一种基于万向结构的异侧联动式柔性机械臂的制作方法

本发明涉及机械臂领域，尤其涉及一种基于万向结构的异侧联动式柔性机械臂。

背景技术：

近年来，随着机器人技术的发展，应用高速、高精度、高负载自重比的机器人结构受到工业和航空航天领域的关注。由于运动过程中关节和连杆的柔性效应的增加，使结构发生变形从而使任务执行的精度降低。所以，机器人机械臂结构柔性特征必须予以考虑，实现柔性机械臂高精度有效控制也必须考虑系统动力学特性。柔性机械臂是一个非常复杂的动力学系统，其动力学方程具有非线性、强耦合、实变等特点。柔性机械臂不仅是一个刚柔耦合的非线性系统，而且也是系统动力学特性与控制特性相互耦合即机电耦合的非线性系统。和现在常用的刚性机械臂相比，柔性机械臂具有灵敏度高、承载能力强、能适应特殊环境等多种优点。

目前的柔性机械臂，由于组成的零部件种类和数量繁多，导致结构复杂，成本较高，并不能很好的推广到诸如工业机械自动化装配、管道故障检测修复等多种领域，因此，设计一种能推广运用的原理简单、结构轻巧、成本低廉的柔性机械臂是亟待解决的问题。

技术实现要素：

本发明旨在解决上述所提及的技术问题，提供一种结构简单、能够全角度弯曲的基于万向结构的柔性机械臂。

本发明是通过以下的技术方案实现的：一种基于万向结构的异侧联动式柔性机械臂，包括若干个串联的十字轴、连接相邻十字轴的万向结构、和动力组件：

十字轴包括相互垂直并在中部固连的转轴一和转轴二；

万向结构的两端分别固连于相邻的十字轴的中部，万向结构包括子万向节和母万向节，子万向节包括连杆和固连于连杆朝向母万向节一端的球状体，球状体外表面之间平行设置有若干条第一滑槽，母万向节包括连杆和固连于连杆朝向子万向节一端的固定爪，固定爪由若干条与第一滑槽对应的固定条组成，固定条沿球状体外表面之间弯曲，且每根固定条朝向球状体的一侧均设置有第二滑槽，对应的第一滑槽和第二滑槽中可滚动的容置有球体，使子万向节和母万向节可转动的卡接在一起；

动力组件包括设置于十字轴一侧的滑轮、若干条钢线、设置于十字轴上的固定部，固定部包括设置于相邻且位于滑轮远端的转轴一/转轴二上的第一固定部、设置于相邻且位于滑轮近端的转轴一/转轴二上的第二固定部，第一固定部设置于转轴一/转轴二的一端，第二固定部设置于相邻的转轴一/转轴二的另一端，钢线的两端与第一固定部和第二固定部分别连接，最靠近滑轮的钢线穿过滑轮设置，其余钢线与钢线所在的十字轴朝向滑轮一侧的相邻的十字轴的中部固定连接。

优选地，所述固定部与十字轴通过插接连接的方式固定。

优选地，所述球体、第一滑槽和第二滑槽的表面均覆盖有磁性材料。

优选地，所述固定条均设置于球状体外表面的一个同心球面上，所述同心球面的半径大于球状体外表面的半径。

优选地，包括可伸缩的软性面，十字轴中的转轴一和转轴二的端部均抵接在所述软性面的内壁上。

优选地，所述滑轮的转动中心固连有电机的输出轴，电机通过正转或反转带动滑轮顺时针或逆时针转动。

有益效果是：本基于万向结构的异侧联动式柔性机械臂通过在串联的十字轴之间设置易于转动的万向结构，结合穿插于十字轴之间的由滑轮、钢线等组成动力组件，使机械臂能够方便的实现全角度的转动，其原理简单、结构轻巧、成本低廉，能够适用于工业机械自动化装配、管道故障检测修复等多种领域。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图做简单说明。显然，所描述的附图只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员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设计方案和附图。

