CN114603597A - 一种刚软耦合机械臂 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种刚软耦合机械臂。该机械臂包括多个串行连接的驱动单元、连接部件和末端执行器,其中,每个驱动单元包括支撑盘、至少三个气囊和铰接机构,至少三个气囊均固定于支撑盘的端面之上,每个气囊用于基于充入的物质提供压力,气囊产生伸长、收缩、弯曲等形变,以驱动机械臂移动,铰接机构用于铰接两个驱动单元;机械臂末端的驱动单元铰接连接部件,连接部件用于可拆卸连接末端执行器。本发明实施例提供了一种刚软耦合的机械臂,其中,支撑盘和铰接机构用于提供刚性支撑功能,而气囊用于提供驱动功能,从而能够在确保机械臂刚性、控制力度等方面的性能之外,还能够降低成本。
Description
技术领域
本发明涉及机器人领域,具体涉及一种刚软耦合机械臂。
背景技术
机械臂在工业生产中是非常重要的设备,通过上位机编程导入,使得机械臂带动末端执行器精确的运动到空间中的各个位置,桥接两者完成各项任务。
传统的刚性机械臂一般采用纯金属材料制作而成,导致整个***非常笨重,且成本很高。因此研究人员又发明了柔性机械臂,采用硅橡胶等易拉伸、有弹性的特点的材料,因此,整个机械臂***很轻巧,制作成本低。但是纯柔性材料机械臂的刚度很小、控制末端夹爪的稳定性较差,使得能够抓取的物体质量相对较小等,实用性不高。
发明内容
本发明目的在于提供一种刚软耦合机械臂,用于解决现有机械臂***成本高或者末端刚度小、抓取物品重量小等技术问题。
为解决上述技术问题,本发明的实施例提供如下技术方案:
一种刚软耦合机械臂,包括多个串行连接的驱动单元、连接部件和末端执行器,其中,
每个驱动单元包括支撑盘、至少三个气囊和铰接机构,所述至少三个气囊均固定于所述支撑盘的端面之上,每个气囊用于基于充入的物质提供压力,以驱动所述机械臂移动,所述铰接机构用于铰接两个驱动单元;
所述机械臂末端的驱动单元铰接所述连接部件,所述连接部件用于可拆卸连接所述末端执行器。
一些可选实施方式中,所述支撑盘的材料为刚性材料,所述刚性材料包括塑料、玻璃和金属,所述支撑盘端面的形状包括三角形、四边形和圆形。
一些可选实施方式中,所述气囊包括波纹管结构气囊、折纸结构气囊和织物气囊。
一些可选实施方式中,所述气囊形状包括扇形、圆形和椭圆形。
一些可选实施方式中,所述气囊在所述支撑盘的端面之上呈圆周阵列排布。
一些可选实施方式中,所述气囊充入的物质包括气体或流体。
一些可选实施方式中,所述每个气囊用于基于充入的物质提供压力,以驱动所述机械臂移动,包括:
所述气囊基于充入的物质产生形变,以使机械臂移动,所述形变包括伸长、收缩、弯曲。
一些可选实施方式中,所述每个驱动单元还包括气压传感器,所述气压传感器与所述气囊的进气口连接,用于检测所述气囊内的气压信号。
一些可选实施方式中,所述末端执行器设置视觉识别***,所述视觉识别***用于识别待抓取物的参数。
为解决现有机械臂存在的问题,本申请实施例提供了一种刚软耦合机械臂,该机械臂包括多个串行连接的驱动单元、连接部件和末端执行器,其中,每个驱动单元包括支撑盘、至少三个气囊和铰接机构,所述至少三个气囊均固定于所述支撑盘的端面之上,每个气囊用于基于充入的物质提供压力,以驱动所述机械臂移动,所述铰接机构用于铰接两个驱动单元;所述机械臂末端的驱动单元铰接所述连接部件,所述连接部件用于可拆卸连接所述末端执行器。可见,本申请实施例提供了一种刚软耦合的机械臂,其中,支撑盘和铰接机构用于提供刚性支撑功能,而气囊用于提供驱动功能,从而能够在确保机械臂刚性、控制力度等方面的性能之外,还能够降低成本。
附图说明
图1是本发明实施例提供的示例性机械臂的结构示意图;
图2是本发明实施例提供的驱动单元的结构示意图;
图3是本发明实施例提供的驱动单元的俯视图。
