技术领域
[0001] 本
发明涉及
机器人领域，具体是涉及绳驱动的机器人领域，尤其是涉及一种柔性臂段，以及应用该柔性臂段的柔性机械臂。
背景技术
[0002] 区别于传统的关节
串联型机械臂，柔性机械臂具有灵活度高、避障能
力强等优点，在受限空间或危险环境下的运动和操作能力强，在航空航天制造、大型装备检测维护等领域具有重要的应用价值。
现有技术中，柔性机械臂的每个关节连接处均为独立驱动，虽可以提高整臂的
冗余度，但相应的也会增加驱动
电机的数目，电机数目的提升既会提高机械臂的控制难度，同时还会增加整臂的重量和成本。
[0003] 为解决
驱动电机数目较多这一问题，现有的方案是在关节之间增加
弹簧等弹性元件，把一段臂作为一个控制单元进行控制，或者直接用镍
钛合金或弹性材料等柔性结构体作为臂基体进行控制，实现类圆弧
变形运动，但此种机械臂实际运动过程中的形状与圆弧形状之间存在偏差，末端
精度不高，同时负载能力不强，难以满足人们的需求。
发明内容
[0004] 为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于差速齿轮的柔性臂段，用于解决现有技术中的机械臂在实际运动过程中的形状与圆弧形状之间存在偏差，末端精度不高，同时负载能力不强的问题。
[0005] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0006] 一种基于差速齿轮的柔性臂段，包括
[0007] 主动关节模组，其包括第一关节连接
块，第一关节连接块的周向上依次转动连接有第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮与第四齿轮，相邻齿轮之间相互
啮合以形成差速齿轮组；
[0008] 从动关节模组，其包括第二关节连接块，第二关节连接块的周向上依次转动连接有第五齿轮、第六齿轮、第七齿轮与第八齿轮，相邻齿轮之间相互啮合以形成差速齿轮组，且第一齿轮与第五齿轮位于同一侧；
[0009] 第一臂段与第二臂段，第一臂段的尾端与第一齿轮固定连接，并与第三齿轮转动连接，第二臂段的首端与第二齿轮、第四齿轮转动连接，第二臂段的尾端与第六齿轮、第八齿轮转动连接；
[0010] 第二齿轮与第六齿轮之间，以及第四齿轮与第八齿轮之间同步转动且转向相反。
[0011] 作为上述方案的进一步改进方式，包括联动绳，联动绳为闭合的绳环，联动绳分别绕设在第二齿轮与第六齿轮上，且在第二齿轮与第六齿轮之间交叉，第四齿轮与第八齿轮之间通过另一联动绳以相同的方式连接。
[0012] 作为上述方案的进一步改进方式，包括导向杆，导向杆沿第二臂段的轴向固定在第二臂段之上，导向杆上滑动连接有张紧滑块，张紧滑块上设有绳孔，联动绳穿过绳孔，随张紧滑块沿导向杆的滑动，联动绳的张紧程度可调。
[0013] 作为上述方案的进一步改进方式，包括联动绳组，联动绳组包括第一联动绳与第二联动绳，第一联动绳的两端分别与第二齿轮、第六齿轮固定连接，第二联动绳的两端分别与第二齿轮、第六齿轮固定连接，且第一联动绳与第二联动绳在第二齿轮、第六齿轮之间交叉，第四齿轮与第八齿轮之间通过另一联动绳组以相同的方式连接。
[0014] 作为上述方案的进一步改进方式，第一关节连接块的周向上依次伸出有第一
转轴、第二转轴、第三转轴第四转轴，第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮、第四齿轮分别通过第一转轴、第二转轴、第三转轴、第四转轴与第一关节连接块转动连接；
[0015] 第二关节连接块的周向上依次伸出有第五转轴、第六转轴、第七转轴与第八转轴，第五齿轮、第六齿轮、第七齿轮、第八齿轮分别通过第五转轴、第六转轴、第七转轴、第八转轴与第二关节连接块转动连接。
[0016] 作为上述方案的进一步改进方式，第一臂段的尾端相对设置有第一铰接座与第二铰接座，第一铰接座上设有转轴孔与插销孔，第一转轴插接在转轴孔内，第一铰接座与第一齿轮之间通过插销固定，第二铰接座与第三转轴转动连接。
[0017] 作为上述方案的进一步改进方式，第二臂段的首端相对设置有两个铰接座，第二转轴、第四转轴分别与铰接座转动连接。
[0018] 作为上述方案的进一步改进方式，第二臂段的尾端相对设置有两个铰接座，第六转轴、第八转轴分别与铰接座转动连接。
[0019] 一种柔性机械臂，包括驱动绳，还包括若干上述基于差速齿轮的柔性臂段，柔性臂段沿轴向依次连接，且后一柔性臂段的第一臂段的首端与前一柔性臂段的第五齿轮固定连接，并与前一柔性臂段的第七齿轮转动连接，驱动绳的端部与位于柔性机械臂最前端的第一臂段固定连接。
