一種基于肌肉群原理的超靈巧機(jī)械臂驅(qū)動(dòng)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種機(jī)械臂驅(qū)動(dòng)裝置，具體涉及一種基于肌肉群原理的超靈巧機(jī)械臂驅(qū)動(dòng)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]超靈巧機(jī)械臂(Hyper-Dexterous Manipulator，HDM)是一種在復(fù)雜的或者非結(jié)構(gòu)環(huán)境中面對各種未知任務(wù)能夠像蛇、象鼻或者章魚觸手等一樣具有驚人的運(yùn)動(dòng)、操作和靈巧性能的機(jī)器人。由于其固有的超靈巧特性，超靈巧機(jī)械臂在受限空間或狹小空間面對未知任務(wù)的運(yùn)動(dòng)和操作能力遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的關(guān)節(jié)式機(jī)械臂，在空間操控、工業(yè)及醫(yī)療等領(lǐng)域中都具有重要的應(yīng)用價(jià)值及潛在價(jià)值，體現(xiàn)了機(jī)器人技術(shù)的進(jìn)步方向。
[0003]在醫(yī)療領(lǐng)域，超靈巧機(jī)械臂在介入操作過程中最大限度地利用了機(jī)械臂與生物組織的柔性及其相互間的被動(dòng)順應(yīng)運(yùn)動(dòng)，從而擺脫了對運(yùn)動(dòng)學(xué)精確計(jì)算及主動(dòng)控制的依賴，其機(jī)構(gòu)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更多關(guān)注于微創(chuàng)、無創(chuàng)等功能要求。而對于空間操控和工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，其運(yùn)動(dòng)的主動(dòng)控制能力和控制精度卻是一個(gè)基本的功能要求。這就引出了超靈巧機(jī)械臂在空間操控和工業(yè)應(yīng)用中的一個(gè)最重要特征就是其末端作業(yè)載荷通常遠(yuǎn)高于醫(yī)療領(lǐng)域?，F(xiàn)有的超靈巧機(jī)械臂往往采用縮短節(jié)長度或者臂桿長度和增加驅(qū)動(dòng)器數(shù)目的方式來獲取較高的負(fù)載能力，但是驅(qū)動(dòng)器數(shù)目的增加，會(huì)使控制系統(tǒng)變得復(fù)雜、功耗增加、成本增加。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為解決現(xiàn)有超靈巧機(jī)械臂采用縮短節(jié)長度或者臂桿長度以及增加驅(qū)動(dòng)器數(shù)目的方式來獲取較高的負(fù)載能力，進(jìn)而導(dǎo)致控制系統(tǒng)變得復(fù)雜、功耗增加、成本增加的問題，提出了一種基于肌肉群原理的超靈巧機(jī)械臂驅(qū)動(dòng)裝置。
[0005]本發(fā)明為解決上述問題采取的技術(shù)方案是:
[0006]本發(fā)明的一種基于肌肉群原理的超靈巧機(jī)械臂驅(qū)動(dòng)裝置包括包括箱體、三套導(dǎo)向滑輪組、三套驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和三套絕對位置傳感器，所述箱體包括三個(gè)條形連接框，所述三個(gè)條形連接框之間固定連接制為一體，所述三個(gè)條形連接框以機(jī)械臂本體軸向方向的中心軸線為中心均勻分布在機(jī)械臂本體的下方，每個(gè)條形連接框?qū)?yīng)有一套驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，每套驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可拆卸連接在其對應(yīng)的條形連接框上，每套驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)上設(shè)置有一套絕對位置傳感器，三套導(dǎo)向滑輪組以機(jī)械臂本體軸向方向的中心軸線為中心均勻分布在機(jī)械臂本體的周圍，每套導(dǎo)向滑輪組固定連接在箱體的頂面上；