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明十字轴和万向结构的示意图；

图3为本发明万向结构的示意图；

图4为本发明的使用状态示意图。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其它实施例，均属于本发明的保护范围。另外，文中所提到的所有连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少连接辅件，来组成更优的连接结构。本发明创造中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。

具体实施例，如图1至4所示，一种基于万向结构的异侧联动式柔性机械臂，包括若干个串联的十字轴2、连接相邻十字轴2的万向结构3、和动力组件：

其中，十字轴2包括相互垂直并在中部固连的转轴一21和转轴二22；万向结构3的两端分别固连于相邻的十字轴2的中部，万向结构3包括子万向节31和母万向节32，子万向节31包括连杆和固连于连杆朝向母万向节32一端的球状体31a，球状体31a外表面之间平行设置有若干条第一滑槽31b，母万向节32包括连杆和固连于连杆朝向子万向节31一端的固定爪32a，固定爪32a由若干条与第一滑槽31b对应的固定条组成，固定条沿球状体31a外表面之间弯曲，且每根固定条朝向球状体31a的一侧均设置有第二滑槽32b，对应的第一滑槽31b和第二滑槽32b中可滚动的容置有球体33，使子万向节31和母万向节32可转动的卡接在一起；动力组件包括设置于十字轴2一侧的滑轮11、若干条钢线12、设置于十字轴2上的固定部，固定部包括设置于相邻且位于滑轮11远端的转轴一21/转轴二22上的第一固定部13a、设置于相邻且位于滑轮11近端的转轴一21/转轴二22上的第二固定部13b，第一固定部13a设置于转轴一21/转轴二22的一端，第二固定部13b设置于相邻的转轴一21/转轴二22的另一端，钢线12的两端与第一固定部13a和第二固定部13b分别连接，最靠近滑轮11的钢线12穿过滑轮11设置，其余钢线12与钢线12所在的十字轴2朝向滑轮一侧的相邻的十字轴2的中部固定连接。

固定条均设置于球状体31a外表面的一个同心球面上，上述同心球面的半径大于球状体31a外表面的半径，且所述球体33、第一滑槽31b和第二滑槽32b的表面均覆盖有磁性材料。当球体33在子万向节31上的第一滑槽31b和母万向节32上的第二滑槽32b之间滚动时，球体33不会从第一滑槽31b和第二滑槽32b中滚出。

固定部与十字轴2通过插接连接的方式固定，使固定部和钢线12能更牢固的固定在十字轴2上。

当该柔性机械臂处于未弯曲的初始状态时，如图4所示，各十字轴2之间均保持相互平行的关系，此时电机不工作，滑轮11没有转动；当柔性机械臂需要进行弯曲时，例如当该柔性机械臂需要向图1和图4中的左侧弯曲时，电机转动带动滑轮11沿逆时针方向转动。连接第一固定部13a的钢线12往靠近滑轮11的方向收缩，带动第一固定部13a所在的转轴一21/转轴二22向下弯曲，同时连接第二固定部13b的钢线12往远离滑轮11的方向放松，带动第二固定部13b所在的转轴一21/转轴二22向上弯曲，同时其它十字轴2的转轴一21/转轴二22的左侧也向下弯曲，其它十字轴2的转轴一21/转轴二22的右侧向下弯曲也向上弯曲，使所有十字轴2整体向左侧弯曲，而由于十字轴2中的转轴一21和转轴二22的端部均抵接在所述软性面4的内壁上，所有十字轴2整体向左侧弯曲，带动可伸缩的软性面4向左侧弯曲，从而使整个柔性机械臂向左侧弯曲。

同理，结合柔性机械臂自身一定角度的旋转，即可方便的实现柔性机械臂全角度的弯曲，使柔性机械臂能够根据需要调整弯曲的方向和角度。

以上实施例不局限于该实施例自身的技术方案，实施例之间可以相互结合成新的实施例。以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而并非对其进行限制，凡未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明技术方案的范围内。