可重构绳驱动的柔性外肢体机械臂及机器人

本发明涉及机器人，具体涉及一种可重构绳驱动的柔性外肢体机械臂及机器人。

背景技术：

1、随着经济和科技的不断发展，各式各样的机器人应运而生，应用于各行各业服务人类。其中柔性机器人通过模仿自然界中的蛇、象鼻等动物器官的运动机理，虽然自身没有活动的关节，却能通过连续的柔性变形来实现运动和抓取操作。这种新型的仿生机器人具有传统的离散机器人所无可比拟的优良的弯曲性能因为可以柔顺而灵活地改变自身的形状所以能够根据周围环境而灵活改变自身形状，对狭窄的工作空间和无序的环境有着特殊的适应性，所以具有广阔的应用前景。

2、但是，现有的柔性外肢体机器人受机械臂整体尺寸限制，其工作空间相对单一，机械臂尺寸无法调整，无法适应超出其工作空间或小于其工作空间的环境作业。再者，机械臂为连接盘串联而成，驱动绳索需布置在连接盘上，面对驱动绳索老旧、损坏，更换起来及其繁琐、耗时。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种可重构绳驱动的柔性外肢体机械臂，本发明可以根据任务需求现场选用合适数量的机械臂单元进行组装，实现对不同操作对象拥有更好的空间可达性。

2、为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种可重构绳驱动的柔性外肢体机械臂，包括第一弯曲关节、第二弯曲关节、第一驱动绳索组和第二驱动绳索组；其中；

3、所述第一弯曲关节和所述第二弯曲关节相串联，且分别包括一个机械臂单元或至少两个相串联的机械臂单元；

4、所述机械臂单元的一端配置有榫部，另一端配置有卯部，相邻两个机械臂单元通过榫部与卯部的配合相串联；

5、所述第一驱动绳索组连接所述第一弯曲关节的末端，所述第二驱动绳索组连接所述第二弯曲关节的末端。

6、进一步提供了一种抗扭转性能好的机械臂单元的具体结构，所述机械臂单元还包括在所述榫部和所述卯部之间依次层叠排列的多个连接骨架；其中，

7、所述榫部、所述卯部和所述连接骨架统称为连接件，相邻连接件的中心部位之间形成球头球窝连接，相邻连接件之间连接有两个关于中心对称的弹簧片，所述弹簧片的拱面朝内，相邻两层弹簧片采用十字形交错方式排列。

8、进一步为了方便驱动绳穿过连接骨架，并防止在机械臂弯曲的过程中驱动绳因幅度过大脱离连接骨架，所述第一驱动绳索组具有沿周向均布的四根第一驱动绳索，所述第二驱动绳索组具有沿周向均布的四根第二驱动绳索，所述第一驱动绳索组位于所述第二驱动绳索组所围成的区域内；其中，

9、每个连接骨架均设有四组关于其中心呈90度旋转对称的绳索槽，每组绳索槽包括用于供第一驱动绳索穿过的第一驱动绳槽和用于供第二驱动绳索穿过的第二驱动绳槽，第一驱动绳槽和第二驱动绳槽的开口朝向相反，且槽底在径向上对齐；

10、所述所述连接骨架具有两种，分别是第一连接骨架和第二连接骨架，所述第一连接骨架和所述第二连接骨架交替设置，第一连接骨架和第二连接骨架相对应的第一驱动绳槽的开口朝向相反，相对应的第二驱动绳槽的开口朝向亦相反。

11、进一步为了更好地约束驱动绳在驱动绳槽内的位置，每个连接骨架上装配有四个连接盘绳索扣，所述连接盘绳索扣呈s形，包括两个弯曲方向相反的弧形弹片和连接在两个弧形弹片之间的连接片，所述连接片与所述连接骨架相连，每个弧形弹片镶嵌在绳索槽的第一驱动绳槽和第二驱动绳槽中的一个内，用于将第一驱动绳索或第二驱动绳索约束在槽底。

12、进一步为了方便驱动绳进入驱动绳槽内，所述第一驱动绳槽和所述第二驱动绳槽的开口呈v字形，并做圆角处理，且小端部朝向槽底。

13、进一步为了防止在机械臂弯曲的过程中相配合的榫部和卯部发生相对位移或偏转，所述榫部包括第一主体部和设置在所述第一主体部的中心位置的榫头，所述卯部包括第二主体部和设置在所述第二主体部的中心位置的卯眼；其中，

14、所述榫头嵌入所述卯眼，所述第一主体部和所述第二主体部相抵，所述第一主体部和第二主体部的抵接面分别沿周向均设有八个磁吸部件凹槽，每个磁吸部件凹槽内均镶嵌有磁吸部件。

