一種模塊化高冗余多自由度柔性機(jī)械臂系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種模塊化高冗余多自由度柔性機(jī)械臂系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括機(jī)架、第一節(jié)機(jī)械臂模塊和第二節(jié)機(jī)械臂模塊，第一節(jié)機(jī)械臂模塊安裝在機(jī)架上，并在第一節(jié)機(jī)械臂模塊與機(jī)架之間設(shè)有第一進(jìn)給機(jī)構(gòu)，用于驅(qū)動第一節(jié)機(jī)械臂模塊整體進(jìn)給運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)1個(gè)進(jìn)給自由度，第一節(jié)機(jī)械臂模塊包括第一功能執(zhí)行機(jī)構(gòu)和第一驅(qū)動機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)2個(gè)彎曲自由度；第二節(jié)機(jī)械臂模塊嵌套在第一機(jī)械臂模塊中，并通過兩者之間的第二進(jìn)給機(jī)構(gòu)驅(qū)動第二節(jié)機(jī)械臂模塊進(jìn)行進(jìn)給運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)1個(gè)進(jìn)給自由度，第二節(jié)機(jī)械臂模塊包括第二功能執(zhí)行機(jī)構(gòu)和第二驅(qū)動機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)2個(gè)彎曲自由度。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有運(yùn)動能力強(qiáng)、可在復(fù)雜的狹小空間工作，負(fù)載較高，精度高等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】
一種模塊化高冗余多自由度柔性機(jī)械臂系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域，具體涉及一種模塊化高冗余多自由度柔性機(jī)械臂系統(tǒng)
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)代的工業(yè)領(lǐng)域中經(jīng)常需要在人無法進(jìn)入的復(fù)雜狹小空間里完成一些異物探查、維修裝配、缺陷探傷等操作任務(wù)。在該領(lǐng)域內(nèi)，英國的OC Robotics公司所開發(fā)的剛性結(jié)構(gòu)體的冗余機(jī)械臂已經(jīng)在商業(yè)飛機(jī)的裝配中得到應(yīng)用;德國Festo氣動元件公司推出的全柔性氣動冗余操作臂也將投入工業(yè)應(yīng)用；而一些工業(yè)內(nèi)窺鏡早就在工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。但是由于自身的一些限制，上述幾種機(jī)械臂都有一定的局限性，諸如OC Robotics公司的機(jī)械臂為基于剛性結(jié)構(gòu)體的冗余機(jī)械臂，由于其結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)以及驅(qū)動方式上的缺陷，使得機(jī)械臂構(gòu)節(jié)間的運(yùn)動能力有限，很難在復(fù)雜的狹小空間里工作;全柔性氣動冗余操作臂則因其全柔性的材料特點(diǎn)，負(fù)載較低，且氣體驅(qū)動的控制精度也比較低;而工業(yè)內(nèi)窺鏡多為被動產(chǎn)品，即使有主動驅(qū)動的部件，也只有I至2個(gè)可控關(guān)節(jié)，缺乏完整探索結(jié)構(gòu)復(fù)雜的深腔的能力，更不可能實(shí)現(xiàn)力負(fù)載的工作。因此，針對在狹小空間進(jìn)行一定力負(fù)載操作的柔性機(jī)械臂的研究具有極高的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種運(yùn)動能力強(qiáng)、可在復(fù)雜的狹小空間工作，負(fù)載較高，精度高的模塊化高冗余多自由度柔性機(jī)械臂系統(tǒng)。
[0004]本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):一種模塊化高冗余多自由度柔性機(jī)械臂系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括2節(jié)機(jī)械臂模塊，2節(jié)機(jī)械臂模塊之間嵌套組合在一起，并且可進(jìn)行相對運(yùn)動。各單節(jié)機(jī)械臂模塊有3個(gè)自由度，分別是2個(gè)彎曲自由度以及I個(gè)進(jìn)給自由度，所以這個(gè)柔性機(jī)械臂系統(tǒng)將擁有6個(gè)自由度。該柔性機(jī)械臂系統(tǒng)在工作時(shí)將每個(gè)機(jī)械臂模塊逐級往外伸展，并可在伸展的過程中實(shí)現(xiàn)彎曲運(yùn)動。該柔性機(jī)械臂系統(tǒng)集成不同的末端執(zhí)行器將可以完成不同的復(fù)雜環(huán)境的工作任務(wù)。
[0005]具體來說:
[0006]上述模塊化高冗余多自由度柔性機(jī)械臂系統(tǒng)，包括機(jī)架、第一節(jié)機(jī)械臂模塊和第二節(jié)機(jī)械臂模塊，所述的第一節(jié)機(jī)械臂模塊安裝在機(jī)架上，并在第一節(jié)機(jī)械臂模塊與機(jī)架之間設(shè)有第一進(jìn)給機(jī)構(gòu)，該第一進(jìn)給機(jī)構(gòu)驅(qū)動第一節(jié)機(jī)械臂模塊整體進(jìn)給運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)I個(gè)進(jìn)給自由度，所述的第一節(jié)機(jī)械臂模塊包括第一功能執(zhí)行機(jī)構(gòu)和第一驅(qū)動機(jī)構(gòu)，其中第一驅(qū)動機(jī)構(gòu)驅(qū)動第一功能執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)2個(gè)彎曲自由度;所述的第二節(jié)機(jī)械臂模塊嵌套在第一機(jī)械臂模塊中，并通過兩者之間的第二進(jìn)給機(jī)構(gòu)驅(qū)動第二節(jié)機(jī)械臂模塊整體直線進(jìn)給運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)I個(gè)進(jìn)給自由度，所述的第二節(jié)機(jī)械臂模塊包括第二功能執(zhí)行機(jī)構(gòu)和第二驅(qū)動機(jī)構(gòu)，第二驅(qū)動機(jī)構(gòu)驅(qū)動第二功能執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)2個(gè)彎曲自由度。
