万向自由度机械臂装置的制作方法

本技术涉及机械臂技术领域，尤其涉及一种万向自由度机械臂装置方法及相关产品。

背景技术：

随着人工智能和智能制造技术的发展，机械臂、机械手和机器人在工农业、服务业和人们生活中起到越来越重要的作用。

然而，机械臂、机械手和机器人的运动通常按照关节的自由度来规范其自由度，如7轴机械臂即是有7个自由度的机械臂，它们由于受自由度和关节结构的限制，灵活性受到了限制，同时存在结构复杂，成本较高等缺点。因此，如何模仿生物肌肉和骨骼结构如象鼻来提高机械臂的灵活性，并降低复杂度和成本成为一个亟待解决的问题。

技术实现要素：

本技术实施例提供了一种万向自由度机械臂装置方法和相关产品，可以模仿象鼻的运动方式，为更灵活的机械臂、机械手和机器人提供基本的动作装置。

第一方面，本技术实施例公开了一种万向自由度机械臂装置，所述机械臂装置包括仿肌小节关节驱动机构、球窝连接机构以及密封可弯曲外壳，其中，

所述仿肌小节关节驱动机构，可处以至少三种状态：静止、放松、收缩运动，以及该驱动机构可能具备的伸展运动，用于驱动或保持一个关节相对于相邻关节在三维空间中一定的角度；

所述球窝连接机构，用于相邻二个关节在三维空间中可以有转动一个角度，并使二个相邻关节存在刚性连接，因此可以使多个关节和球窝连接结构组成的机械臂向三维空间中任意方向弯曲转动；

所述密封可弯曲外壳，用于密封封装整个装置，使其不受外部环境的影响如灰尘、湿度等，提高可靠性，同时具有可弯曲性，使整个装置可以在一定范围内进行弯曲转动运动；

第二方面，本技术实施例公开了一种万向自由度机械臂实现方法，应用于包括关节驱动机构、球窝连接机构以及密封可弯曲外壳的机械装置，所述方法包括：

关节驱动机构在驱动信号作用下，带动关节端部进行转动运动；

多个关节驱动机构通过球窝杆和球窝结构串联连接起来组成万向自由度机械臂，某个关节驱动机构的驱动使该机械臂在三维空间内向任意方向弯曲转动；

当某个关节的驱动机构没有驱动信号时，驱动机构自身、驱动机构和球窝连接机构以及关节之间为刚性连接，保持二个关节之间的相对角度。

第三方面，本技术实施例公开了一种万向自由度机械臂装置的密封可弯曲外壳装置，应用于封装包括关节驱动机构和球窝连接机构的机械臂装置。

所述密封可弯曲外壳装置为波纹管，二端密封起来，使装置为密封装置，隔绝外部环境对装置内部的影响，同时又可以弯曲。

附图说明

为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本技术实施例公开的一种万向自由度机械臂装置的结构示意图；

图2为本技术实施例公开的一种关节机构的结构示意图；

具体实施方式

为了使本技术的目的，技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本技术作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本技术保护的范围。

本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法或设备固有的其他步骤或单元。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本技术的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

本技术实施例提供了一种万向自由度机械臂装置方法及相关产品，通过仿肌小节关节驱动机构模拟肌肉的运动和动力方式，即肌肉的收缩、静止和放松状态，多个关节通过球窝连接机构组成机械臂，可以模仿象鼻的三维空间内全方位运动方式，可以应用于机械臂、机械手和机器人，使它们具有更灵活、结构更简单的模块化构造。以下分别进行详细说明。

请参阅图1，图1为本技术实施例公开的一种万向自由度机械臂装置100的结构示意图，如图1所示，机械臂装置100包括关节102，多个关节串联连接起来套在密封可弯曲外壳101内部，而关节102基本上由关节驱动机构103、球窝杆连接机构104以及桁架结构105组成。

本技术实施例中，某个或某几个关节驱动机构103在驱动信号作用下，进行收缩或伸展运动，而其余的关节驱动机构处于放松状态，通过球窝杆连接机构104传递运动到桁架结构105，使桁架结构105在三维空间内倾斜一定的角度，因此使相邻二个关节之间在三维空间内形成一个角度，使多个关节组成的机械臂101在三维空间内弯曲一个角度，这个角度可以是任意方向的，因而该机械臂具备了万向自由度功能。

请参阅图2，图2为本技术实施例公开的万向自由度机械臂装置中关节机构的一种具体实现方式的结构示意图，如图2所示，中心支点支撑杆201，中心支点球窝202，桁架结构203，驱动杆球窝204，驱动杆205以及驱动机构206。

该关节机构是这样工作的，为向任意方向转动，最少需要4个驱动机构206通过驱动杆205和驱动杆球窝204连接到桁架结构203上。每个驱动机构至少有三种状态：静止、放松以及收缩运动。某些类型的驱动机构还有伸展运动状态。根据需要转动的方向不同，某一个或某几个驱动机构接收到收缩信号进行收缩运动，而其余驱动机构处于放松状态即其可以自由伸缩，驱动力通过驱动杆205和驱动杆球窝204传递到桁架结构203上，使桁架结构203以中心支点球窝202为支点进行倾斜转动，因此使相邻的二个关节形成一个夹角。多个关节构成的机械臂就可以在任何一个关节处形成弯曲，获得任意多向自由度。但关节内所有驱动机构都处于静止状态时，它们都锁定驱动机构的长度位置，并形成刚性连接，使相邻二个关节之间保持其夹角，所有关节都处于静止状态的机械臂则处于保持三维坐标位置的状态。

以上对本技术实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本技术的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本技术的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本技术的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本技术的限制。

技术特征：

技术总结
本申请实施例涉及机械臂技术领域，公开了一种万向自由度机械臂装置方法及相关产品。其中，该机械臂装置包括仿生肌小节式关节机构、球窝连接机构以及密封可弯曲外壳，用于模仿某些生物如象鼻的运动方式：在三维空间内该机械臂的任一关节可以在一定范围向任意方向弯曲转动，因此使机械臂具有万向自由度。由此可见，实施本申请实施例，可以实现万向自由度的机械臂，从而可以应用于更加灵活的机械臂、机械手和机器人的结构中，使其应用更加广泛，而且结构简单，成本低以及模块化。

技术研发人员：吴亚军;刘丽
受保护的技术使用者：刘丽
技术研发日：2019.03.28
技术公布日：2019.08.20