本發(fā)明涉及機(jī)械臂，特別涉及一種欠驅(qū)動(dòng)柔性機(jī)械臂及其工作方法。

背景技術(shù)：

1、欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂指在設(shè)計(jì)上關(guān)節(jié)數(shù)量少于自由度，從而能夠減少動(dòng)力源的數(shù)量，具有顯著優(yōu)勢(shì)。首先，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化使得制造和維護(hù)成本降低，適合大規(guī)模應(yīng)用。其次，欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂能夠在較低能耗下實(shí)現(xiàn)靈活的運(yùn)動(dòng)，提高了能量的利用效率，適應(yīng)性強(qiáng)，能夠根據(jù)外部環(huán)境變化自適應(yīng)調(diào)整。與之相結(jié)合的仿生設(shè)計(jì)借鑒自然生物的運(yùn)動(dòng)特性，使機(jī)械臂在復(fù)雜環(huán)境中的適應(yīng)能力進(jìn)一步增強(qiáng)。欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和高能效，適用于需要靈活運(yùn)動(dòng)的場(chǎng)合。

2、盡管仿生欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂具有顯著優(yōu)勢(shì)，但在實(shí)際應(yīng)用中仍存在一些不足。在市場(chǎng)上目前應(yīng)用的各類仿生欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂中，首先，現(xiàn)存的機(jī)械手結(jié)構(gòu)復(fù)雜，動(dòng)力源數(shù)量難以進(jìn)一步減少，對(duì)于控制的要求比較高。此外，機(jī)械臂難以靈活應(yīng)對(duì)外界干擾，驅(qū)動(dòng)手臂的抓取力度不足，易受干擾而脫落，長(zhǎng)期使用的耐久性和維護(hù)成本問(wèn)題也影響其大規(guī)模推廣。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題之一。為此，本發(fā)明提出一種欠驅(qū)動(dòng)柔性機(jī)械臂，能夠盡可能減少動(dòng)力源的數(shù)量，機(jī)械臂具有更高的耐久性且便于維護(hù)。

2、本發(fā)明還提出一種針對(duì)上述欠驅(qū)動(dòng)柔性機(jī)械臂的工作方法。

3、根據(jù)本發(fā)明的第一方面實(shí)施例的欠驅(qū)動(dòng)柔性機(jī)械臂，包括：

4、驅(qū)動(dòng)件，其側(cè)面設(shè)置有驅(qū)動(dòng)輪；

5、彎折組件，其包括依次鉸接串聯(lián)的第一彎折件、第二彎折件和第三彎折件，所述第一彎折件與所述驅(qū)動(dòng)件鉸接，所述第三彎折件的末端設(shè)置有鉤狀結(jié)構(gòu)；所述第一彎折件、所述第二彎折件和所述第三彎折件的側(cè)面均設(shè)置有凸塊，其中所述第二彎折件的側(cè)面開(kāi)設(shè)有滑槽以供所述凸塊在其中滑動(dòng)；

6、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，其安裝于所述第二彎折件并且驅(qū)動(dòng)所述凸塊在所述滑槽中移動(dòng)；

7、繩索，其繞于所述驅(qū)動(dòng)輪，所述繩索的一端依次穿過(guò)所述第一彎折件上的凸塊以及所述第二彎折件上的凸塊，并與所述第三彎折件上的凸塊固定連接；

8、彈性件，其兩端分別連接至所述第一彎折件和所述第二彎折件，或者所述彈性件的兩端分別連接至相鄰的兩個(gè)所述第一彎折件；

9、其中，所述驅(qū)動(dòng)輪拉緊所述繩索，所述第二彎折件上的凸塊向內(nèi)側(cè)滑動(dòng)，能夠使所述彎折組件中各個(gè)凸塊的合力方向向外；所述第二彎折件上的凸塊向外側(cè)滑動(dòng)，能夠使所述彎折組件中各個(gè)凸塊的合力方向向內(nèi)。

10、根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的欠驅(qū)動(dòng)柔性機(jī)械臂，至少具有如下有益效果：通過(guò)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)第二彎折件上凸塊的位置，可以改變各個(gè)凸塊的合力方向，從而切換機(jī)械臂的抓取和釋放動(dòng)作；通過(guò)繩索完成對(duì)彎折組件的驅(qū)動(dòng)，一方面繩索驅(qū)動(dòng)使得機(jī)械臂夾持力度上升，另一方面減少動(dòng)力源的數(shù)量以降低控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)難度、生產(chǎn)成本和后續(xù)維護(hù)成本。