[0007]所述的機(jī)架包括框架以及固定支架，框架的前端板和后端板上固定4根導(dǎo)向光軸，為機(jī)械臂模塊進(jìn)給運(yùn)動導(dǎo)向；前端板上固定第一節(jié)機(jī)械臂模塊的進(jìn)給機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)第一節(jié)機(jī)械臂模塊的整體直線進(jìn)給運(yùn)動，第一節(jié)機(jī)械臂模塊的第一功能執(zhí)行機(jī)構(gòu)的遠(yuǎn)端結(jié)構(gòu)由前端板上的孔伸出。
[0008]所述的框架上方固定一個(gè)給整個(gè)柔性機(jī)械臂系統(tǒng)供電的供電盒，供電盒內(nèi)部由兩個(gè)開關(guān)電源和相應(yīng)連接電路組成，所述的第一開關(guān)電源將220V交流電轉(zhuǎn)化為24V直流電供給第一驅(qū)動機(jī)構(gòu)、第二驅(qū)動機(jī)構(gòu)、第一進(jìn)給機(jī)構(gòu)和第二進(jìn)給機(jī)構(gòu)，其中第一驅(qū)動機(jī)構(gòu)和第一進(jìn)給機(jī)構(gòu)通過CAN總線I連接供電盒，第二驅(qū)動機(jī)構(gòu)和第二進(jìn)給機(jī)構(gòu)通過CAN總線2連接供電盒，所述的供電盒連接一手持控制器，將所述CAN總線I和所述CAN總線2轉(zhuǎn)接至所述手持控制器，所述的第二開關(guān)電源將220V交流電轉(zhuǎn)化為5V直流電供給手持控制器，通過手持控制器控制2節(jié)機(jī)械臂模塊進(jìn)給運(yùn)動或彎曲運(yùn)動，從而帶動第二節(jié)機(jī)械臂模塊末端執(zhí)行器完成不同的復(fù)雜環(huán)境的工作，并將末端執(zhí)行器的執(zhí)行情況反應(yīng)到手持控制器的顯示屏上，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。
[0009]所述的第一進(jìn)給機(jī)構(gòu)包括電機(jī)a、聯(lián)軸器a、錐齒輪、聯(lián)軸器b和絲杠a，所述的電機(jī)a通過聯(lián)軸器a驅(qū)動一對錐齒輪，錐齒輪的轉(zhuǎn)動通過聯(lián)軸器b轉(zhuǎn)換成絲杠a的轉(zhuǎn)動，絲杠a與第一節(jié)機(jī)械臂模塊相配合，實(shí)現(xiàn)第一節(jié)機(jī)械臂模塊整體直線進(jìn)給運(yùn)動；
[0010]所述的第二進(jìn)給機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)與第一進(jìn)給機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)未使用錐齒輪以外相同。
[0011]所述的第一節(jié)機(jī)械臂模塊包括第一驅(qū)動機(jī)構(gòu)和第一功能執(zhí)行機(jī)構(gòu)，所述的第一驅(qū)動機(jī)構(gòu)和第一功能執(zhí)行機(jī)構(gòu)通過4個(gè)相隔90°布置的方鍵連接；
[0012]所述的第二節(jié)機(jī)械臂模塊結(jié)構(gòu)與第一節(jié)機(jī)械臂模塊除第二功能執(zhí)行機(jī)構(gòu)的遠(yuǎn)端結(jié)構(gòu)外相同。
[0013]所述的系統(tǒng)還包括機(jī)架，第一節(jié)機(jī)械臂模塊安裝在機(jī)架上，其余各節(jié)機(jī)械臂模塊可逐級往外伸展，并可在伸展的過程中實(shí)現(xiàn)彎曲運(yùn)動，所述的機(jī)架與第一節(jié)機(jī)械臂模塊之間，以及相鄰機(jī)械臂模塊之間設(shè)有進(jìn)給機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動。
[0014]所述的機(jī)架包括框架以及固定支架，框架的前端板和后端板上固定4根導(dǎo)向光軸，為機(jī)械臂模塊進(jìn)給運(yùn)動導(dǎo)向；前端板上固定第一節(jié)的進(jìn)給機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)第一節(jié)機(jī)械臂模塊的整體直線進(jìn)給運(yùn)動，第一節(jié)機(jī)械臂模塊的功能執(zhí)行機(jī)構(gòu)的遠(yuǎn)端結(jié)構(gòu)由前端板上的孔伸出。
[0015]所述的進(jìn)給機(jī)構(gòu)包括電機(jī)a、聯(lián)軸器a、錐齒輪、聯(lián)軸器b和絲杠a，所述的電機(jī)a通過聯(lián)軸器a驅(qū)動一對錐齒輪，錐齒輪的轉(zhuǎn)動通過聯(lián)軸器b轉(zhuǎn)換成絲杠a的轉(zhuǎn)動，絲杠a與機(jī)械臂模塊相配合，實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂模塊整體直線進(jìn)給運(yùn)動。
[0016]所述的機(jī)械臂模塊包括驅(qū)動機(jī)構(gòu)和功能執(zhí)行機(jī)構(gòu)，所述的驅(qū)動機(jī)構(gòu)和功能執(zhí)行機(jī)構(gòu)通過4個(gè)相隔90°布置的方鍵連接。方鍵從驅(qū)動機(jī)構(gòu)固定板上面的T型槽插入，插至功能執(zhí)行機(jī)構(gòu)固定板的T型槽。驅(qū)動機(jī)構(gòu)固定板上的4個(gè)T型槽602與功能執(zhí)行機(jī)構(gòu)固定板上的4個(gè)T型槽均為周向相隔90°布置。