图1至图3中的标号指示的部件为:1驱动单元,2连接部件,3末端执行器,4支撑盘,5气囊,6铰接机构。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例,然而应当理解,可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反,提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开,并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
如图1、2、3所示,本发明的实施例提出一种刚软耦合机械臂,机械臂包括多个串行连接的驱动单元1、连接部件2和末端执行器3,末端执行器3的构造不做具体限定,末端执行器3可以为柔性末端执行器也可以为刚性末端执行器,柔性末端执行器可以是由气体驱动、液体驱动、电驱动或者杆驱动的,其中,每个驱动单元1包括支撑盘4、至少三个气囊5和铰接结构6,至少三个气囊5均固定于支撑盘4的端面之上,每个气囊5用于基于充入的物质提供压力,气囊产生伸长、收缩、弯曲等形变,以驱动机械臂移动,铰接机构6用于铰接两个驱动单元1;机械臂末端的驱动单元1铰接连接部件2,连接部件2用于可拆卸连接末端执行器3。
可见,采用本实现方式,提供了一种刚软耦合的机械臂,其中,支撑盘和铰接机构用于提供刚性支撑功能,而气囊用于提供驱动功能,从而能够在确保机械臂刚性、控制力度等方面的性能之外,还能够降低成本。
在本发明的一些实施方式中,所述支撑盘4的材料为刚性材料,所述刚性材料包括塑料、玻璃和金属,所述支撑盘4端面的形状包括三角形、四边形和圆形等等。该实施例中,支撑盘4的材料为金属材料,当然,支撑盘4的材料并不限于本实施例的金属材料,也可以为其他刚性材料,支撑盘4的端面形状为圆形,当然支撑盘4的端面形状并不限于本实施例的圆形,可以为任何形状。
在本发明一些实施方式中,所述气囊5包括波纹管结构气囊、折纸结构气囊和织物气囊。该实施例中,气囊5采用波纹管结构,当然气囊5也可以是其他结构的气囊。
在本发明一些实施方式中,所述气囊5形状包括扇形、圆形和椭圆形。该实施例中,气囊5的形状是椭圆形,当然气囊5也可以是其他形状。
在本发明一些实施方式中,所述气囊5在所述支撑盘4的端面之上呈圆周阵列排布。该实施例中,每个端面上有四个气囊5,气囊5在支撑盘4端面之上呈圆周阵列排布。
在本发明一些实施方式中,所述气囊5充入的物质包括气体或流体。该实施例中,充入的物质为气体。
在本发明一些实施方式中,所述每个气囊5用于基于充入的物质提供压力,以驱动所述机械臂移动,包括:所述气囊5基于充入的物质产生形变,以使机械臂移动,所述形变包括伸长、收缩、弯曲。该实施例中,通过对气囊5充入气体的方式使得气囊5产生伸长形变,气囊5产生形变带动支撑盘4运动,其中当两侧气囊5压力相同时,会使机械臂产生伸直效果,当某一侧气囊5内的气压大于另一侧时,会使机械臂产生弯曲效果,许多驱动单元1相互作用使机械臂运动到待抓取物的位置,从而使末端执行器3进行操作。
在本发明一些实施方式中,所述每个驱动单元1还包括气压传感器,所述气压传感器与所述气囊5的进气口连接,用于检测所述气囊5内的气压信号。该实施例中,在每个气囊5的进气口都设置有气压传感器,气压传感器检测气囊5内的气压信号,将气压信号返回到机械臂的控制***,便于更好的控制气压,完成闭环控制。或者可以将多个驱动单元1连接成一个模块,共用一个进气口,定义该模块的功能,使运动方式固定,减少控制难度;还可以与机器学习等技术结合,多次训练之后可达到自动控制每个模块的气压,控制机械臂自动移动到目标位置,驱动单元1的个数至少为两个,具体数目可以根据机械臂工作距离的远近进行定制。
在本发明一些实施方式中,所述末端执行器3设置视觉识别***,所述视觉识别***用于识别待抓取物的参数。该实施例中,末端执行器3上设置有视觉识别***,视觉识别***识别到待抓取物的参数,将待抓取物的参数返回给控制***进行处理。