[0007]每套驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括電機(jī)、減速器、運(yùn)動(dòng)輸出軸和驅(qū)動(dòng)輪組，所述減速器固定安裝在箱體上，電機(jī)的輸出軸通過減速器與運(yùn)動(dòng)輸出軸的一端相連接，所述運(yùn)動(dòng)輸出軸的另一端設(shè)置在箱體內(nèi)，驅(qū)動(dòng)輪組固定安裝在運(yùn)動(dòng)輸出軸上。
[0008]本發(fā)明的具有以下有益效果:
[0009]本發(fā)明將肌肉群的原理應(yīng)用于超靈巧機(jī)械臂驅(qū)動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)，通過三組驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)了十五路運(yùn)動(dòng)輸出，每組驅(qū)動(dòng)器的輸出轉(zhuǎn)矩高達(dá)10Nm ;本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)緊湊、集成度高、可靠度高、易于維護(hù)的優(yōu)點(diǎn)；本發(fā)明采用肌肉群式的驅(qū)動(dòng)裝置，結(jié)構(gòu)簡單，效率高，節(jié)約了成本，簡化了超靈巧機(jī)械臂驅(qū)動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)。
【附圖說明】
[0010]圖1為本發(fā)明和機(jī)械臂本體1連接的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011]圖2為三套驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)2的主視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖3為圖2中A-A處的剖面圖；
[0013]圖4為減速器2-2與轉(zhuǎn)接框架2-3連接的分解示意圖；
[0014]圖5為端蓋2-9與箱體2-15連接的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖6為驅(qū)動(dòng)輪組2-6的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖7為一個(gè)滑輪2-16與兩個(gè)第一軸承2-17之間連接關(guān)系的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖8為絕對位置傳感器5的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖9為機(jī)械臂本體1的主視結(jié)構(gòu)剖面圖；
[0019]圖10為機(jī)械臂本體1、驅(qū)動(dòng)腱繩4和本發(fā)明之間連接關(guān)系的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]【具體實(shí)施方式】一:結(jié)合圖1?圖10具體說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式包括箱體2-15、三套導(dǎo)向滑輪組、三套驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)2和三套絕對位置傳感器5，所述箱體2-15包括三個(gè)條形連接框，所述三個(gè)條形連接框之間固定連接制為一體，所述三個(gè)條形連接框以機(jī)械臂本體1軸向方向的中心軸線為中心均勻分布在機(jī)械臂本體1的下方，每個(gè)條形連接框?qū)?yīng)有一套驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)2，每套驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)2可拆卸連接在其對應(yīng)的條形連接框上，每套驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)2上設(shè)置有一套絕對位置傳感器5，三套導(dǎo)向滑輪組以機(jī)械臂本體1軸向方向的中心軸線為中心均勻分布在機(jī)械臂本體1的周圍，每套導(dǎo)向滑輪組固定連接在箱體2-15的頂面上；