[0017]所述的驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括固定板、4個(gè)電機(jī)驅(qū)動單元、4個(gè)直線軸承、傳動螺母、電機(jī)b、絲杠b、驅(qū)動桿和圓弧片;所述的直線軸承與機(jī)架中的導(dǎo)向光軸配合，使得機(jī)械臂模塊能夠沿導(dǎo)向光軸滑動，所述的電機(jī)驅(qū)動單元是推拉驅(qū)動桿的裝置，4個(gè)電機(jī)驅(qū)動單元相隔90°分布在一個(gè)圓上，相隔180°的兩個(gè)電機(jī)驅(qū)動單元協(xié)同驅(qū)動，一個(gè)推驅(qū)動桿，一個(gè)拉驅(qū)動桿，運(yùn)動量相等，所述的圓弧片為四分之一圓弧，4片圓弧片連接成一個(gè)完整的圓片，每兩個(gè)圓片距離5-20mm分布，防止驅(qū)動桿運(yùn)動過程中受壓失穩(wěn)，所述的電機(jī)b帶動絲杠b轉(zhuǎn)動，絲杠b與第二節(jié)機(jī)械臂模塊上的傳動螺母配合，實(shí)現(xiàn)第二節(jié)機(jī)械臂模塊的整體直線進(jìn)給運(yùn)動。
[0018]所述的電機(jī)驅(qū)動單元包括電機(jī)c、聯(lián)軸器c、直齒輪、固定角碼、絲杠c、光軸、傳動螺母、壓塊a、電機(jī)控制器和電機(jī)控制器載板，電機(jī)c通過聯(lián)軸器c與直齒輪將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動傳遞到絲杠c，使得傳動螺母沿光軸進(jìn)行直線運(yùn)動，壓塊a將驅(qū)動桿壓緊在傳動螺母上，傳動螺母進(jìn)行直線運(yùn)動時(shí)，將推動或者拉動驅(qū)動桿，驅(qū)動桿另一端穿過圓弧片通過壓塊b壓緊在功能執(zhí)行機(jī)構(gòu)固定環(huán)上，四個(gè)電機(jī)驅(qū)動單元通過驅(qū)動驅(qū)動桿的運(yùn)動來驅(qū)動功能執(zhí)行機(jī)構(gòu)固定環(huán)的運(yùn)動，整個(gè)電機(jī)驅(qū)動單元通過固定角碼與固定板連接。所述的電機(jī)控制器設(shè)置在電機(jī)控制器載板上，電機(jī)控制器控制4個(gè)電機(jī)驅(qū)動單元的電機(jī)c以及第一進(jìn)給機(jī)構(gòu)的電機(jī)a，從而控制第一節(jié)機(jī)械臂模塊3個(gè)自由度的運(yùn)動。
[0019]所述的功能執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括功能執(zhí)行機(jī)構(gòu)遠(yuǎn)端結(jié)構(gòu)與功能執(zhí)行機(jī)構(gòu)近端結(jié)構(gòu)。
[0020]所述的功能執(zhí)行機(jī)構(gòu)遠(yuǎn)端結(jié)構(gòu)包括若干個(gè)圓環(huán)與若干根鋼絲，鋼絲從圓環(huán)的小孔中穿過，并且鋼絲的一端與最遠(yuǎn)端的圓環(huán)相固定，同一個(gè)機(jī)械臂模塊中，圓環(huán)的大小尺寸相同；不同的機(jī)械臂模塊中，圓環(huán)的大小尺寸不同，若干個(gè)圓環(huán)相隔5-20_布置在功能執(zhí)行機(jī)構(gòu)遠(yuǎn)端結(jié)構(gòu)上，防止鋼絲運(yùn)動過程中受壓失穩(wěn)，這樣所有的圓環(huán)的空缺部分形成一個(gè)中央管道，第二節(jié)機(jī)械臂模塊的功能執(zhí)行機(jī)構(gòu)從第一節(jié)機(jī)械臂模塊的中央管道中伸出。
[0021]所述的功能執(zhí)行機(jī)構(gòu)近端結(jié)構(gòu)包括連接盤、連接桿、導(dǎo)向管、固定板、圓環(huán)片、固定環(huán)和壓塊b，所述的連接盤與功能執(zhí)行機(jī)構(gòu)遠(yuǎn)端結(jié)構(gòu)的近端連接，并且通過4根連接桿與固定板連接，功能執(zhí)行機(jī)構(gòu)遠(yuǎn)端結(jié)構(gòu)的鋼絲通過若干根導(dǎo)向管，穿過固定板、若干個(gè)圓環(huán)片到達(dá)固定環(huán)，并固定在固定環(huán)上，若干個(gè)圓環(huán)片相隔5_20mm布置，防止鋼絲運(yùn)動過程中受壓失Ho
[0022]所述的第二節(jié)機(jī)械臂模塊的功能執(zhí)行機(jī)構(gòu)遠(yuǎn)端結(jié)構(gòu)的末端安裝有末端執(zhí)行器，該末端執(zhí)行器包括攝像頭、異物鉗、顯微鏡、內(nèi)窺鏡或機(jī)械手。
[0023]所述的末端執(zhí)行器包括攝像頭、上蓋、下蓋、電路板、若干個(gè)LED燈、異物鉗和空心金屬軟管;所述的攝像頭安裝在上蓋中，上蓋和下蓋通過螺栓合在一起，套在第二節(jié)機(jī)械臂模塊的功能執(zhí)行機(jī)構(gòu)遠(yuǎn)端結(jié)構(gòu)末端，并壓緊直徑不可變化的空心金屬軟管，空心金屬軟管內(nèi)部通過攝像頭和電路板的線纜以及異物鉗，空心金屬軟管最后接到第二節(jié)機(jī)械臂模塊的驅(qū)動機(jī)構(gòu)，可在第二節(jié)機(jī)械臂模塊的驅(qū)動機(jī)構(gòu)處控制異物鉗的開合，并且可旋轉(zhuǎn)空心金屬軟管使末端執(zhí)行器旋轉(zhuǎn)。
[0024]所述的手持控制器包括顯示屏、搖桿、按鈕、緊急關(guān)閉按鈕和手腕帶；通過按鈕啟動和關(guān)閉整個(gè)柔性機(jī)械臂系統(tǒng)，搖桿是一個(gè)三維操作搖桿，可以上下與左右搖動，并且可以繞中心軸進(jìn)行轉(zhuǎn)動，通過控制搖桿3個(gè)自由度的運(yùn)動，可以轉(zhuǎn)化為單個(gè)機(jī)械臂模塊的3個(gè)自由度，通過搖桿上的按鈕來切換被控制機(jī)械臂模塊，顯示屏用于顯示攝像頭拍攝的圖像并繪制虛擬的柔性機(jī)械臂系統(tǒng)的姿態(tài)，通過顯示屏上的虛擬按鈕切換成所需要的用戶交互界面，所述手腕帶設(shè)置在手持控制器兩端，方便用戶抓握手持控制器。
[0025]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明柔性機(jī)械臂系統(tǒng)由2個(gè)結(jié)構(gòu)相似的機(jī)械臂模塊組成。每個(gè)機(jī)械臂模塊的尺寸大小都不相同，可在整個(gè)柔性機(jī)械臂系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)模塊化的組裝，針對不同的場合使用適合的機(jī)械臂模塊進(jìn)行工作。每個(gè)機(jī)械臂模塊之間嵌套組合在一起，并且可進(jìn)行相對運(yùn)動。單節(jié)機(jī)械臂模塊有3個(gè)自由度，分別是2個(gè)彎曲自由度以及I個(gè)進(jìn)給自由度。則由2節(jié)這樣的機(jī)械臂模塊組成的柔性機(jī)械臂系統(tǒng)將擁有6個(gè)自由度。該柔性機(jī)械臂系統(tǒng)在工作時(shí)將每節(jié)機(jī)械臂模塊逐級往外伸展，并可在伸展的過程中實(shí)現(xiàn)彎曲運(yùn)動。該柔性機(jī)械臂系統(tǒng)集成不同的末端執(zhí)行器(例如，攝像頭、異物鉗等)將可以完成復(fù)雜環(huán)境內(nèi)的不同工作任務(wù)，具有運(yùn)動能力強(qiáng)、可在復(fù)雜的狹小空間工作，負(fù)載較高，精度高等優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0026]圖1是本發(fā)明的柔性機(jī)械臂系統(tǒng)立體圖；