11、根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，所述調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括電機(jī)、滑塊和連接桿，所述電機(jī)的輸出軸安裝有齒輪，所述滑塊設(shè)置有能夠與所述齒輪嚙合的齒條，所述連接桿的兩端分別樞接于所述滑塊和所述第二彎折件上的凸塊。

12、根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，所述彎折組件還包括鉸接件，所述第一彎折件與所述第二彎折件之間，所述第二彎折件與所述第三彎折件之間，以及相鄰的兩個(gè)所述第一彎折件之間，均通過(guò)所述鉸接件完成鉸接。

13、根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，所述鉸接件為彈性件且呈弧板狀，所述鉸接件受力時(shí)，其凹側(cè)和凸側(cè)能夠相互變換。

14、根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，所述第一彎折件和所述第二彎折件的側(cè)面均設(shè)置有兩個(gè)引導(dǎo)塊，所述凸塊位于兩個(gè)所述引導(dǎo)塊之間，所述引導(dǎo)塊開(kāi)設(shè)有能使所述繩索穿過(guò)的孔。

15、根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，所述第一彎折件的側(cè)面均設(shè)置有調(diào)節(jié)槽，所述第一彎折件的凸塊能夠在所述調(diào)節(jié)槽中滑動(dòng)以調(diào)整所述凸塊的位置。

16、根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，所述調(diào)節(jié)槽的截面形狀呈“c”形。

17、根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，所述驅(qū)動(dòng)件的兩側(cè)均設(shè)置有驅(qū)動(dòng)輪，所述第一彎折件、所述第二彎折件和所述第三彎折件的兩側(cè)均對(duì)稱設(shè)置有凸塊，兩個(gè)所述驅(qū)動(dòng)輪均通過(guò)所述繩索對(duì)所述彎折組件進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。

18、根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，所述第一彎折件、所述第二彎折件和所述第三彎折件之間采用球型鉸鏈結(jié)構(gòu)連接，兩個(gè)所述驅(qū)動(dòng)輪能夠單獨(dú)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)改變兩個(gè)所述驅(qū)動(dòng)輪對(duì)所述繩索的牽引力大小以使所述彎折組件側(cè)向彎曲。

19、根據(jù)本發(fā)明的第二方面實(shí)施例的工作方法，針對(duì)上述的欠驅(qū)動(dòng)柔性機(jī)械臂進(jìn)行，包括抓取模式和釋放模式，其中：

20、所述抓取模式包括以下步驟：

21、所述調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)所述第二彎折件中的凸塊向外移動(dòng)；

22、所述驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)并拉緊所述繩索，所述第一彎折件、所述第二彎折件以及所述第三彎折件上的凸塊產(chǎn)生一個(gè)向內(nèi)側(cè)的合力；

23、所述第一彎折件、所述第二彎折件以及所述第三彎折件均向內(nèi)側(cè)彎折，所述彈性件儲(chǔ)存彈性勢(shì)能，所述欠驅(qū)動(dòng)柔性機(jī)械臂的抓取動(dòng)作完成；

24、所述釋放模式包括以下步驟：

25、所述調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)所述第二彎折件中的凸塊向內(nèi)移動(dòng)；

26、所述驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)并拉緊所述繩索，所述第一彎折件、所述第二彎折件以及所述第三彎折件上的凸塊產(chǎn)生一個(gè)向外側(cè)的合力；

27、所述第一彎折件、所述第二彎折件以及所述第三彎折件均向外側(cè)彎折，所述彈性件釋放彈性勢(shì)能以輔助展開(kāi)，所述欠驅(qū)動(dòng)柔性機(jī)械臂的釋放動(dòng)作完成。

28、根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的工作方法，至少具有如下有益效果：通過(guò)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)，能夠改變本欠驅(qū)動(dòng)柔性機(jī)械臂在繩索拉緊時(shí)各個(gè)凸塊的合力方向，從而切換機(jī)械臂的抓取模式和釋放模式，完成對(duì)物品的抓取和釋放。

29、本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過(guò)本發(fā)明的實(shí)踐了解到。