[0021]每套驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)2包括電機(jī)2-1、減速器2-2、運(yùn)動(dòng)輸出軸2_4和驅(qū)動(dòng)輪組2_6，所述減速器2-2固定安裝在箱體2-15上，電機(jī)2-1的輸出軸通過減速器2-2與運(yùn)動(dòng)輸出軸2_4的一端相連接，所述運(yùn)動(dòng)輸出軸2-4的另一端設(shè)置在箱體2-15內(nèi)，驅(qū)動(dòng)輪組2-6固定安裝在運(yùn)動(dòng)輸出軸2-4上。
[0022]本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單緊湊、集成度高、可靠度高、易于維護(hù)的優(yōu)點(diǎn)，將肌肉群的原理應(yīng)用于超靈巧機(jī)械臂驅(qū)動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)，節(jié)約了成本，簡化了超靈巧機(jī)械臂驅(qū)動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)，通過三組驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)了十五路運(yùn)動(dòng)輸出，每組驅(qū)動(dòng)器的輸出轉(zhuǎn)矩高達(dá)10Nm。
[0023]本發(fā)明為機(jī)械臂本體1的驅(qū)動(dòng)裝置，機(jī)械臂本體1為一種超靈巧機(jī)械臂，機(jī)械臂本體1包括六維力傳感器組件1-1、中空支撐管1-4、轉(zhuǎn)接桿1-5、多個(gè)椎骨組件1-2和多個(gè)椎間盤1-3，所述多個(gè)椎骨組件1-2和多個(gè)椎間盤1-3同軸設(shè)置且交替連接形成機(jī)械臂骨架，每個(gè)椎間盤1-3的上端和下端分別設(shè)置有一個(gè)椎骨組件1-2，所述六維力傳感器組件1-1固定安裝在機(jī)械臂骨架中處于最頂端的椎骨組件1-2上，所述中空支撐管1-4穿設(shè)在所有的椎骨組件1-2和椎間盤1-3中，所述轉(zhuǎn)接桿1-5位于機(jī)械臂骨架的下方且與機(jī)械臂骨架同軸設(shè)置，所述轉(zhuǎn)接桿1-5為階梯型桿體，所述轉(zhuǎn)接桿1-5的小徑端設(shè)置在機(jī)械臂骨架中處于最底端的椎骨組件1-2上，所述轉(zhuǎn)接桿1-5內(nèi)加工有空腔，所述空腔與中空支撐管1-4的下端相連通，十五根驅(qū)動(dòng)腱繩4均設(shè)置在機(jī)械臂骨架和三套驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)2之間。
[0024]每個(gè)椎骨組件1-2包括椎骨本體、大固定套、兩個(gè)鎖緊螺母、三個(gè)小固定套和三個(gè)腱繩穿過塊，所述椎骨本體的兩端沿其長度方向各加工有一個(gè)圓形凹槽，每個(gè)圓形凹槽的槽內(nèi)壁上沿其圓周方向均勻加工有多個(gè)豁口，所述大固定套套裝在椎骨本體上，所述大固定套的外壁上沿其圓周方向均勻布置有三個(gè)小固定套，所述大固定套、三個(gè)小固定套和椎骨本體之間固定連接制為一體，每個(gè)固定套內(nèi)可拆卸連接有一個(gè)腱繩穿過塊每個(gè)腱繩穿過塊上加工有五個(gè)腱繩穿過孔，每個(gè)腱繩穿過孔內(nèi)穿設(shè)有一根驅(qū)動(dòng)腱繩4，兩個(gè)鎖緊螺母分別套裝在椎骨本體的兩端且每個(gè)鎖緊螺母與大固定套相貼緊。
[0025]【具體實(shí)施方式】二:結(jié)合圖1、圖2和圖7具體說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式中每兩套相鄰導(dǎo)向滑輪組之間的夾角為120°，每套導(dǎo)向滑輪組包括支撐板2-18和多個(gè)滑輪2-16，所述支撐板2-18豎直設(shè)置，支撐板2-18的下端固定連接在箱體2_15上，支撐板2_18的一側(cè)與機(jī)械臂本體1的外壁相連接，支撐板2-18上加工有多個(gè)階梯孔，每個(gè)階梯孔內(nèi)設(shè)置有一個(gè)滑輪2-16。如此設(shè)置是為了引導(dǎo)驅(qū)動(dòng)腱繩4的走向，使驅(qū)動(dòng)腱繩4穩(wěn)定地安裝在驅(qū)動(dòng)輪組2-6上，減小摩擦和能量損失，保證驅(qū)動(dòng)腱繩4的使用壽命。其它組成及連接關(guān)系與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0026]【具體實(shí)施方式】三:結(jié)合圖2、圖5和圖7具體說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式中每套導(dǎo)向滑輪組中滑輪2-16的個(gè)數(shù)為九個(gè)，每個(gè)滑輪2-16通過兩個(gè)第一軸承2-17安裝在其對應(yīng)的支撐板2-18上。
