利索能及
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专利号: 2021107195918
申请人: 燕山大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-07-01
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种仿生交叉鱼骨形连续体机器人机械臂,其包括箱体、柔性机械臂、驱动绳索、驱动电机模块和控制模块;所述柔性机械臂的一端通过螺栓固定在所述箱体上;所述驱动绳索、驱动电机模块和控制模块固定在所述箱体内;所述驱动绳索穿设所述柔性机械臂;所述控制模块通过所述驱动电机模块控制所述驱动绳索驱动所述柔性机械臂动作,其特征在于:

所述柔性机械臂包括端盖、若干节仿鱼骨基本模块和若干个中间连接盘,相邻的两节所述仿鱼骨基本模块通过所述中间连接盘交叉串联在一起,所述端盖固定在所述仿鱼骨基本模块的端部;

所述仿鱼骨基本模块包括刚柔混合的仿生鱼骨架和弹簧钢片;

所述刚柔混合的仿生鱼骨架由3D打印技术一次性打印成型,且其中间为一长条形矩形骨架,所述长条形矩形骨架由柔性材料3D打印成型,模仿鱼的脊柱;在所述长条形矩形骨架的内部、贯穿骨架的首尾开有矩形通孔;在所述长条形矩形骨架上,垂直于骨架间隔地设有若干片鱼片,所述鱼片由刚性材料3D打印成型,模仿鱼的肋骨;所述鱼片为十字形,且其各个端部均为圆弧状,其端部周向均布有四组、每组两个用于穿设所述驱动绳索的第一穿线孔;

所述弹簧钢片穿设在所述长条形矩形骨架的矩形通孔中;所述弹簧钢片为一矩形的能弯曲的柔性钢片,所述弹簧钢片的两端的中间处各开有一用于插接的矩形开口,所述弹簧钢片的两端的上端部和下端部分别设有安装孔;

当相邻的两节所述仿鱼骨基本模块通过所述中间连接盘串联时,相邻的两块所述弹簧钢片相互垂直叉接。

2.根据权利要求1所述一种仿生交叉鱼骨形连续体机器人机械臂,其特征在于:所述驱动绳索分为上、下、左、右四组,每组包括两根所述驱动绳索,所述驱动绳索分别穿设于构成所述仿生鱼骨基本模块的所述鱼片周向均布的所述第一穿线孔;

四组所述驱动绳索对向布置,位于上的面一组的所述驱动绳索驱动所述柔性机械臂上仰,位于下面的一组所述驱动绳索驱动所述柔性机械臂下俯,位于左面的一组所述驱动绳索驱动所述柔性机械臂向左弯曲,位于右面的一组所述驱动绳索驱动所述柔性机械臂向右弯曲。

3.根据权利要求2所述一种仿生交叉鱼骨形连续体机器人机械臂,其特征在于:所述柔性机械臂包括前后端盖、四节仿鱼骨基本模块和三个中间连接盘;

所述四组、每组两根驱动绳索的长度为一长一短;

所述第一组、两根驱动绳索的第一端与所述驱动电机模块相连,其中,短的所述驱动绳索的第二端固定在第一个所述中间连接盘的上端,长的所述驱动绳索的第二端固定在第三个所述中间连接盘的上端,用于控制柔性机械臂上仰;

所述第二组、两根驱动绳索的第一端与所述驱动电机模块相连,其中,短的所述驱动绳索的第二端固定在第一个所述中间连接盘的下端,长的所述驱动绳索的第二端固定在第三个所述中间连接盘的下端,用于控制柔性机械臂下俯;

所述第三组、两根驱动绳索的第一端与所述驱动电机模块相连,其中,短的所述驱动绳索的第二端固定在第二个所述中间连接盘的左端,长的所述驱动绳索的第二端固定在机械臂活动端的所述端盖的左端,用于控制柔性机械臂向左弯曲;

所述第四组、两根驱动绳索的第一端与所述驱动电机模块相连,其中,短的所述驱动绳索的第二端固定在所述第二个中间连接盘的右端,长的所述驱动绳索的第二端固定在机械臂活动端的所述端盖的右端,用于控制柔性机械臂的向右弯曲。