[0027]圖2是本發(fā)明的機(jī)架立體圖；
[0028]圖3是本發(fā)明的第一節(jié)機(jī)械臂模塊進(jìn)給機(jī)構(gòu)立體圖；
[0029]圖4是本發(fā)明的機(jī)械臂模塊立體圖；
[0030]圖5是本發(fā)明的機(jī)械臂模塊驅(qū)動機(jī)構(gòu)立體圖；
[0031 ]圖6是本發(fā)明的機(jī)械臂模塊驅(qū)動機(jī)構(gòu)另一側(cè)面立體圖；
[0032]圖7是本發(fā)明的電機(jī)驅(qū)動單元立體圖；
[0033]圖8是本發(fā)明的電機(jī)驅(qū)動單元另一側(cè)面立體圖；
[0034]圖9是本發(fā)明的機(jī)械臂模塊功能執(zhí)行機(jī)構(gòu)立體圖；
[0035]圖10是本發(fā)明的機(jī)械臂模塊功能執(zhí)行機(jī)構(gòu)遠(yuǎn)端結(jié)構(gòu)立體圖；
[0036]圖11是本發(fā)明的機(jī)械臂模塊功能執(zhí)行機(jī)構(gòu)近端結(jié)構(gòu)立體圖；
[0037]圖12是本發(fā)明的柔性機(jī)械臂系統(tǒng)末端執(zhí)行器立體圖；
[0038]圖13是本發(fā)明的柔性機(jī)械臂系統(tǒng)控制系統(tǒng)接線圖；
[0039]圖14是本發(fā)明的手持控制器立體圖。
【具體實(shí)施方式】
[0040]以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明的較佳實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明，以便更清楚理解本發(fā)明的目的、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)。應(yīng)理解的是，附圖所示的實(shí)施例并不是對本發(fā)明范圍的限制，而只是為了說明本發(fā)明技術(shù)方案的實(shí)質(zhì)精神。
[0041 ] 實(shí)施例1
[0042]一種高冗余多自由度的柔性機(jī)械臂系統(tǒng)。該柔性機(jī)械臂系統(tǒng)由2節(jié)結(jié)構(gòu)相似的機(jī)械臂模塊組成。2節(jié)機(jī)械臂模塊之間嵌套組合在一起，并且可進(jìn)行相對運(yùn)動。單節(jié)機(jī)械臂模塊有3個(gè)自由度，分別是2個(gè)彎曲自由度以及I個(gè)進(jìn)給自由度。所以這個(gè)柔性機(jī)械臂系統(tǒng)將擁有6個(gè)自由度。該柔性機(jī)械臂系統(tǒng)在工作時(shí)將每節(jié)機(jī)械臂模塊逐級往外伸展，并可在伸展的過程中實(shí)現(xiàn)彎曲運(yùn)動。該柔性機(jī)械臂系統(tǒng)集成不同的末端執(zhí)行器將可以完成不同的復(fù)雜環(huán)境的工作任務(wù)。
[0043]如圖1所示，柔性機(jī)械臂系統(tǒng)的立體圖，包括機(jī)架101和兩個(gè)機(jī)械臂模塊，第一節(jié)機(jī)械臂模塊包括功能執(zhí)行機(jī)構(gòu)402和驅(qū)動機(jī)構(gòu)401，第二節(jié)機(jī)械臂模塊包括功能執(zhí)行機(jī)構(gòu)和驅(qū)動機(jī)構(gòu)105。其中，機(jī)械臂模塊的驅(qū)動機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)對功能執(zhí)行機(jī)構(gòu)的2個(gè)彎曲自由度的驅(qū)動。機(jī)架與第一節(jié)機(jī)械臂模塊間有一個(gè)進(jìn)給機(jī)構(gòu)206，可實(shí)現(xiàn)第一節(jié)機(jī)械臂模塊的整體進(jìn)給運(yùn)動。第一節(jié)機(jī)械臂模塊與第二節(jié)機(jī)械臂模塊有一個(gè)由電機(jī)b 502和絲杠503組成的進(jìn)給機(jī)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)第二節(jié)機(jī)械臂模塊的整體直線進(jìn)給運(yùn)動。其中第一節(jié)機(jī)械臂模塊的功能執(zhí)行機(jī)構(gòu)遠(yuǎn)端結(jié)構(gòu)901從孔205伸出，完成進(jìn)給運(yùn)動。第二節(jié)機(jī)械臂模塊的功能執(zhí)行機(jī)構(gòu)遠(yuǎn)端結(jié)構(gòu)103從第一節(jié)的機(jī)械臂模塊的功能執(zhí)行機(jī)構(gòu)102的中央管道中伸出，完成直線進(jìn)給運(yùn)動。
[0044]如圖2所示，所述的機(jī)架101包括框架201以及固定支架202，框架201的前端板203和后端板204上固定4根導(dǎo)向光軸207，為機(jī)械臂模塊進(jìn)給運(yùn)動導(dǎo)向；前端板203上固定第一節(jié)的進(jìn)給機(jī)構(gòu)206，實(shí)現(xiàn)第一節(jié)機(jī)械臂模塊的整體直線進(jìn)給運(yùn)動，第一節(jié)機(jī)械臂模塊的功能執(zhí)行機(jī)構(gòu)遠(yuǎn)端結(jié)構(gòu)901由前端板203上的孔205伸出。
[0045]機(jī)架與第一節(jié)機(jī)械臂模塊間的進(jìn)給機(jī)構(gòu)206，以及第一節(jié)機(jī)械臂模塊與第二節(jié)機(jī)械臂模塊之間的進(jìn)給機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)除未使用錐齒輪外相同。
