[发明专利]一种面向狭小限制空间作业的仿生柔性机械臂

说明书

本发明公开了一种面向狭小限制空间作业的仿生柔性机械臂，所要解决的技术问题是，针对背景技术中提及的柔性机械臂存在着诸多如下问题，目前难以在工程中广泛使用，在狭小空间更是无法作业的技术问题。所采取的技术方案是，包括至少一个的子关节，相邻两个子关节相连；子关节包括上操作面和底座，在上操作面和底座之间设置三个万向连接单元。优点，本仿生柔性机械臂，创新在于使用三杆轴并联平台作为柔性机械臂的子关节，这使得单独子关节具有更多自由度，并且单关节由三根螺纹杆支撑保证了柔性机械臂的刚度与负载能力。

技术领域

本发明涉及仿生机器人技术领域，特别是涉及一种面向狭小限制空间作业的仿生柔性机械臂。

背景技术

在机器人领域，机械臂应用非常广泛，技术相对比较成熟。但传统机械臂具有许多如下缺点：

1）传统机械臂通常以三、四连杆为主，自由度较低，灵活性较差，在狭小限制区域内操作作业受限。

2）通常上为增加传统机械臂自由度，将其串联更多连杆以达到目的。但与此同时基座旋转关节负载转矩激增，对驱动电机损害较大，影响使用寿命。

3）基于第1）条，传统机械臂操作空间范围较小，在工程上比较依赖于基座移动平台的运动性能。

4）传统机械臂各关节负载力矩或转矩依赖于电机的锁合力矩，当驱动系统动力发生故障时（断电、液压缸泄漏等）机械臂会失去控制，可能导致机械结构损伤甚至危及操作人员人身安全。

针对传统机械臂自由度低，操作不灵活的缺点，国内外很多科研机构近几十年来开始研发柔性机械臂，技术也不断的提高，但仍然存在着诸多如下问题，目前难以在工程中广泛使用。

1）通常上传统柔性机械臂采用高分子弹性体作为柔性机械臂的躯干主要部分。但是高分子弹性体（聚氨酯、橡胶等）在受到载荷时易发生塑像形变或在暴露环境下发生老化现象，这不仅在难以建立控制模型实现精确控制，而且弹性体塑性变形或老化严重影响柔性机械臂负载能力和寿命。

2）通常上传统柔性机械臂的驱动方式为线驱动。线驱动模式是驱动线与弹簧建立驱动系统。这种模式首先驱动线易受负载影响下发生形变，导致驱动线控制关节驱动力下降。另外，线驱动柔性机械臂采用总体式驱动（即所有驱动电机位于基座一端），这导致柔性臂整体体积过大，结构不够紧凑，驱动线之间相互干扰易造成机械自锁，功能上不能完成诸如S型曲线、L型曲线。

3）通常上传统柔性机械臂都是基于弹性体结构模型或是气动驱动模型，这导致控制模型的建立非常困难，运算量非常巨大，在实际应用中无法保证其实时精确控制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对背景技术中提及的柔性机械臂存在着诸多如下问题，目前难以在工程中广泛使用，在狭小空间更是无法作业的技术问题。

本发明的目的是提供一种面向狭小限制空间作业的仿生柔性机械臂，利用并联式三轴平台万向弯曲与轴向伸缩的性能；利用并联平台反解理论；利用关节串联搭接增强仿生柔性机械臂的灵活性；利用上下子关节60°错位搭接设计避免机械结构干涉。通过控制单个螺纹杆与内螺纹配合，实现内螺纹在螺杆上下移动，从而控制上关节操作面在一定方向上的弯曲；通过控制单关节多个螺杆运动，可以实现单关节在任意角度的弯曲或轴向的伸缩，本发明机械拓展接口较好，可进行更多关节串联，或在末端连接抓取结构或其它设备，可固定在移动平台（机器人）或固定平台，适用于在狭小限制空间内执行操作任务，尤其是在废墟、核污染、航天器操作任务时可取代人力操作，具有巨大的前景。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种面向狭小限制空间作业的仿生柔性机械臂，包括至少一个的子关节，相邻两个子关节相连；

子关节包括上操作面和底座，在上操作面和底座之间设置三个万向连接单元；