[发明专利]一种拉线驱动的可旋转机械臂

说明书

本发明公开了一种拉线驱动的可旋转机械臂，涉及软体机器人技术领域，包括底座；内芯部分，内芯部分包括多节依次连接的内芯，首端的内芯与底座固定，相邻两节内芯之间通过连接环进行连接；绳驱组件，绳驱组件包括设置在内芯部分内的两对拉线，每对拉线分别连接有第一驱动单元并由该第一驱动单元进行驱动，以分别驱动内芯部分在在第一平面和第二平面进行弯曲；外壳部分，外壳部分套在内芯部分外圈，外壳部分包括多节依次连接的外壳，相邻两节外壳之间固定连接，外壳部分和内芯部分之间设置有多个薄壁轴承，以使外壳部分可相对内芯部分旋转；壳驱组件包括用于驱动外壳部分转动的第二驱动单元。本发明可以实现三个自由度的运动，避免拉线过度缠绕。

技术领域

本发明涉及软体机器人技术领域，特别涉及一种拉线驱动的可旋转机械臂。

背景技术

由于柔性机械臂极强的环境适应性和结构柔顺性等优势，近年来已引起国内外科研人员的广泛研究和关注。相较于传统刚性机械臂，柔性机械臂还具有更安全的人机交互性，对细小易碎物体更强的操作能力，有着广泛的应用前景。目前有四种主流的驱动形式：拉线驱动、气驱动、SMA驱动(形状记忆合金)、EPA驱动(介电弹性材料)。此外还有通过多舵机串联形式实现的柔性机械臂。

针对拉线驱动形式的柔性机械臂仍存在一些问题。

现有方案(1)：帝国理工学院Angus B.Clark团队研发了一款用于微创手术的连续体机械手ENDO[1].ENDO由三段脊柱组成，每段由五个3D打印的刚性盘组成，相邻两刚性盘之间由四根柔性的TPU韧带连接形成关节。每段脊柱由两对相互正交的拉线控制弯曲，每对拉线由一个舵机驱动。三段式的ENDO在舵机控制下可以实现十分复杂的运动轨迹。

上述方案(1)缺点是：ENDO的细长TPU韧带在经过反复驱动后容易产生疲劳或者导致关节之间的相对扭转，影响机械手的操作空间。随着时间的推移，对位置的控制精度会逐渐下降。同时整体结构设计使其不具备较大的负载能力。

现有方案(2)：华南理工大学钟勇团队研发的一款线驱动的连续体机械手指[2]。每节由3D打印的外壳组成，由连接环相互连接。连接环内嵌套了薄壁轴承，在轴承内圈放置端盖用于穿过拉线。每对拉线由一个舵机驱动，同时底部由步进电机带动整体旋转。

上述方案(2)缺点是：每两个相邻的薄壁轴承之间容易产生相对扭转，随着外壳的转动会不断使拉线缠绕，导致控制精度相对较低。

文献[1]Clark A.B.,Mathivannan V.and Rojas N.,“A Continuum Manipulatorfor Open-Source Surgical Robotics Research and Shared Development,”in IEEETransactions on Medical Robotics and Bionics,vol.3,no.1,pp.277-280,Feb.2021.

文献[2]华南理工大学.一种绳驱动多自由度自适应机械手：中国，2022100917621[P]，2022-04-29.

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决现有技术中的上述技术问题之一。为此，本发明实施例提供一种拉线驱动的可旋转机械臂，通过绳驱组件对内芯部分进行驱动，实现两个平面的弯曲，通过壳驱组件驱动外壳部分相对内芯部分旋转，可以实现三个自由度的运动，外壳部分和内芯部分独立驱动，避免拉线过度缠绕。