[0046]如圖3所述，為進(jìn)給機(jī)構(gòu)206的結(jié)構(gòu)示意圖，所述的進(jìn)給機(jī)構(gòu)包括電機(jī)a301、聯(lián)軸器a 302、錐齒輪303、聯(lián)軸器b 304和絲杠a 305，所述的電機(jī)a 301通過聯(lián)軸器a 302驅(qū)動一對錐齒輪303，錐齒輪303的轉(zhuǎn)動通過聯(lián)軸器b 304轉(zhuǎn)換成絲杠a 305的轉(zhuǎn)動，絲杠a 305與第一節(jié)機(jī)械臂模塊上的傳動螺母504相配合，實(shí)現(xiàn)第一節(jié)機(jī)械臂模塊整體直線進(jìn)給運(yùn)動。
[0047]各節(jié)機(jī)械臂模塊的結(jié)構(gòu)除其功能執(zhí)行機(jī)構(gòu)的遠(yuǎn)端結(jié)構(gòu)大小不同外，其他結(jié)構(gòu)相同。
[0048]如圖4所示，為機(jī)械臂模塊的結(jié)構(gòu)示意圖，所述的機(jī)械臂模塊包括驅(qū)動機(jī)構(gòu)401和功能執(zhí)行機(jī)構(gòu)402，所述的驅(qū)動機(jī)構(gòu)401和功能執(zhí)行機(jī)構(gòu)402通過4個(gè)相隔90°布置的方鍵連接，方鍵從驅(qū)動機(jī)構(gòu)固定板506上面的T型槽602插入，插至功能執(zhí)行機(jī)構(gòu)固定板的T型槽1105。4個(gè)T型槽602與4個(gè)T型槽1105均為周向相隔90°布置。
[0049]如圖5、圖6，示出了驅(qū)動機(jī)構(gòu)立體圖，所述的驅(qū)動機(jī)構(gòu)401包括固定板506、4個(gè)電機(jī)驅(qū)動單元501、4個(gè)直線軸承505、傳動螺母504、電機(jī)b 502、絲杠b 503、驅(qū)動桿601和圓弧片603;所述的直線軸承505與機(jī)架中的導(dǎo)向光軸207配合，使得機(jī)械臂模塊能夠沿導(dǎo)向光軸207上滑動，所述的電機(jī)驅(qū)動單元501是推拉驅(qū)動桿601的裝置，4個(gè)電機(jī)驅(qū)動單元501相隔90°分布在一個(gè)圓上，相隔180°的兩個(gè)電機(jī)驅(qū)動單元501協(xié)同驅(qū)動，一個(gè)推驅(qū)動桿601，一個(gè)拉驅(qū)動桿601，運(yùn)動量相等，所述的圓弧片603為四分之一圓弧，4片圓弧片連接成一個(gè)完整的圓片，每兩個(gè)圓片距離5_20mm分布，防止驅(qū)動桿601運(yùn)動過程中受壓失穩(wěn)，所述的電機(jī)b502帶動絲杠b 503轉(zhuǎn)動，絲杠b 503與下一節(jié)機(jī)械臂模塊上的傳動螺母504配合，實(shí)現(xiàn)下一節(jié)機(jī)械臂模塊的整體直線進(jìn)給運(yùn)動。
[0050]如圖7、圖8，示出了電機(jī)驅(qū)動單元立體圖，所述的電機(jī)驅(qū)動單元501包括電機(jī)c701、聯(lián)軸器c 702、直齒輪703、固定角碼704、絲杠c 801、光軸802、傳動螺母803、壓塊a804、電機(jī)控制器705和電機(jī)控制器載板706，電機(jī)c 701通過聯(lián)軸器c 702與直齒輪703將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動傳遞到絲杠c 801，使得傳動螺母803沿光軸802進(jìn)行直線運(yùn)動，壓塊a 804將驅(qū)動桿601壓緊在傳動螺母803上，傳動螺母803進(jìn)行直線運(yùn)動時(shí)，將推動或者拉動驅(qū)動桿601的驅(qū)動，驅(qū)動桿601另一端穿過圓弧片603通過壓塊b 1108壓緊在功能執(zhí)行機(jī)構(gòu)固定環(huán)1107上，四個(gè)電機(jī)驅(qū)動單元通過驅(qū)動驅(qū)動桿的運(yùn)動來驅(qū)動功能執(zhí)行機(jī)構(gòu)固定環(huán)1107的運(yùn)動，整個(gè)電機(jī)驅(qū)動單元通過固定角碼704與固定板506連接。所述的電機(jī)控制器705設(shè)置在電機(jī)控制器載板706上，電機(jī)控制器705控制4個(gè)電機(jī)驅(qū)動單元501的電機(jī)c 701以及第一進(jìn)給機(jī)構(gòu)206的電機(jī)a 301，從而控制第一節(jié)機(jī)械臂模塊3個(gè)自由度的運(yùn)動。
[0051]如圖9，示出了機(jī)械臂模塊功能執(zhí)行機(jī)構(gòu)立體圖，所述的功能執(zhí)行機(jī)構(gòu)402包括功能執(zhí)行機(jī)構(gòu)遠(yuǎn)端結(jié)構(gòu)901與功能執(zhí)行機(jī)構(gòu)近端結(jié)構(gòu)902。
[0052]如圖10，示出了機(jī)械臂模塊功能執(zhí)行機(jī)構(gòu)遠(yuǎn)端結(jié)構(gòu)，所述的功能執(zhí)行機(jī)構(gòu)遠(yuǎn)端結(jié)構(gòu)901包括若干個(gè)圓環(huán)1001與若干根鋼絲1002，鋼絲1002從圓環(huán)1001的小孔中穿過，并且鋼絲的一端與最遠(yuǎn)端的圓環(huán)1003相固定(可使用膠接或者焊接等連接方式)，同一個(gè)機(jī)械臂模塊中，圓環(huán)1001的大小尺寸相同；不同的機(jī)械臂模塊中，圓環(huán)1001的大小尺寸不同，圓環(huán)1001中間的空缺部分1004是一個(gè)較大的圓。若干個(gè)圓環(huán)1001相隔5-20mm布置在功能執(zhí)行機(jī)構(gòu)遠(yuǎn)端結(jié)構(gòu)上，防止鋼絲運(yùn)動過程中受壓失穩(wěn)，這樣所有的圓環(huán)1001的空缺部分1004形成一個(gè)中央管道，第二節(jié)機(jī)械臂模塊的功能執(zhí)行機(jī)構(gòu)從上一節(jié)的中央管道中伸出。
[0053]如圖11，示出了機(jī)械臂模塊功能執(zhí)行機(jī)構(gòu)近端結(jié)構(gòu)，所述的功能執(zhí)行機(jī)構(gòu)近端結(jié)構(gòu)902包括連接盤1101、連接桿1102、導(dǎo)向管1103、固定板1104、圓環(huán)片1106、固定環(huán)1107和壓塊b 110 8，所述的連接盤1101與功能執(zhí)行機(jī)構(gòu)遠(yuǎn)端結(jié)構(gòu)的近端(與110 3相反的一端)連接(可使用膠接或者焊接等連接方式)，并且通過4根連接桿1102與固定板1104連接，功能執(zhí)行機(jī)構(gòu)遠(yuǎn)端結(jié)構(gòu)的鋼絲1002通過若干根導(dǎo)向管1103，穿過固定板1104、若干個(gè)圓環(huán)片1106到達(dá)固定環(huán)1107，并固定在固定環(huán)1107上(可使用膠接或者焊接等連接方式)，若干個(gè)圓環(huán)片1106相隔5-20mm布置，防止鋼絲運(yùn)動過程中受壓失穩(wěn)。