4.根据权利要求1‑3之一所述一种仿生交叉鱼骨形连续体机器人机械臂,其特征在于:所述中间连接盘为十字形,且其形状与十字形所述鱼片的形状相同;

所述中间连接盘的四个端部的周向均布有四组、每组两个用于穿设所述驱动绳索的第二穿线孔;

在所述中间连接盘的前后面的中间处,沿所述中间连接盘的四个伸出的端臂,开有一个横向矩形插槽和一个纵向矩形插槽;在所述横向矩形插槽和纵向矩形插槽的两端各开有一个用于固定插入的所述弹簧钢板的第一安装孔;

在组装柔性机械臂时,将前一节所述仿鱼骨基本模块的弹簧钢片插入所述中间连接盘前面的纵向矩形插槽内,将后一节所述仿鱼骨基本模块旋转90度,将后一节所述仿鱼骨基本模块的弹簧钢片插入同一所述中间连接盘背面的横向矩形插槽内;使相邻的两节所述仿鱼骨基本模块交叉串联连接,两者呈90度共同插入连接处的同一所述中间连接盘上,所述前一节仿鱼骨基本模块呈垂直布置实现偏转功能,所述后一节仿鱼骨基本模块呈水平布置实现俯仰功能。

5.根据权利要求4所述一种仿生交叉鱼骨形连续体机器人机械臂,其特征在于:所述端盖为一法兰盘,在所述法兰盘上凸设有十字形架;

所述十字形架的形状与十字形所述鱼片的形状相同,所述十字形架的四个端部、周向均布设有四组、每组两个用于穿设驱动绳索的第三穿线孔;在所述十字形架的正面中间处,开有一个用于插固所述弹簧钢板的纵向矩形插槽,在所述矩形插槽的两端各设有一用于固定插入的所述弹簧钢板的第二安装孔;

当多节所述防鱼骨基本模块通过所述中间连接盘串联在一起后,将首、尾两节所述仿鱼骨基本模块的弹簧钢片的端部分别插入所述端盖的插槽中,并通过螺栓将所述弹簧钢片与所述端盖固定在一起,组装成一个完整的柔性机械臂。

6.根据权利要求5所述一种仿生交叉鱼骨形连续体机器人机械臂,其特征在于:所述驱动电机模块包括八个电机、一个A型电机保持架、一个B型电机保持架、三个C型电机保持架和八个绕线轮;

所述A型电机保持架为拱形结构,位于整个模块的中部,将整个电机布局空间分成四部分恰好与所述柔性机械臂端盖上的十字分布的四组第三穿线孔相互对应;所述A型电机保持架的底部螺栓连接固定在所述箱体上,其顶部与所述B型电机保持架通过螺栓相连;

所述B型电机保持架为m型结构,位于所述A型电机保持架上方,在其顶部设计有两个法兰结构用于安装固定两个所述电机,其底部空间放置有两个所述绕线轮;

所述C型电机保持架为L型结构,三个所述C型电机保持架分别分布在所述A型电机保持架的内部和左右两侧,每个所述C型电机保持架纵向安装固定有两个所述电机和两个所述绕线轮,所述C型电机保持架通过螺栓与所述箱体相连接。

7.根据权利要求6所述一种仿生交叉鱼骨形连续体机器人机械臂,其特征在于:所述控制模块包括电源、单片机、分压器和八个电机驱动模块;所述电源经所述分压器分别为八个所述电机提供工作电源,所述单片机的信号输出端通过八个所述电机驱动模块分别控制八个所述电机的运转或停止。

8.根据权利要求7所述一种仿生交叉鱼骨形连续体机器人机械臂,其特征在于:所述控制模块还包括一呈阶梯状的控制器保持架,八个所述电机驱动模块通过螺栓固定在该控制器保持架上;所述电源、单片机和分压器也通过螺栓固定在该控制器保持架上。