[0020] 作为上述方案的进一步改进方式，位于柔性机械臂最前端的第一臂段上沿周向均匀固定连接有三根驱动绳。
[0021] 本发明的有益效果是：
[0022] 与现有的技术相比，本发明可以减少驱动电机的使用数量，从而提高响应速度，降低成本；采用齿轮
差速器加联动关节的方案，将单个关节的运动完全一致地传到下一个关联关节，实现关节段等
曲率等方向的关节运动；采用此联动关节组成的柔性机械臂刚性强，负载能力高，末端精度高。
附图说明
[0023] 下面结合附图和
实施例对本发明进一步说明。
[0024] 图1是本发明柔性臂段一个实施例的立体示意图；
[0025] 图2是本发明主动关节模组一个实施例的分解示意图；
[0026] 图3是本发明从动关节模组一个实施例的分解示意图；
[0027] 图4是本发明柔性机械臂的立体示意图。
具体实施方式
[0028] 以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本发明的目的、方案和效果。需要说明的是，在不冲突的情况下，本
申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0029] 需要说明的是，如无特殊说明，当某一特征被称为“固定”、“连接”在另一个特征，它可以直接固定、连接在另一个特征上，也可以间接地固定、连接在另一个特征上。此外，本发明中所使用的上、下、左、右、前、后等描述仅仅是相对于附图中本发明各组成部分的相互
位置关系来说的。
[0030] 此外，除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与
本技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文
说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例，而不是为了限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的组合。
[0031] 参照图1，示出了本发明柔性臂段一个实施例的立体示意图。如图所示，柔性臂段包括主动关节模组10、从动关节模组20、第一臂段30、第二臂段40与联动绳50。第一臂段30的尾端与第二臂段40的首端之间通过主动关节模组10连接，从动关节模组20位于第二臂段40的尾端，联动绳50连接在主动关节模组10与从动关节模组20之间。
[0032] 参照图2，示出了本发明主动关节模组一个实施例的分解示意图。如图所示，主动关节模组10包括第一关节连接块11，第一关节连接块11的周向上依次伸出有第一转轴12、第二转轴13、第三转轴14与第四转轴15，其中第一转轴12与第三转轴14同轴，第二转轴13与第四转轴15同轴，且第一转轴12、第三转轴14的轴心连线与第二转轴13、第四转轴15的轴心连线垂直。
[0033] 第一转轴12上转动连接有第一齿轮16，第二转轴13上转动连接有第二齿轮17，第三转轴14上转动连接有第三齿轮18，第四转轴15上转动连接有第四齿轮19，相邻齿轮之间相互啮合以形成差速齿轮组，为便于理解，第三齿轮18处于分离状态。
[0034] 参照图3，示出了本发明从动关节模组一个实施例的立体示意图。如图所示，从动关节模组与主动关节模组的结构完全相同，即包括第二关节连接块21，第二关节连接块21的周向上依次伸出有第五转轴22、第六转轴23、第七转轴24与第八转轴25，第五转轴22、第六转轴23、第七转轴24与第八转轴25分别与第五齿轮26、第六齿轮27、第七齿轮28与第八齿轮29转动连接，相邻齿轮之间相互啮合以形成差速齿轮组。
[0035] 上述齿轮的周向上均设有线槽。
[0036] 参照图1至图3，第一臂段30的尾端设有第一铰接座31与第二铰接座(未示出)，第一铰接座31上设有转轴孔与插销孔，第二铰接座上也设有转轴孔，主动关节模组10上的第一转轴12插接在第一铰接座31的转轴孔内，第三转轴14插接在第二铰接座的转轴孔内，使得第一臂段30可以相对第一关节连接块11绕第一转轴12、第三转轴14的轴心转动。
[0037] 第一铰接座31与第一齿轮16之间通过插销固定连接，从而使得第一齿轮16与第一铰接座31之间无相对转动。