[0054]在驅(qū)動機(jī)構(gòu)401中4個(gè)電機(jī)驅(qū)動單元501通過推或拉驅(qū)動桿601，帶動固定環(huán)1107的翻轉(zhuǎn)，固定環(huán)1107的翻轉(zhuǎn)將推拉固定在上面的若干根鋼絲1002，被推拉的鋼絲1002通過導(dǎo)向管1103，實(shí)現(xiàn)功能執(zhí)行機(jī)構(gòu)遠(yuǎn)端結(jié)構(gòu)兩自由度的彎曲運(yùn)動。
[0055]在下面以攝像頭與異物鉗作為末端執(zhí)行器進(jìn)行說明。
[0056]如圖12，示出了柔性機(jī)械臂系統(tǒng)末端執(zhí)行器立體圖。這個(gè)末端執(zhí)行器安裝在第二節(jié)機(jī)械臂模塊的功能執(zhí)行機(jī)構(gòu)遠(yuǎn)端結(jié)構(gòu)的末端，包括攝像頭1201、上蓋1202、下蓋1203、電路板1204、若干個(gè)LED燈1205、異物鉗1206和空心金屬軟管1207。攝像頭1201安裝在上蓋1202中，上蓋1202和下蓋1203通過螺栓合在一起，套在第二節(jié)機(jī)械臂模塊的功能執(zhí)行機(jī)構(gòu)遠(yuǎn)端結(jié)構(gòu)末端，并壓緊直徑不可變化的空心金屬軟管1207?？招慕饘佘浌?207內(nèi)部通過攝像頭1201和電路板1204的線纜以及異物鉗1206?？招慕饘佘浌?207最后接到第二節(jié)機(jī)械臂模塊的驅(qū)動機(jī)構(gòu)，用戶可在第二節(jié)機(jī)械臂模塊的驅(qū)動機(jī)構(gòu)處控制異物鉗的開合，并且可旋轉(zhuǎn)空心金屬軟管1207使末端執(zhí)行器旋轉(zhuǎn)。
[0057]如圖13，示出了該柔性機(jī)械臂系統(tǒng)的接線圖。本系統(tǒng)的通信方式選用CAN總線通信協(xié)議，且每個(gè)機(jī)械臂模塊單獨(dú)使用一路CAN總線模塊進(jìn)行通信。這里的機(jī)械臂模塊不是指物理上機(jī)械臂模塊，而是指控制邏輯上的機(jī)械臂模塊，例如:第一節(jié)機(jī)械臂模塊中4個(gè)驅(qū)動功能執(zhí)行機(jī)構(gòu)402彎曲運(yùn)動的電機(jī)驅(qū)動單元501安裝在驅(qū)動機(jī)構(gòu)401上，而控制第一節(jié)機(jī)械臂模塊直線進(jìn)給運(yùn)動的電機(jī)固定在框架前端板203上，雖然這5個(gè)電機(jī)(包括進(jìn)給機(jī)構(gòu)206的電機(jī)a 301，4個(gè)電機(jī)驅(qū)動單元501的電機(jī)c 701)安裝位置不一樣，但都是控制第一節(jié)機(jī)械臂模塊運(yùn)動，所以控制這5個(gè)電機(jī)的電機(jī)控制器705 (圖7、8中的705)均連接在CAN總線I 1302上。同理，控制第二節(jié)機(jī)械臂模塊進(jìn)給運(yùn)動的電機(jī)b 502(安裝在第一節(jié)機(jī)械臂模塊的驅(qū)動機(jī)構(gòu)上)以及控制第二節(jié)機(jī)械臂模塊功能執(zhí)行機(jī)構(gòu)103彎曲運(yùn)動的電機(jī)驅(qū)動器1303均連接在CAN總線2 1304上。這兩路CAN總線均在供電盒208中轉(zhuǎn)接，然后連接至手持控制器1305中。供電盒208中其中一個(gè)開關(guān)電源將220V交流電轉(zhuǎn)化為24V直流電1306給所有電機(jī)驅(qū)動器，另一個(gè)開關(guān)電源將220V交流電轉(zhuǎn)化為5V直流電1307給手持控制器1305進(jìn)行供電。末端執(zhí)行器上的攝像頭1201的信號線直接連接手持控制器1305，攝像頭1201的圖像信號直接在手持控制器顯示屏1401上顯示。
[0058]如圖13，示出了手持控制器立體圖，包括顯示屏1401、三維操作搖桿1402、啟動關(guān)閉按鈕1404、緊急關(guān)閉按鈕1405和手腕帶1406。用戶可通過按鈕1404啟動和關(guān)閉整個(gè)柔性機(jī)械臂系統(tǒng)。搖桿1402是一個(gè)三維操作搖桿，可以上下與左右搖動，并且可以繞中心軸進(jìn)行轉(zhuǎn)動，通過控制搖桿3個(gè)自由度的運(yùn)動，可以轉(zhuǎn)化為單個(gè)機(jī)械臂模塊的3個(gè)自由度(2個(gè)彎曲自由度以及一個(gè)直線進(jìn)給自由度)。用戶可以通過搖桿1402上的按鈕1403來切換被控制機(jī)械臂模塊。顯示屏1401用于顯示攝像頭1201拍攝的圖像并繪制虛擬的柔性機(jī)械臂系統(tǒng)的姿態(tài)，另外可通過顯示屏1401上的虛擬按鈕切換成所需要的用戶交互界面。手持控制器兩端的手腕帶1406方便用戶抓握手持控制器。
[0059]以上已詳細(xì)描述了本發(fā)明的較佳實(shí)例，但應(yīng)理解到，在閱讀了本發(fā)明的上述講授內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改。這些等價(jià)形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種模塊化高冗余多自由度柔性機(jī)械臂系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括機(jī)架、第一節(jié)機(jī)械臂模塊和第二節(jié)機(jī)械臂模塊，所述的第一節(jié)機(jī)械臂模塊安裝在機(jī)架上，并在第一節(jié)機(jī)械臂模塊與機(jī)架之間設(shè)有第一進(jìn)給機(jī)構(gòu)(206)，該第一進(jìn)給機(jī)構(gòu)(206)驅(qū)動第一節(jié)機(jī)械臂模塊整體進(jìn)給運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)I個(gè)進(jìn)給自由度，所述的第一節(jié)機(jī)械臂模塊包括第一功能執(zhí)行機(jī)構(gòu)和第一驅(qū)動機(jī)構(gòu)，其中第一驅(qū)動機(jī)構(gòu)驅(qū)動第一功能執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)2個(gè)彎曲自由度;所述的第二節(jié)機(jī)械臂模塊嵌套在第一機(jī)械臂模塊中，并通過兩者之間的第二進(jìn)給機(jī)構(gòu)驅(qū)動第二節(jié)機(jī)械臂模塊整體直線進(jìn)給運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)I個(gè)進(jìn)給自由度，所述的第二節(jié)機(jī)械臂模塊包括第二功能執(zhí)行機(jī)構(gòu)和第二驅(qū)動機(jī)構(gòu)，第二驅(qū)動機(jī)構(gòu)驅(qū)動第二功能執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)2個(gè)彎曲自由度。