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专利号: 2025104031609
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:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.基于杆绳复合驱动的多级连续体机器人,其特征在于:包括丝杠滑台驱动模组(1)、杆驱动系统(2)、可展开绳索支架(3)、形状记忆合金、至少一个运动盘、驱动绳索(8)和导绳轮组件(9);

所述丝杠滑台驱动模组(1)包括若干丝杠滑台单元组件(11),各丝杠滑台单元组件(11)的滑台(115)均连接有一个驱动绳索(8);

所述杆驱动系统(2)包括主支撑结构、卷盘驱动电机、卷盘(24)、摩擦驱动单元(28)和固定板(29),所述卷盘驱动电机、卷盘(24)的数量为多个,且以预设的规则设置于主支撑结构上,各卷盘驱动电机均与对应的卷盘(24)相连,各卷盘(24)通过对应的形状记忆合金与对应的运动盘相连,通过卷盘(24)的转动进而驱动形状记忆合金的卷绕与释放,实现运动盘的动作,所述摩擦驱动单元(28)、固定板(29)的数量为多个,各摩擦驱动单元(28)分别设置于对应的固定板(29)上,用于实现形状记忆合金的导向;

所述可展开绳索支架(3)的数量为若干个,分别设置于主支撑结构用于对驱动绳索(8)导向的面上,各可展开绳索支架(3)均包括支架位置调整机构、支架(34)、和导绳轮组件(9),所述导绳轮组件(9)用于实现驱动绳索(8)的导向,所述驱动绳索(8)与对应的运动盘相连,其中一部分导绳轮组件(9)安装在支架(34)上,另一部分导绳轮组件(9)安装在杆驱动系统(2)的主支撑结构外部,所述支架(34)与支架位置调整机构相连,所述支架位置调整机构用于调整可展开绳索支架(3)相对于主支撑结构的角度。

2.根据权利要求1所述的基于杆绳复合驱动的多级连续体机器人,其特征在于:所述丝杠滑台单元组件(11)还包括导绳管(12)、导绳板(13)、导管(14)、型材连接件(15)、型材支架(16)和固定铝板(17),所述丝杠滑台驱动模组(1)由三行四列布置的共12台丝杠滑台单元组件(11)组成,并通过螺栓与角码固定在铝板(17)和型材支架(16)上;导绳板(13)位于丝杠滑台驱动模组(1)右侧端面中心,并通过型材连接件(15)固定在导管(14)上;导管(14)通过型材连接件(15)将丝杠滑台驱动模组(1)与杆驱动系统(2)连接;丝杠滑台驱动模组(1)每一行的四台丝杠滑台单元组件(11)通过驱动绳索(8)分别控制机器人单级运动盘的四个方向,所述运动盘包括的Ⅰ级运动盘(5)、Ⅱ级运动盘(6)和Ⅲ级运动盘(7),三行丝杠滑台单元组件(11)分别控制机器人的Ⅰ级运动盘(5)、Ⅱ级运动盘(6)和Ⅲ级运动盘(7)的四个转动方向。

3.根据权利要求2所述的基于杆绳复合驱动的多级连续体机器人,其特征在于:所述丝杠滑台单元组件(11)包括丝杠驱动电机(111)、丝杠联轴器(112)、轴承支座(113)、丝杠(114)、滑台(115)和导绳管支座(116),驱动绳索(8)一端固定在丝杠滑台单元组件(11)的滑台(115)上,随着滑台(115)在丝杠(114)上的移动进而带动驱动绳索(8)的收紧与放松,驱动绳索(8)的另一端通过导绳管支座(116)连接至导绳管(12)中,最后在导绳板(13)中穿出,进入可展开绳索支架当中,所述导绳板(13)位于丝杠滑台驱动模组(1)右侧端面中心,导绳孔(131)左侧与导绳管(12)固定连接,以使驱动绳索(8)穿过,型材连接件(15)镜像布置于导绳板(13)的左右两侧,并通过型材连接件孔(132)固定,从而限制导绳板(13)的横向位移,导管(14)从导管孔(133)穿过,并与型材连接件(15)固定,从而限制导绳板(13)的纵向位移和前后位移。

4.根据权利要求1所述的基于杆绳复合驱动的多级连续体机器人,其特征在于:所述主支撑结构由型材支架组成基本框架,外侧用支架固定板(21)进行封闭,在所述支架固定板(21)上安装导绳轮组件(9)和可展开绳索支架(3);所述卷盘驱动电机为直角电机(23),通过三级摩擦驱动单元(28)对形状记忆合金进行辅助导向与驱动,从而实现机器人操作臂的伸缩功能。

