【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及機器人領(lǐng)域，具體涉及一種基于折紙的模塊化超冗余機械臂以及抓取機械手。
技術(shù)介紹
1、超冗余機械臂是當前機器人領(lǐng)域的一個研究熱點，當前的超冗余機械臂以串聯(lián)型索牽機械臂為主，這種機械臂通過對多個串聯(lián)關(guān)機的驅(qū)動以實現(xiàn)超冗余操作，能夠有效的完成既定任務(wù)。例如中國專利文獻cn117301033a公布了一種以電磁力為驅(qū)動的超冗余機械臂，包括機械臂頂部模塊、垂直關(guān)節(jié)模塊、水平關(guān)節(jié)模塊、軸承和機械臂底座，頂部模塊上留有通孔，用于放置機械爪進行物件抓取或僅用于器械或窺鏡的引導(dǎo)。該現(xiàn)有技術(shù)利用電磁力來驅(qū)動和控制運動，基于多個相互獨立的電磁驅(qū)動單元，每個單元都包含一個電磁鐵及其控制電路，通過精確地控制電磁力的大小和方向，可以實現(xiàn)對機械臂運動的高度精確控制，從而使其適用于需要高精度操作的應(yīng)用領(lǐng)域。
2、現(xiàn)有超冗余機械臂的主要不足體現(xiàn)在以下幾個方面：第一是當前超冗余機械臂因不具備折展功能而導(dǎo)致其占用大量的空間，提高了存儲和運輸?shù)碾y度，這對于機械臂的實際使用造成了一定的影響，尤其是面向宇航需求時，折展性能的要求是十分苛刻的，大的自身體積對于運載系統(tǒng)來說是難以接受的。第二是結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差，現(xiàn)有的很多超冗余機械臂運用了大量的球副結(jié)構(gòu)，球副的工作空間小，潤滑條件差，易于發(fā)生變形或失穩(wěn)，導(dǎo)致機械臂的運動變得不可控，這可能會在執(zhí)行任務(wù)時導(dǎo)致任務(wù)失敗，需要進一步的采取特殊措施來避免奇異位形的出現(xiàn)，從而形成安全穩(wěn)定的超冗余操作。第三是剛度小，當前的超冗余機械臂多采用串聯(lián)關(guān)節(jié)型，這種方式為關(guān)節(jié)的連接處制造了強大的應(yīng)力集中，容易導(dǎo)致關(guān)節(jié)的破損，降低機
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、為至少部分解決現(xiàn)有技術(shù)中所存在的不足，本專利技術(shù)的主要目的是提供一種具有大折展比、大剛度及可拓展性強的基于折紙的模塊化超冗余機械臂以及抓取機械手。
2、為了實現(xiàn)上述主要目的，本專利技術(shù)第一方面公開了一種基于折紙的模塊化超冗余機械臂，其包括基座和設(shè)置在基座上的機械臂主體，機械臂主體包括多個沿第一方向依次排列的折展單元；
3、折展單元為桁架式單元，其包括兩個框架板和兩個運動支鏈，兩個框架板分別為在第一方向上間隔設(shè)置且互相平行的第一框架板和第二框架板，兩個運動支鏈并聯(lián)設(shè)置在第一框架板和第二框架板之間；
4、運動支鏈為單自由度支鏈，其包括兩個連接板以及并聯(lián)設(shè)置的兩個中間折疊板；兩個連接板分別為上連接板和下連接板，上連接板通過轉(zhuǎn)動副r1與第一框架板相連接，下連接板通過轉(zhuǎn)動副r2與第二框架板相連接，其中，轉(zhuǎn)動副r1和轉(zhuǎn)動副r2的回轉(zhuǎn)軸線相平行并布置在與第一方向相垂直的第二方向上；
5、上連接板和下連接板均為梯形板，中間折疊板分別通過轉(zhuǎn)動副r3、轉(zhuǎn)動副r4分別與上連接板、下連接板相對應(yīng)的腰邊相連接；其中，中間折疊板包括第一折疊板和第二折疊板，第一折疊板和第二折疊板通過轉(zhuǎn)動副r5相連接，轉(zhuǎn)動副r5的回轉(zhuǎn)軸線布置與第一方向相垂直的第三方向上；
6、其中，折展單元中的兩個運動支鏈的折展高度相同時，兩個框架板保持平行而進行折展單元的展開；折展單元中的兩個運動支鏈的展開高度不同時，兩個框架板產(chǎn)生相對旋轉(zhuǎn)而進行折展單元的彎曲。
7、根據(jù)本專利技術(shù)的一種具體實施方式，折展單元中的兩個運動支鏈的折展高度相同且同步展開時，兩個框架板保持平行且在第一方向相對齊；折展單元中的兩個運動支鏈的折展高度相同且異步展開時，第一框架板與第二框架板保持平行且在第一方向相錯開。
8、根據(jù)本專利技術(shù)的一種具體實施方式，框架板呈方形，兩個運動支鏈分別連接在同一框架板對向的兩個側(cè)邊。
9、進一步地，第一折疊板和第二折疊板完全展開時與連接板處于同一平面內(nèi)并呈現(xiàn)為梯形，此時運動支鏈整體呈現(xiàn)為方形，折展單元呈現(xiàn)為四棱柱狀。
10、進一步地，轉(zhuǎn)動副r3、轉(zhuǎn)動副r4始終處于同一平面內(nèi)，并且在第一折疊板和第二折疊板完全展開時轉(zhuǎn)動副r3和轉(zhuǎn)動副r4的回轉(zhuǎn)軸線相垂直。
11、根據(jù)本專利技術(shù)的一種具體實施方式，相鄰折展單元中的框架板連接在一起或者共用同一個框架板。
12、根據(jù)本專利技術(shù)的一種具體實施方式，折展單元中的框架板通過轉(zhuǎn)動副r6與基座連接，轉(zhuǎn)動副r6的回轉(zhuǎn)軸線沿第一方向設(shè)置。
13、根據(jù)本專利技術(shù)的一種具體實施方式，折展單元的數(shù)目為4-12個。
14、本專利技術(shù)第二方面提供了一種抓取機械手，其包括多個如權(quán)利要求1-8任一項的基于折紙的模塊化超冗余機械臂，其中，多個模塊化超冗余機械臂中的基座裝配在一起或者共用同一個基座。
15、根據(jù)本專利技術(shù)的一種具體實施方式，模塊化超冗余機械臂的數(shù)目為3-6個。