在本发明一些实施方式中,所述铰接机构6可以为球铰等。示例性的,铰接机构6例如为球铰,当然也可以是其他结构的铰接机构。
在本发明的上述实施例中,提供了一种刚软耦合的机械臂,支撑盘4和铰接机构6共同作用给整个机械臂提供刚性效果,使得末端能够带动质量更大的夹爪,即末端执行器。由于支撑盘4和气囊5的连接耦合效果,当气囊5内施加压力时,产生的力能够更稳定的传到机械臂末端,使得对末端夹爪的控制更加稳定,同时也降低了生产成本。
以上所述是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明所述原理的前提下,还可以作出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种刚软耦合机械臂,其特征在于,所述机械臂包括多个串行连接的驱动单元、连接部件和末端执行器,其中,
每个驱动单元包括支撑盘、至少三个气囊和铰接机构,所述至少三个气囊均固定于所述支撑盘的端面之上,每个气囊用于基于充入的物质提供压力,以驱动所述机械臂移动,所述铰接机构用于铰接两个驱动单元;
所述机械臂末端的驱动单元铰接所述连接部件,所述连接部件用于可拆卸连接所述末端执行器。
2.如权利要求1所述的刚软耦合机械臂,其特征在于,所述支撑盘的材料为刚性材料,所述刚性材料包括塑料、玻璃和金属,所述支撑盘端面的形状包括三角形、四边形和圆形。
3.如权利要求1所述的刚软耦合机械臂,其特征在于,所述气囊包括波纹管结构气囊、折纸结构气囊和织物气囊。
4.如权利要求3所述的刚软耦合机械臂,其特征在于,所述气囊形状包括扇形、圆形和椭圆形。
5.如权利要求4所述的刚软耦合机械臂,其特征在于,所述气囊在所述支撑盘的端面之上呈圆周阵列排布。
6.如权利要求5所述的刚软耦合机械臂,其特征在于,所述气囊充入的物质包括气体或流体。
7.如权利要求6所述的刚软耦合机械臂,其特征在于,所述每个气囊用于基于充入的物质提供压力,以驱动所述机械臂移动,包括:
所述气囊基于充入的物质产生形变,以使机械臂移动,所述形变包括伸长、收缩、弯曲。
8.如权利要求1所述的刚软耦合机械臂,其特征在于,所述每个驱动单元还包括气压传感器,所述气压传感器与所述气囊的进气口连接,用于检测所述气囊内的气压信号。
9.如权利要求1所述的刚软耦合机械臂,其特征在于,所述末端执行器设置视觉识别***,所述视觉识别***用于识别待抓取物的参数。
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Address after: 102,600 Building 12, Yard 109, Jinghai 3rd Road, Daxing Economic and Technological Development Zone, Beijing (Yizhuang Cluster, High end Industrial Zone, Beijing Pilot Free Trade Zone) Applicant after: Beijing Software Robot Technology Co.,Ltd. Address before: 102600 building 12, yard 109, Jinghai Third Road, Tongzhou Economic and Technological Development Zone, Beijing (Yizhuang group, high-end industrial area of Beijing Pilot Free Trade Zone) Applicant before: BEIJING SOFT ROBOT TECH Co.,Ltd. |