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模塊化高冗余多自由度柔性機(jī)械臂系統(tǒng)，其特征在于，所述的機(jī)架包括框架(201)以及固定支架(202)，框架(201)的前端板(203)和后端板(204)上固定4根導(dǎo)向光軸(207)，為機(jī)械臂模塊進(jìn)給運(yùn)動導(dǎo)向；前端板(203)上固定第一節(jié)機(jī)械臂模塊的進(jìn)給機(jī)構(gòu)(206)，實(shí)現(xiàn)第一節(jié)機(jī)械臂模塊的整體直線進(jìn)給運(yùn)動，第一節(jié)機(jī)械臂模塊的第一功能執(zhí)行機(jī)構(gòu)的遠(yuǎn)端結(jié)構(gòu)(901)由前端板(203)上的孔(205)伸出。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種模塊化高冗余多自由度柔性機(jī)械臂系統(tǒng)，其特征在于，所述的框架(201)上方固定一個(gè)給整個(gè)柔性機(jī)械臂系統(tǒng)供電的供電盒(208)，供電盒(208)內(nèi)部由兩個(gè)開關(guān)電源和相應(yīng)轉(zhuǎn)接電路組成，所述的第一開關(guān)電源將220V交流電轉(zhuǎn)化為24V直流電供給第一驅(qū)動機(jī)構(gòu)、第二驅(qū)動機(jī)構(gòu)、第一進(jìn)給機(jī)構(gòu)(206)和第二進(jìn)給機(jī)構(gòu)，其中第一驅(qū)動機(jī)構(gòu)和第一進(jìn)給機(jī)構(gòu)(206)通過CAN總線I連接供電盒(208)，第二驅(qū)動機(jī)構(gòu)和第二進(jìn)給機(jī)構(gòu)通過CAN總線2連接供電盒(208)，所述的供電盒(208)連接一手持控制器，將所述CAN總線I和所述CAN總線2轉(zhuǎn)接至所述手持控制器，所述的第二開關(guān)電源將220V交流電轉(zhuǎn)化為5V直流電供給手持控制器。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模塊化高冗余多自由度柔性機(jī)械臂系統(tǒng)，其特征在于，所述的第一進(jìn)給機(jī)構(gòu)(206)包括電機(jī)a(301)、聯(lián)軸器a(302)、錐齒輪(303)、聯(lián)軸器b(304)和絲杠a(305)，所述的電機(jī)a(301)通過聯(lián)軸器a(302)驅(qū)動一對錐齒輪(303)，錐齒輪(303)的轉(zhuǎn)動通過聯(lián)軸器b(304)轉(zhuǎn)換成絲杠a(305)的轉(zhuǎn)動，絲杠a(305)與第一節(jié)機(jī)械臂模塊相配合，實(shí)現(xiàn)第一節(jié)機(jī)械臂模塊整體直線進(jìn)給運(yùn)動。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模塊化高冗余多自由度柔性機(jī)械臂系統(tǒng)，其特征在于，所述的第一節(jié)機(jī)械臂模塊包括第一驅(qū)動機(jī)構(gòu)(401)和第一功能執(zhí)行機(jī)構(gòu)(402)，所述的第一驅(qū)動機(jī)構(gòu)(401)和第一功能執(zhí)行機(jī)構(gòu)(402)通過4個(gè)相隔90°布置的方鍵連接。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種模塊化高冗余多自由度柔性機(jī)械臂系統(tǒng)，其特征在于，所述的驅(qū)動機(jī)構(gòu)(401)包括固定板(506)、4個(gè)電機(jī)驅(qū)動單元(501), 4個(gè)直線軸承(505),傳動螺母(504)、電機(jī)b(502)、絲杠b(503)、驅(qū)動桿(601)和圓弧片(603);所述的直線軸承(505)與機(jī)架中的導(dǎo)向光軸(207)配合，使得機(jī)械臂模塊能夠沿導(dǎo)向光軸(207)滑動，所述的電機(jī)驅(qū)動單元(501)是推拉驅(qū)動桿(601)的裝置，4個(gè)電機(jī)驅(qū)動單元(501)相隔90°分布在一個(gè)圓上，相隔180°的兩個(gè)電機(jī)驅(qū)動單元(501)協(xié)同驅(qū)動，一個(gè)推驅(qū)動桿(601)，一個(gè)拉驅(qū)動桿(601)，運(yùn)動量相等，所述的圓弧片(603)為四分之一圓弧，4片圓弧片連接成一個(gè)完整的圓片，所述的電機(jī)b(502)帶動絲杠b(503)轉(zhuǎn)動，絲杠b(503)與下第二節(jié)機(jī)械臂模塊上的傳動螺母(504)配合，實(shí)現(xiàn)第二節(jié)機(jī)械臂模塊的整體直線進(jìn)給運(yùn)動。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種模塊化高冗余多自由度柔性機(jī)械臂系統(tǒng)，其特征在于，所述的電機(jī)驅(qū)動單元(501)包括電機(jī)c(701)、聯(lián)軸器c(702)、直齒輪(703)、固定角碼(704)、絲杠c(801)、光軸(802)、傳動螺母(803)、壓塊a(804)、電機(jī)控制器(705)和電機(jī)控制器載板(706)，電機(jī)c(701)通過聯(lián)軸器c(702)與直齒輪(703)將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動傳遞到絲杠c(801)，使得傳動螺母(803)沿光軸(802)進(jìn)行直線運(yùn)動，壓塊a(804)將驅(qū)動桿(601)壓緊在傳動螺母(803)上，傳動螺母(803)進(jìn)行直線運(yùn)動時(shí)，將推動或者拉動驅(qū)動桿(601)的驅(qū)動，驅(qū)動桿(601)另一端穿過圓弧片(603)通過壓塊b(1108)壓緊在功能執(zhí)行機(jī)構(gòu)固定環(huán)(1107)上，四個(gè)電機(jī)驅(qū)動單元通過控制驅(qū)動桿的運(yùn)動來控制功能執(zhí)行機(jī)構(gòu)固定環(huán)(1107)的運(yùn)動，整個(gè)電機(jī)驅(qū)動單元通過固定角碼(704)與固定板(506)連接;所述的電機(jī)控制器(705)設(shè)置在電機(jī)控制器載板(706)上，電機(jī)控制器(705)控φ?」4個(gè)電機(jī)驅(qū)動單元(501)的電機(jī)c(701)以及第一進(jìn)給機(jī)構(gòu)(206)的電機(jī)a (301)。