[发明专利]一种小型超冗余柔性机械臂

说明书

一种小型超冗余柔性机械臂，包括机架，驱动模块，机械臂模块、多根驱动绳，机械臂模块连接于机架的一端，包括多个串联的臂杆，臂杆相互之间分别通过关节连接，驱动绳的一端与驱动模块连接，驱动模块通过驱动驱动绳从而控制臂杆转动至预设的位置，机架包括沿上下方向排布的若干层安装部，驱动模块包括若干舵机驱动机构，若干舵机驱动机构分布在安装部内，每一个舵机驱动机构分别包括一台舵机、安装在舵机上的传动齿轮及与传动齿轮啮合的一根齿条，每根驱动绳的一端分别连接于一个舵机驱动机构上。本发明的小型超冗余柔性机械臂，可以实现将超冗余柔性机械臂的整体尺寸小型化、优化超冗余柔性机械臂的整体体积，并且降低成本。

技术领域

本发明涉及机械臂领域，尤其超冗余柔性机械臂领域。

背景技术

超冗余自由度机械臂是为了解决传统串联机器人灵活性差的问题提出来的，其通过增加大量的冗余关节，使关节空间的维数远大于任务空间维数，冗余关节的引入使机械臂可以更加灵活地实现期望的末端姿势。因此，这种机械臂特别适合用于：1、不规则空间内的操作设备，大量的冗余关节可使机械臂具有极强的避障能力，使其特别适合用作特种机器人，例如作为地震灾后穿过碎石瓦砾来寻找幸存者的救生机器人，核反应堆检查机器人等；2、抓取非规则物体的机械手，即采用全臂包卷方式来抓取较大尺寸以及不规则的物体，可以用于爆炸物的排除以及空间站的维护等。

但是，现有的超冗余柔性机械臂，如发明专利CN 105150219所述，超冗余机械臂通常通过后置的驱动模块牵引绳索的方式实现臂杆的三维空间的姿势的确定。后置驱动模块通常包括伺服电机、丝杆、滑块、螺母、导轨等，这种后置驱动模块虽然控制准确、能够实现机械臂的高速移动和快速响应。但是，作为只需在实验室中作为原理性样机使用、去验证超冗余柔性机械臂的基本功能如各种规划控制算法的超冗余柔性机械臂而言，上述的超冗余柔性机械臂存在以下问题：一、成本高，由于伺服电机、丝杆等的控制精度很高，其成本也很高，并且丝杆安装时还需要配备支撑的轴承座等，作为仅用于验证功能的样机的而言，成本过高；二、结构不紧凑，伺服电机、丝杆、联轴器、滑块等相对而言需要的安装空间更大，对于实验室的空间而言，过于占据空间。

发明内容

本发明针对上述技术问题，提出了一种小型超冗余柔性机械臂，以实现将超冗余柔性机械臂的整体尺寸小型化、优化超冗余柔性机械臂的整体体积，并且降低成本。

一种小型超冗余柔性机械臂，包括机架，驱动模块，机械臂模块、多根驱动绳，所述机械臂模块连接于所述机架的一端，包括多个串联的臂杆，所述臂杆相互之间分别通过关节连接，所述驱动绳的一端与所述驱动模块连接，另一端与所述关节或所述臂杆连接，其中，每一个所述关节或所述臂杆至少与三根所述驱动绳连接，所述驱动模块通过驱动所述驱动绳从而控制所述臂杆转动至预设的位置，所述机架包括沿上下方向排布的若干层安装部，所述驱动模块包括若干舵机驱动机构，所述若干舵机驱动机构分布在所述安装部内，每一个所述舵机驱动机构分别包括一台舵机、安装在所述舵机上的传动齿轮及与所述传动齿轮啮合的一根齿条，每根所述驱动绳的一端分别连接于一个所述舵机驱动机构上。

优选地，所述舵机驱动机构分别在每一层所述安装部内水平方向平行地排布。

优选地，所述安装部上分别设置有用于固定安装每一根所述齿条的齿条安装部，及用于固定安装可滑动地支撑每一台所述舵机的滑动支撑部的舵机安装部，所述驱动绳的一端与所述舵机连接。

进一步优选地，所述安装部上还分别设置有用于将每一根所述驱动绳引导至所述机械臂模块的绳索引导部。

优选地，所述安装部包括第一上安装件、与所述第一上安装件通过第一连接件固定连接的第一下安装件，及分别与所述第一上安装件、所述第一连接件、所述第一下安装件对称设置的第二上安装件、第二连接件、第二下安装件。

优选地，所述齿条安装部分别设置在所述第一上安装件及所述第二上安装件上，所述舵机安装部分别设置在所述第一下安装件及所述第二下安装件上，所述绳索引导部设置在所述第二连接件上。