技術(shù)特征：

1.一種欠驅(qū)動(dòng)柔性機(jī)械臂，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的欠驅(qū)動(dòng)柔性機(jī)械臂，其特征在于：所述調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括電機(jī)、滑塊和連接桿，所述電機(jī)的輸出軸安裝有齒輪，所述滑塊設(shè)置有能夠與所述齒輪嚙合的齒條，所述連接桿的兩端分別樞接于所述滑塊和所述第二彎折件上的凸塊。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的欠驅(qū)動(dòng)柔性機(jī)械臂，其特征在于：所述彎折組件還包括鉸接件，所述第一彎折件與所述第二彎折件之間，所述第二彎折件與所述第三彎折件之間，以及相鄰的兩個(gè)所述第一彎折件之間，均通過(guò)所述鉸接件完成鉸接。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的欠驅(qū)動(dòng)柔性機(jī)械臂，其特征在于：所述鉸接件為彈性件且呈弧板狀，所述鉸接件受力時(shí)，其凹側(cè)和凸側(cè)能夠相互變換。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的欠驅(qū)動(dòng)柔性機(jī)械臂，其特征在于：所述第一彎折件和所述第二彎折件的側(cè)面均設(shè)置有兩個(gè)引導(dǎo)塊，所述凸塊位于兩個(gè)所述引導(dǎo)塊之間，所述引導(dǎo)塊開(kāi)設(shè)有能使所述繩索穿過(guò)的孔。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的欠驅(qū)動(dòng)柔性機(jī)械臂，其特征在于：所述第一彎折件的側(cè)面均設(shè)置有調(diào)節(jié)槽，所述第一彎折件的凸塊能夠在所述調(diào)節(jié)槽中滑動(dòng)以調(diào)整所述凸塊的位置。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的欠驅(qū)動(dòng)柔性機(jī)械臂，其特征在于：所述調(diào)節(jié)槽的截面形狀呈“c”形。

8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一所述的欠驅(qū)動(dòng)柔性機(jī)械臂，其特征在于：所述驅(qū)動(dòng)件的兩側(cè)均設(shè)置有驅(qū)動(dòng)輪，所述第一彎折件、所述第二彎折件和所述第三彎折件的兩側(cè)均對(duì)稱設(shè)置有凸塊，兩個(gè)所述驅(qū)動(dòng)輪均通過(guò)所述繩索對(duì)所述彎折組件進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的欠驅(qū)動(dòng)柔性機(jī)械臂，其特征在于：所述第一彎折件、所述第二彎折件和所述第三彎折件之間采用球型鉸鏈結(jié)構(gòu)連接，兩個(gè)所述驅(qū)動(dòng)輪能夠單獨(dú)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)改變兩個(gè)所述驅(qū)動(dòng)輪對(duì)所述繩索的牽引力大小以使所述彎折組件側(cè)向彎曲。

10.一種針對(duì)權(quán)利要求1至9中任一所述欠驅(qū)動(dòng)柔性機(jī)械臂的工作方法，其特征在于，包括抓取模式和釋放模式，其中：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種欠驅(qū)動(dòng)柔性機(jī)械臂及其工作方法，本機(jī)械臂包括驅(qū)動(dòng)件，其設(shè)置有驅(qū)動(dòng)輪；彎折組件，其包括依次鉸接串聯(lián)的第一彎折件、第二彎折件和第三彎折件，第二彎折件的側(cè)面開(kāi)設(shè)有滑槽以供凸塊在其中滑動(dòng)；調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，其驅(qū)動(dòng)凸塊在滑槽中移動(dòng)；繩索，其繞于驅(qū)動(dòng)輪、第一彎折件、第二彎折件以及第三彎折件上的凸塊；彈性件，其設(shè)置在第一彎折件和第二彎折件之間，或兩個(gè)第一彎折件之間。通過(guò)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)第二彎折件上凸塊的位置，可以改變各個(gè)凸塊的合力方向，從而切換機(jī)械臂的抓取和釋放動(dòng)作；通過(guò)繩索完成對(duì)彎折組件的驅(qū)動(dòng)，一方面繩索驅(qū)動(dòng)使得機(jī)械臂夾持力度上升，另一方面減少動(dòng)力源的數(shù)量以降低控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)難度、生產(chǎn)成本和后續(xù)維護(hù)成本。

技術(shù)研發(fā)人員：余樹(shù)東,張靜,魏于鈞,黃智健,吳嘉寧
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中山大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/26