5.根据权利要求4所述的基于杆绳复合驱动的多级连续体机器人,其特征在于:所述直角电机(23)通过螺栓固定在电机固定板(22)上,其输出轴通过联轴器(26)和轴承座(25)将传动轴(27)固定,卷盘(24)通过键连接固定在传动轴(27),通过传动轴(27)的转动进而带动卷盘(24)的转动,所述摩擦驱动单元(28)设置为三级驱动模式,与三级杆驱动模式相对应,Ⅰ级摩擦驱动单元(28)设置在Ⅰ级运动盘(5)所对应的形状记忆合金通过的固定板(29)处,Ⅱ级摩擦驱动单元(28)设置在Ⅱ级运动盘(6)所对应的形状记忆合金通过的固定板(29)处,Ⅲ级摩擦驱动单元(28)设置在Ⅲ级运动盘(7)所对应的形状记忆合金通过的固定板(29)处,三级摩擦驱动单元(28)各自独立工作,互不影响。

6.根据权利要求5所述的基于杆绳复合驱动的多级连续体机器人,其特征在于:所述摩擦驱动单元(28)包含摩擦轮固定架(281)、支杆(282)、摩擦轮传动轴(283)、联轴器(284)、微型电机(285)、电机固定板(286)和摩擦轮(287);支杆(282)通过螺栓固定在摩擦轮固定架(281)上,摩擦轮固定架(281)和电机固定板(286)又通过螺栓与固定板(29)固定;单个摩擦驱动单元(28)由圆周等距布置的三组摩擦轮驱动套件组成,三组摩擦轮驱动套件的机械结构和驱动参数完全一致,形状记忆合金从三个摩擦轮(287)组成的中心穿过,通过三个摩擦轮(287)的挤压和旋转对形状记忆合金进行辅助导向与驱动,从而实现机器人操作臂的伸缩功能。

7.根据权利要求1所述的基于杆绳复合驱动的多级连续体机器人,其特征在于:所述支架位置调整机构包括第一电动推杆(33)和第二电动推杆(35),所述可展开绳索支架(3)包含推杆固定板(31)、U型固定座(32)、第一电动推杆(33)、支架(34)、第二电动推杆(35)、直线导轨(36)和导轨滑块(37);第一电动推杆(33)和第二电动推杆(35)布置在支架(34)的两侧,通过两个电动推杆的同时伸展与收缩,实现可展开绳索支架角度的调整,电动推杆通过U型固定座(32)和连接销(38)分别与推杆固定板(31)和支架(34)连接,支架(34)也通过U型固定座(32)和连接销(38)与导轨滑块(37)连接,直线导轨(36)通过螺栓固定在支架固定板(21)上。

8.根据权利要求7所述的基于杆绳复合驱动的多级连续体机器人,其特征在于:所述支架(34)包含三组纵向等距布置的导绳轮组件(9),分别支撑Ⅰ级运动盘(5)、Ⅱ级运动盘(6)和Ⅲ级运动盘(7)的驱动绳索(8),支架(34)的底部通过U型固定座(32)和连接销(38)固定在导轨滑块(37)上,随着导轨滑块(37)在直线导轨(36)上运动,进而将机器人的驱动绳索(8)撑开,形成绳驱并联的结构。

9.根据权利要求1所述的基于杆绳复合驱动的多级连续体机器人,其特征在于:所述形状记忆合金、Ⅰ级运动盘(5)、Ⅱ级运动盘(6)和Ⅲ级运动盘(7)共同组成机器人的操作臂部分;形状记忆合金的一端通过螺钉固定在杆驱动系统(2)的卷盘(24)上,跟随卷盘(24)的转动实现形状记忆合金的卷绕与释放,形状记忆合金的另一端则穿过各级固定板和各级运动盘与相对应的机器人运动盘通过杆盘连接件(100)固定,杆盘连接件(100)的一段通过螺钉与形状记忆合金固定连接,另一端则通过螺栓与机器人运动盘连接,从而形成操作臂的主体结构;在形状记忆合金穿过各级固定板和各级运动盘时,均设置有直线轴承(10)支撑,直线轴承(10)焊接固定在机器人的各级固定板和运动盘上。

10.根据权利要求1所述的基于杆绳复合驱动的多级连续体机器人,其特征在于:所述导绳轮组件(9)包含导绳轮(91)、导绳轮传动轴(92)、套筒支座(93)、弹簧(94)、弹簧固定板(95)和导向杆(96),导绳轮(91)通过导绳轮传动轴(92)固定在套筒支座(93)上,导向杆(96)的底座焊接固定在机器人固定板和固定杆上,另一端则通过弹簧(94)和弹簧固定板(95)伸入套筒支座(93)中,弹簧(94)的一端固定在套筒支座(93)的底部,另一端与弹簧固定板(95)固定,弹簧固定板(95)通过螺栓与机器人的固定板和固定杆相连接;在机器人工作时,导绳轮(91)在驱动绳索(8)的拉力作用下,可使得套筒支座(93)压紧弹簧(94),从而在弹簧(94)的弹力作用下使得驱动绳索(8)始终保持在张紧状态。