8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種模塊化高冗余多自由度柔性機(jī)械臂系統(tǒng)，其特征在于，所述的功能執(zhí)行機(jī)構(gòu)(4 O 2)包括功能執(zhí)行機(jī)構(gòu)遠(yuǎn)端結(jié)構(gòu)(9 OI)與功能執(zhí)行機(jī)構(gòu)近端結(jié)構(gòu)(902)。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種模塊化高冗余多自由度柔性機(jī)械臂系統(tǒng)，其特征在于，所述的功能執(zhí)行機(jī)構(gòu)遠(yuǎn)端結(jié)構(gòu)(901)包括若干個(gè)圓環(huán)(1001)與若干根鋼絲(1002)，鋼絲(1002)從圓環(huán)(1001)的小孔中穿過，并且鋼絲的一端與最遠(yuǎn)端的圓環(huán)(I 003)相固定，同一節(jié)機(jī)械臂模塊中，圓環(huán)(1001)的大小尺寸相同；不同的機(jī)械臂模塊中，圓環(huán)(1001)的大小尺寸不同，若干個(gè)圓環(huán)(1001)相隔5-20mm布置在功能執(zhí)行機(jī)構(gòu)遠(yuǎn)端結(jié)構(gòu)上，防止鋼絲運(yùn)動過程中受壓失穩(wěn)，所有的圓環(huán)(1001)的空缺部分(1004)形成一個(gè)中央管道，第二節(jié)機(jī)械臂模塊的功能執(zhí)行機(jī)構(gòu)從第一節(jié)機(jī)械臂模塊的中央管道中伸出。10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種模塊化高冗余多自由度柔性機(jī)械臂系統(tǒng)，其特征在于，所述的功能執(zhí)行機(jī)構(gòu)近端結(jié)構(gòu)(902)包括連接盤(1101)、連接桿(1102)、導(dǎo)向管(1103)、固定板(1104)、圓環(huán)片(1106)、固定環(huán)(1107)和壓塊b(1108)，所述的連接盤(1101)與功能執(zhí)行機(jī)構(gòu)遠(yuǎn)端結(jié)構(gòu)的近端連接，并且通過4根連接桿(1102)與固定板(1104)連接，功能執(zhí)行機(jī)構(gòu)遠(yuǎn)端結(jié)構(gòu)的鋼絲(1002)通過若干根導(dǎo)向管(1103)，穿過固定板(1104)、若干個(gè)圓環(huán)片(1106)到達(dá)固定環(huán)(I 107)，并固定在固定環(huán)(I 107)上，若干個(gè)圓環(huán)片(I 106)相隔5-20mm布置，防止鋼絲運(yùn)動過程中受壓失穩(wěn)。11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的一種模塊化高冗余多自由度柔性機(jī)械臂系統(tǒng)，其特征在于，所述的第二節(jié)機(jī)械臂模塊的功能執(zhí)行機(jī)構(gòu)遠(yuǎn)端結(jié)構(gòu)的末端安裝有末端執(zhí)行器，該末端執(zhí)行器包括攝像頭、異物鉗、顯微鏡、內(nèi)窺鏡或機(jī)械手。12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的一種模塊化高冗余多自由度柔性機(jī)械臂系統(tǒng)，其特征在于，所述的末端執(zhí)行器包括攝像頭(1201)、上蓋(1202)、下蓋(1203)、電路板(1204)、若干個(gè)LED燈(1205)、異物鉗(1206)和空心金屬軟管(1207);所述的攝像頭(1201)安裝在上蓋(1202)中，上蓋(1202)和下蓋(1203)通過螺栓合在一起，套在第二節(jié)機(jī)械臂模塊的功能執(zhí)行機(jī)構(gòu)遠(yuǎn)端結(jié)構(gòu)末端，并壓緊直徑不可變化的空心金屬軟管(1207)，空心金屬軟管(1207)內(nèi)部通過攝像頭(1201)和電路板(1204)的線纜以及異物鉗(1206)，空心金屬軟管(1207)最后接到第二節(jié)機(jī)械臂模塊的驅(qū)動機(jī)構(gòu)，可在第二節(jié)機(jī)械臂模塊的驅(qū)動機(jī)構(gòu)處控制異物鉗的開合，并且可旋轉(zhuǎn)空心金屬軟管(1207)使末端執(zhí)行器旋轉(zhuǎn)。13.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種模塊化高冗余多自由度柔性機(jī)械臂系統(tǒng)，其特征在于，所述的手持控制器包括顯示屏(1401)、搖桿(1402)、按鈕(1404)、緊急關(guān)閉按鈕(1405)和手腕帶(1406);通過按鈕(1404)啟動和關(guān)閉整個(gè)柔性機(jī)械臂系統(tǒng)，搖桿(1402)是一個(gè)三維操作搖桿，可以上下與左右搖動，并且可以繞中心軸進(jìn)行轉(zhuǎn)動，通過控制搖桿(I 40 2) 3個(gè)自由度的運(yùn)動，可以轉(zhuǎn)化為單個(gè)機(jī)械臂模塊的3個(gè)自由度，通過搖桿(1402)上的按鈕(1403)來切換被控制機(jī)械臂模塊，顯示屏(1401)用于顯示攝像頭(1201)拍攝的圖像并繪制虛擬的柔性機(jī)械臂系統(tǒng)的姿態(tài)，通過顯示屏(1401)上的虛擬按鈕切換成所需要的用戶交互界面，所述手腕帶(1406)設(shè)置在手持控制器兩端，方便用戶抓握手持控制器。
【文檔編號】B25J18/06GK105856213SQ201610227400
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月13日
【發(fā)明人】徐凱, 朱向陽, 陽志雄, 劉歡, 朱志軍, 韓亮亮
【申請人】上海交通大學(xué), 上海宇航系統(tǒng)工程研究所