一种具有象鼻肌肉群力学特性的仿生柔性臂制造技术

本发明专利技术提供一种具有象鼻肌肉群力学特性的仿生柔性臂，包括柔性臂本体、驱动机构、柔性臂控制箱和遥控手柄，其中柔性臂本体根据象鼻肌肉协同控制理念，利用圆杆模拟斜拉被动肌肉、第一弹簧模拟径向被动肌肉、绳索模拟纵向主动肌肉，设计出由基座板、多个普通单胞、末端板、夹持器、多个第一弹簧、多个第二弹簧、三根第一传动绳和三根第二传动绳组成的连续型结构。使用者通过操纵遥控手柄，发送控制指令给驱动机构，进而驱动柔性臂本体工作，实现对仿生柔性臂末端位置的夹持器的位置调节。本发明专利技术的仿生柔性臂效仿了象鼻肌肉群力学特性，具有刚柔并济、变刚度和简单实用的优势。变刚度和简单实用的优势。变刚度和简单实用的优势。

【技术实现步骤摘要】
一种具有象鼻肌肉群力学特性的仿生柔性臂


[0001]本专利技术涉及机械臂
，特别涉及一种根据象鼻的肌肉协同控制理念，设计的既具备高负载能力又具备高度灵活性的可遥控柔性臂，具体为一种具有象鼻肌肉群力学特性的仿生柔性臂。

技术介绍

[0002]目前绝大多数机械臂的应用领域是在工厂，例如在汽车工厂中的点焊和喷漆、化学和制药工厂中的包装和填充、以及核电站等高危环境下的工作。但近年来，随着服务机器人的兴起，低成本的、小型的、所谓的“桌面型”机械臂产品逐渐走进了我们的日常生活。服务机器人中常用的刚性机械臂，虽有强大的承载能力，但缺乏灵活性和人机交互安全性。而相较于传统刚性机械臂，仿生柔性臂在结构上模仿借鉴自然界的各种生物，借助大自然的智慧巧妙地实现了柔性，例如仿象鼻柔性臂。
[0003]成年大象的鼻子重约145公斤，却可抬起250公斤左右的重物；并且象鼻还具有很高的灵活性，能实现多方向的弯曲和旋转。究其原因在于象鼻凭借其径向肌肉群、纵向肌肉群和斜拉肌肉群共4万多块肌肉进行协同控制，充分发挥了所有肌肉的力量。然而大多数已有的仿象鼻柔性臂，仅仅模仿了结构功能，没有模仿其核心的肌肉机理，无法媲美象鼻的性能。
[0004]所以根据象鼻肌肉群的力学特性，利用圆杆模拟被动斜拉肌肉、第一弹簧模拟被动径向被动肌肉、绳索模拟纵向主动肌肉，设计一种具有强大负载能力和高度灵活性的仿生柔性臂具有重要的研究意义。