15、进一步为了方便驱动绳穿过榫部和卯部，所述第一主体部和所述第二主体部均沿周向设有四个穿绳槽组，所述穿绳槽组包括分别沿轴向贯穿的键槽、第一弧形槽和第二弧形槽，所述所述第一弧形槽和所述第二弧形槽在径向上对齐，所述第一弧形槽的外径小于所述第二弧形槽的内径，所述键槽的槽深方向位于径向上，且分别连通所述第一弧形槽和所述第二弧形槽；其中，

16、在所述第一主体部和所述第二主体部的键槽相对齐时，所述第一主体部和所述第二主体部的磁吸部件相对齐，所述第一驱动绳索和所述第二驱动绳索可沿槽深方向进入所述键槽内，在所述第二主体部由键槽对齐状态相对于所述第一主体部朝相应方向旋转45°时，所述第一驱动绳索沿周向进入所述第一弧形槽内，所述第二驱动绳索沿周向进入所述第二弧形槽内。

17、进一步为了防止在机械臂弯曲幅度过大时榫头脱离卯眼，所述榫头的自由端沿周向均设有四个挡块，所述挡块沿径向外凸，所述卯眼的开口具有配合板，所述配合板开设有与所述榫头的自由端和四个挡块的形状相匹配的配合孔，在所述第一主体部和所述第二主体部的键槽相对齐时，所述榫头可穿过所述配合孔进入所述卯眼内。

18、进一步，可重构绳驱动的柔性外肢体机械臂还包括柔性夹爪，所述柔性夹爪安装在所述第二弯曲关节的末端；

19、进一步为了增加机械臂的抗扭矩能力，第一弯曲关节和第二弯曲关节所形成的机械臂本体外部包裹有编织薄膜。

20、本发明还提供了一种机器人，包括：

21、可穿戴于人体的背包；

22、两个可重构绳驱动的柔性外肢体机械臂，两个可重构绳驱动的柔性外肢体机械臂安装于所述背包的左右两侧。

23、采用上述技术方案后，本发明具有以下有益效果：

24、1、本发明中的机械臂采用可重构结构，相比传统连续型机械臂，拥有更好的空间选择性，机械臂的可重构设计，可以根据不同的工作环境、工作方式和穿戴人员，选择第一弯曲关节和第二弯曲关节的可重构的机械臂单元的个数，并且进行快速组装；

25、2、本发明中的快速穿绳设计，克服了传统的机械臂穿绳困难的问题，极大地提高了机械臂的穿绳效率。

技术特征：

1.一种可重构绳驱动的柔性外肢体机械臂，其特征在于，

2.根据权利要求1所述的可重构绳驱动的柔性外肢体机械臂，其特征在于，

3.根据权利要求2所述的可重构绳驱动的柔性外肢体机械臂，其特征在于，

4.根据权利要求3所述的可重构绳驱动的柔性外肢体机械臂，其特征在于，

5.根据权利要求4所述的可重构绳驱动的柔性外肢体机械臂，其特征在于，

6.根据权利要求3所述的可重构绳驱动的柔性外肢体机械臂，其特征在于，

7.根据权利要求6所述的可重构绳驱动的柔性外肢体机械臂，其特征在于，

8.根据权利要求7所述的可重构绳驱动的柔性外肢体机械臂，其特征在于，

9.根据权利要求1所述的可重构绳驱动的柔性外肢体机械臂，其特征在于，

10.一种机器人，其特征在于，

技术总结
本发明涉及一种可重构绳驱动的柔性外肢体机械臂，包括第一弯曲关节、第二弯曲关节、第一驱动绳索组和第二驱动绳索组；其中；所述第一弯曲关节和所述第二弯曲关节相串联，且分别包括一个机械臂单元或至少两个相串联的机械臂单元；所述机械臂单元的一端配置有榫部，另一端配置有卯部，相邻两个机械臂单元通过榫部与卯部的配合相串联；所述第一驱动绳索组连接所述第一弯曲关节的末端，所述第二驱动绳索组连接所述第二弯曲关节的末端。本发明可以根据任务需求现场选用合适数量的机械臂单元进行组装，实现对不同操作对象拥有更好的空间可达性。

技术研发人员：齐飞,孙杰,李宵灵,张恒,朱靖,裴海珊,李忆阳,张翔宇,米琰玮,董姝慧,谢金龙,陈璐瑶,王治淞,朱昊桢,于文强,张旭哲,许欣悦
受保护的技术使用者：常州大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12