[0027]本實(shí)施方式中為使驅(qū)動(dòng)腱繩4能夠穩(wěn)定地安裝在驅(qū)動(dòng)輪組2-6上，每根驅(qū)動(dòng)腱繩4需要兩個(gè)滑輪2-16來引導(dǎo)其走向，以使驅(qū)動(dòng)腱繩4的走向相切于驅(qū)動(dòng)輪組2-6的邊緣，而連接在機(jī)械臂骨架中最頂端的椎骨組件1-2上的驅(qū)動(dòng)腱繩4由于結(jié)構(gòu)和空間的限制僅需要一個(gè)滑輪2-16就可以引導(dǎo)其正確的走向，所以每套導(dǎo)向滑輪組包括九個(gè)滑輪2-16。每套導(dǎo)向滑輪組的結(jié)構(gòu)及位置關(guān)系是通過多次樣品試驗(yàn)得出。其它組成及連接關(guān)系與【具體實(shí)施方式】二相同。
[0028]【具體實(shí)施方式】四:結(jié)合圖3具體說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式中每套驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)2還包括轉(zhuǎn)接框架2-3、運(yùn)動(dòng)輸出軸2-4、第二軸承2-5、軸套2-7、第三軸承2_8、端蓋2_9、擋圈2-10和轉(zhuǎn)接軸2-11，所述減速器2-2通過轉(zhuǎn)接框架2-3固定安裝在箱體2_15上，運(yùn)動(dòng)輸出軸2-4的一端通過型孔與減速器2-2的輸出軸連接，動(dòng)力輸出軸2-4的另一端分別通過第二軸承2-5和第三軸承2-8設(shè)置在箱體2-15內(nèi)，驅(qū)動(dòng)輪組2-6通過型孔固定安裝在運(yùn)動(dòng)輸出軸2-4上，驅(qū)動(dòng)輪組2-6通過軸套2-7定位于第三軸承2-8，擋圈2_10通過轉(zhuǎn)接軸2_11固定安裝在運(yùn)動(dòng)輸出軸2-4上，端蓋2-9固定安裝在箱體2-15上。
[0029]本實(shí)施方式中的電機(jī)2-1由FAULHABER公司制造，型號(hào)為3242G，功率21.7W，供電電壓為24V，連續(xù)輸出轉(zhuǎn)矩為56mNm，減速器2_2由FAULHABER公司制造，型號(hào)為32/3S，減速比 246:lo
[0030]本實(shí)施方式中電機(jī)2-1的輸出軸安裝在減速器2-2的輸入端，減速器2-2通過轉(zhuǎn)接框架2-3固定安裝在箱體2-15上，運(yùn)動(dòng)輸出軸2-4的一端通過型孔與減速器2-2的輸出軸連接，動(dòng)力輸出軸2-4通過第二軸承2-5和第三軸承2-8與箱體2-15連接，驅(qū)動(dòng)輪組2_6通過型孔固定安裝在運(yùn)動(dòng)輸出軸2-4上，驅(qū)動(dòng)輪組2-6通過軸套2-7定位于第三軸承2-8，壓片2-14固定安裝在驅(qū)動(dòng)輪組2-6上，電位計(jì)5-1通過轉(zhuǎn)接軸2-11與運(yùn)動(dòng)輸出軸2_4連接，轉(zhuǎn)接軸2-11把擋圈2-10壓緊在第三軸承2-8上，端蓋2-9固定安裝在箱體2_15上。如此設(shè)置使每套驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)2具有結(jié)構(gòu)簡單緊湊、集成度高、易于維護(hù)的優(yōu)點(diǎn)，節(jié)約成本，通過三套驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)2實(shí)現(xiàn)了十五路運(yùn)動(dòng)輸出，每套驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)2的輸出轉(zhuǎn)矩高達(dá)lONm。其它組成及連接關(guān)系與【具體實(shí)施方式】三相同