技术实现思路

[0005]根据上述技术问题，而提供一种具有象鼻肌肉群力学特性的仿生柔性臂。
[0006]本专利技术采用的技术手段如下：
[0007]一种具有象鼻肌肉群力学特性的仿生柔性臂，包括柔性臂本体和驱动所述柔性臂本体工作的驱动机构；
[0008]所述柔性臂本体包括首尾依次排列，且同轴设置的基座板、多个普通单胞、末端板和夹持器；
[0009]所述普通单胞包括中心球，所述中心球的首端方向固定有多个第一连杆，所述中心球的尾端方向固定有多个所述第二连杆，所述第一连杆和所述第二连杆的数量相适配；所述第一连杆和所述第二连杆均围绕所述中心球均匀分布，且交错设置；相邻两个所述普通单胞中，靠近首端方向的所述普通单胞的第二连杆与靠近尾端方向的所述普通单胞的中心球通过第一弹簧连接，靠近首端方向的所述中心球通过第二弹簧与靠近尾端方向的所述普通单胞的第一连杆连接；且靠近首端方向的所述普通单胞的多个第二连杆与靠近尾端方向的所述普通单胞的第一连杆交叉；位于首端的所述普通单胞的第一连杆与所述基座板固定连接；位于尾端的所述普通单胞的第二连杆与所述末端板固定连接；所述夹持器与所述
末端板固定连接；
[0010]除了位于首端的所述第一连杆外，其余所述第一连杆的端部均设置有第一吊环；除了位于尾端的所述第二连杆外，其余所述第二连杆的端部均设置有第二吊环；
[0011]所述驱动机构包括数量与所述普通单胞中第一连杆数量相适配的第一驱动机构、数量与所述普通单胞中第二连杆数量相适配的第二驱动机构；
[0012]所述第一驱动机构包括第一传动绳和拉伸所述第一传动绳的第一传动绳驱动机构；所述第二驱动机构包括第二传动绳和拉伸所述第二传动绳的第二传动绳驱动机构；
[0013]所述第一传动绳的首端与所述第一传动绳驱动机构连接，所述第二传动绳的首端与所述第二传动绳驱动机构连接；所述第一传动绳的尾端依次穿过所述基座板和同一条直线上的所有所述第一吊环后与所述末端板固定连接，所述第二传动绳的尾端依次穿过所述基座板和部分同一条直线上的所述第二吊环后与其中一个所述第二吊环固定连接；或所述第一传动绳的尾端依次穿过所述基座板和同一条直线上的所有所述第二吊环后与所述末端板固定连接，所述第二传动绳的尾端依次穿过所述基座板和部分同一条直线上的所述第一吊环后与其中一个所述第一吊环固定连接；。
[0014]优选地，所述普通单胞中具有三个第一连杆和三个第二连杆。
[0015]优选地，所述驱动机构还包括驱动箱体，所述第一传动绳驱动机构和第二传动绳驱动机构固定在所述驱动箱体内，且均包括与所述驱动箱体固定连接的伺服电机固定架、固定在所述伺服电机固定架上的伺服电机、与所述伺服电机连接的电机减速器、与所述电机减速器连接的轴套和固定在所述轴套上的绕绳轮，所述第一传动绳和所述第二传动绳的端部固定并缠绕在与其对应的所述绕绳轮上；
[0016]六个所述伺服电机中，其中四个所述伺服电机两两叠放，并左右对称布置，另外两个伺服电机上下对称布置，围成矩形空间，矩形空间内设置有多个用于变向的变向滑轮，所述第一传动绳和所述第二传动绳通过所述变向滑轮变向后穿出所述驱动箱体。
[0017]优选地，所述变向滑轮通过滑轮固定架与所述驱动箱体固定连接。
[0018]优选地，还包括柔性臂控制箱，所述柔性臂控制箱包括控制箱箱体，所述控制箱箱体内固定有与所述夹持器电连接的夹爪驱动器和与驱动机构电连接的驱动机构驱动器。
[0019]优选地，还包括与所述夹爪驱动器和所述驱动机构驱动器电连接的遥控手柄，所述遥控手柄位于所述柔性臂控制箱外。
[0020]较现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0021]1、本专利技术所设计的仿生柔性臂具有刚柔并济的特点。由于本专利技术所设计的仿生柔性臂在结构上符合象鼻肌肉群协同控制的特点，充分发挥了第一弹簧、杆件和绳索的协同作用，使仿生柔性臂不仅具有伸缩、弯曲、缠绕等灵活性运动能力，而且其负载能力至少为柔性臂本体自身重量的六倍。作为服务机器人使用的机械臂需要柔性来增强交互安全性，并且需要一定的负载能力完成任务，因此其刚柔并济的特点是作为服务型机械臂的最大优势。
[0022]2、本专利技术所设计的仿生柔性臂具有变刚度的特性。由于本专利技术所设计的仿生柔性臂可以主动为绳索施加预应力，增强柔性臂刚度，从而实现主动切换柔性臂不同性能状态的效果。作为服务机器人使用的机械臂将面临各种各样的任务需求，需要具有不同承载性能和柔度的柔性臂完成任务，因此其变刚度特性是完成不同任务需求下状态切换的基础。
[0023]3、本专利技术所设计的仿生柔性臂材料制备简单，驱动设备简易，具有较高的实用性。由于本专利技术所设计的仿生柔性臂无需特殊材料的制备，且驱动力来源于电机，没有体积庞大的驱动设备，因此仿生柔性臂的本体制造简易，其驱动设备体积小巧。作为服务机器人使用的机械臂需要低成本、小体积，因此其作为服务型机械臂具有实用性优势。
[0024]基于上述理由本专利技术可在机械臂等领域广泛推广。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0026]图1为本专利技术中一种具有象鼻肌肉群力学特性的仿生柔性臂结构示意图。
[0027]图2为本专利技术中柔性臂本体结构示意图。
[0028]图3为本发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有象鼻肌肉群力学特性的仿生柔性臂，其特征在于，包括柔性臂本体和驱动所述柔性臂本体工作的驱动机构；所述柔性臂本体包括首尾依次排列，且同轴设置的基座板、多个普通单胞、末端板和夹持器；所述普通单胞包括中心球，所述中心球的首端方向固定有多个第一连杆，所述中心球的尾端方向固定有多个所述第二连杆，所述第一连杆和所述第二连杆的数量相适配；所述第一连杆和所述第二连杆均围绕所述中心球均匀分布，且交错设置；相邻两个所述普通单胞中，靠近首端方向的所述普通单胞的第二连杆与靠近尾端方向的所述普通单胞的中心球通过第一弹簧连接，靠近首端方向的所述中心球通过第二弹簧与靠近尾端方向的所述普通单胞的第一连杆连接；且靠近首端方向的所述普通单胞的多个第二连杆与靠近尾端方向的所述普通单胞的第一连杆交叉；位于首端的所述普通单胞的第一连杆与所述基座板固定连接；位于尾端的所述普通单胞的第二连杆与所述末端板固定连接；所述夹持器与所述末端板固定连接；除了位于首端的所述第一连杆外，其余所述第一连杆的端部均设置有第一吊环；除了位于尾端的所述第二连杆外，其余所述第二连杆的端部均设置有第二吊环；所述驱动机构包括数量与所述普通单胞中第一连杆数量相适配的第一驱动机构、数量与所述普通单胞中第二连杆数量相适配的第二驱动机构；所述第一驱动机构包括第一传动绳和拉伸所述第一传动绳的第一传动绳驱动机构；所述第二驱动机构包括第二传动绳和拉伸所述第二传动绳的第二传动绳驱动机构；所述第一传动绳的首端与所述第一传动绳驱动机构连接，所述第二传动绳的首端与所述第二传动绳驱动机构连接；所述第一传动绳的尾端依次穿过所述基座板和同一条直线上的所有所述第一吊环后与所述末端板固定连接，所述第二传动绳的尾端依次穿过所述基座板和部分同一条直线上的所述第二吊环后与其中一个所述第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭海军，杨朝中，李飞，杨浩，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：