16、本專利技術(shù)具有以下有益效果：提供了一種基于折紙的模塊化超冗余機械臂，其采用折紙機構(gòu)為基礎(chǔ)進行折展單元的設(shè)計，具有強大的可折展屬性，能形成有效的折展比；同時，折展單元將桁架式結(jié)構(gòu)與并聯(lián)機構(gòu)相協(xié)同，在折展單元中布置有兩條運動支鏈，進而便于兩個框架板形成并聯(lián)結(jié)構(gòu)來保持整體結(jié)構(gòu)的剛度；每個運動支鏈僅有一個自由度，從而有效的減少驅(qū)動的數(shù)目，通過控制運動支鏈的折展，即可控制折展單元的折展，具有折展比大的優(yōu)點。
17、本專利技術(shù)的機械臂具有一機多用的特性，基于其本身的多自由度特性，不僅可用于超冗余操作，還可以用于抓取機械手的周知，從而形成具有包絡(luò)特性的抓取機械手并用于非合作目標的抓取；對于在軌作業(yè)來說，一機多用具有重要的實用性，可有效的降低研發(fā)成本和節(jié)約資源，為在軌維護和回收技術(shù)提供一種可參考技術(shù)。
18、本專利技術(shù)的機械臂僅采用轉(zhuǎn)動副，不包含球副等難以控制的運動副，整體運動非常可靠。
19、為了更清楚地說明本專利技術(shù)的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點，下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本專利技術(shù)作進一步的詳細說明。
本文檔來自技高網(wǎng)...【技術(shù)保護點】
1.基于折紙的模塊化超冗余機械臂，其特征在于包括基座和設(shè)置在所述基座上的機械臂主體，所述機械臂主體包括多個沿第一方向依次排列的折展單元；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于折紙的模塊化超冗余機械臂，其特征在于：所述折展單元中的兩個所述運動支鏈的折展高度相同且同步展開時，兩個所述框架板保持平行且在第一方向相對齊；所述折展單元中的兩個所述運動支鏈的折展高度相同且異步展開時，所述第一框架板與所述第二框架板保持平行且在第一方向相錯開。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于折紙的模塊化超冗余機械臂，其特征在于：所述框架板呈方形，兩個所述運動支鏈分別連接在同一所述框架板對向的兩個側(cè)邊。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于折紙的模塊化超冗余機械臂，其特征在于：所述第一折疊板和所述第二折疊板完全展開時與所述連接板處于同一平面內(nèi)并呈現(xiàn)為梯形，此時所述運動支鏈整體呈現(xiàn)為方形，所述折展單元呈現(xiàn)為四棱柱狀。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于折紙的模塊化超冗余機械臂，其特征在于：轉(zhuǎn)動副R3、轉(zhuǎn)動副R4始終處于同一平面內(nèi)，并且在所述第一折疊板和所述第二折疊板完全展開時轉(zhuǎn)動副R3和轉(zhuǎn)動
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于折紙的模塊化超冗余機械臂，其特征在于：相鄰所述折展單元中的所述框架板連接在一起或者共用同一個所述框架板。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于折紙的模塊化超冗余機械臂，其特征在于：所述折展單元中的所述框架板通過轉(zhuǎn)動副R6與所述基座連接，轉(zhuǎn)動副R6的回轉(zhuǎn)軸線沿第一方向設(shè)置。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于折紙的模塊化超冗余機械臂，其特征在于：所述折展單元的數(shù)目為4-12個。
9.抓取機械手，其特征在于包括多個如權(quán)利要求1-8任一項所述的基于折紙的模塊化超冗余機械臂，其中，多個模塊化超冗余機械臂中的基座裝配在一起或者共用同一個基座。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的抓取機械手，其特征在于：模塊化超冗余機械臂的數(shù)目為3-6個。
...【技術(shù)特征摘要】
1.基于折紙的模塊化超冗余機械臂，其特征在于包括基座和設(shè)置在所述基座上的機械臂主體，所述機械臂主體包括多個沿第一方向依次排列的折展單元；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于折紙的模塊化超冗余機械臂，其特征在于：所述折展單元中的兩個所述運動支鏈的折展高度相同且同步展開時，兩個所述框架板保持平行且在第一方向相對齊；所述折展單元中的兩個所述運動支鏈的折展高度相同且異步展開時，所述第一框架板與所述第二框架板保持平行且在第一方向相錯開。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于折紙的模塊化超冗余機械臂，其特征在于：所述框架板呈方形，兩個所述運動支鏈分別連接在同一所述框架板對向的兩個側(cè)邊。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于折紙的模塊化超冗余機械臂，其特征在于：所述第一折疊板和所述第二折疊板完全展開時與所述連接板處于同一平面內(nèi)并呈現(xiàn)為梯形，此時所述運動支鏈整體呈現(xiàn)為方形，所述折展單元呈現(xiàn)為四棱柱狀。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于折紙的模...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：高長青，余均然，王瀚林，趙永杰，吳嘉俊，王土坤，
申請(專利權(quán))人：汕頭大學，
類型：發(fā)明
國別省市：
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