形来实现机器人手臂的运动。并通过控制三个细长杆件不同弯曲变形来实现对机器手臂末端平面的控制。而借鉴鱼鳍运动的内部原理，即可以实现柔性机器人臂的运动。

本柔性仿鱼鳍双协作机器人包括：机台框架、动力模块、机械臂模块和机械手腕模块。动力模块为伺服电机及滚珠丝杠组成的移动平台，由螺钉固定于机台框架的六边形固定架上，移动平台上通过螺钉固定另一组伺服电机，并在伺服电机上安装拉线滚轮，使拉线装置能够随移动平台一起移动。机械臂模块中三根中空弹性杆通过紧定螺钉一端固定于移动平台上，另一端固定在机械臂末端的运动平台上，通过三组移动平台的不同移动，使三根中空弹性杆伸出长度不同而发生有规律性的弹性变形。机械手腕模块由球关节固定于机械臂末端的运动平台上，并通过三根钢丝绳牵引保持平衡。为了使机械臂模块能够更加灵活协作，机台框架中两个六边形固定架分别水平、竖直固定。

根据上述发明构思，本发明采取下述技术方案：

一种柔性仿鱼鳍双协作机器人，包括机台框架、机器人手臂模块a和机器人手臂模块b，机器人手臂模块a和机器人手臂模块b分别水平、竖直安装在机台框架上，实现双臂的最大效率协作。

所述机器人手臂模块b包括动力模块、机械臂模块和机械手腕模块，所述动力模块通过螺钉分别固定于机台框架上，机械臂模块一端通过紧定螺钉固定在动力模块上，另一端与机械手腕模块通过螺纹连接；所述机器人手臂模块a与机器人手臂模块b结构相同。其运动过程为：将适应于该工作要求的机械手爪安装于机械手腕模块上，通过运动控制卡控制机器人手臂模块a和机器人手臂模块b的动力模块，控制机械臂模块和机械手腕模块的姿态和方向，从而控制机械手爪的相互配合，达到双机械臂协作运动的效果。

所述机台框架包括长方形支架、六边形固定架和导向轴承架，两个六边形固定架按照机械臂活动范围和适应空间分别竖直、水平的固定于长方形支架上，两个导向轴承架根据定位销定位，通过螺钉固定于两个六边形固定架上。