[0038] 第二臂段40的首端设有两个铰接座41，该两个铰接座分别与第二转轴13、第四转轴15转动连接，使得第一臂段30可与第一关节连接块11一起相对第二臂段40绕第二转轴13、第四转轴15的轴心转动。
[0039] 除上述的第一齿轮16之外，主动关节模组10中的其他齿轮与对应的铰接座之前均可以发生相对转动。
[0040] 第二臂段40的尾端也设有两个铰接座42，该两个铰接座分别与从动关节模组20的第六转轴23、第八转轴25转动连接，相应的，第六齿轮27、第八齿轮29与对应的铰接座42之间均可以发生相对转动。
[0041] 第一齿轮16与第五齿轮26位于同一侧，第二齿轮17与第六齿轮27位于同一侧，第三齿轮18与第七齿轮28位于同一侧，第四齿轮19与第八齿轮29位于同一侧。
[0042] 第二齿轮17与第六齿轮27之间，以及第四齿轮19与第八齿轮29之间同步转动且转向相反，本发明优选采用联动绳实现联动。具体的，联动绳50为闭合的绳环，联动绳50分别绕设在第二齿轮17与第六齿轮27上的线槽内，且在第二齿轮17与第六齿轮27之间交叉。
[0043] 第四齿轮19与第八齿轮29之间通过另一联动绳以相同的方式连接，在此不做赘述。
[0044] 此外，在另一实施例中，本发明也可以采用联动绳组实现联动，联动绳做包括第一联动绳与第二联动绳，第一联动绳的两端分别与第二齿轮17、第六齿轮27固定连接，第二联动绳的两端也分别与第二齿轮17、第六齿轮27固定连接，且第一联动绳与第二联动绳在第二齿轮17、第六齿轮27之间交叉，即可以视为将上一实施例中的绳环对称截断以分别形成第一联动绳与第二联动绳。
[0045] 进一步的，本发明还设置有张紧机构，张紧机构包括导向杆61与张紧滑块62，导向杆61沿第二臂段40的轴向固定在第二臂段40之上，导向杆61上滑动连接有张紧滑块62，张紧滑块62上设有绳孔，联动绳50穿过绳孔，如此，随着张紧滑块62沿导向杆61的滑动，联动绳50的张紧程度可调。
[0046] 参照图4，本发明还公开了一种柔性机械臂，其包括驱动绳70与若干上述的柔性臂段，为充分展示细节，图中仅示出位于柔性机械臂最前端的柔性臂段，以及与该柔性臂段连接的另一柔性臂段的第一臂段部分，柔性臂段的其他部分被隐藏。
[0047] 若干的柔性臂段沿轴向依次连接，图中后一柔性臂段的第一臂段(为便于说明，此处将该第一臂段的记为第一臂段30a，然而实质上其与上述第一臂段30为完全相同的结构)的首端与前一柔性臂段的第五齿轮26固定连接，并与前一柔性臂段的第七齿轮28转动连接(本文所称的“前一”、“首端”、“前端”均指远离柔性臂驱动装置的方向，“后一”、“尾端”、“后端”均指靠近柔性臂驱动装置的方向)，驱动绳70的端部与位于柔性机械臂最前端的第一臂段30固定连接。
[0048] 优选的，位于柔性机械臂最前端的第一臂段30上沿周向均匀固定连接有三根驱动绳70，以牵引该第一臂段30沿四个方向转动。
[0049] 结合图4，本发明的工作原理为：当位于柔性机械臂最前端的第一臂段30(简称为主动臂段)带动对应的第一齿轮16绕第一转轴12、第三转轴14的轴心(也即图中箭头a的方向)转动时，第二齿轮17沿图中顺
时针的方向转动，进而通过联动绳50带动第六齿轮27同步沿逆时针方向转动；与此同时，第四齿轮19沿逆时针方向转动，进而通过联动绳50带动第八齿轮29同步沿顺时针方向转动，且第二齿轮17、第六齿轮27、第四齿轮19、第八齿轮29的转速保持相等，而随着第六齿轮27、第八齿轮29的转动，第五齿轮26则由第六齿轮27、第八齿轮29的带动沿顺时针转动，由于第一臂段30a与第五齿轮26固定，故最终第一臂段30a朝箭头b的方向转动，即实现了同向同曲率的转动，第一臂段30a又可以视为与其所在的柔性臂段相连接的另一柔性臂段的主动臂段，依次延续，从而实现各臂段同向同曲率的转动。
[0050] 当主动臂段带动对应的第一齿轮16绕第二转轴13、第四转轴15的轴心(也即图中箭头c的方向)转动时，由于差速齿轮组的特性，第二齿轮17、第四齿轮19在保持转向相反的同时，还存在转速差，该转速差通过联动绳50传递至第六齿轮27、第八齿轮29上，进而存在转速差的第六齿轮27、第八齿轮29通过第五齿轮26带动第一臂段30a朝箭头d的方向转动，同样可以实现同向同曲率的转动，结合上述，即本发明中的柔性机械臂可以实现四个方向上的同向同曲率的转动。
[0051] 以上是对本发明的较佳实施进行的具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请
权利要求所限定的范围内。
