一种可快拆的多关节蛇形臂机器人装置

本发明属于机器人机械臂领域，具体涉及一种可快拆的多关节蛇形臂机器人装置。

背景技术：

1、在航空制造，机械装配，器械制造，设备维护、电气检修等领域有着大量的狭小空间作业任务需求。传统工业机械臂机器人受限于关节肘大，不易避障等缺点，难以在狭小受限空间内开展作业工作。绳驱动仿蛇形机械臂机器人具有关节数量多，自由度高，作业关节长径比大等特点，拥有较高的灵活性和较好的避障能力，适用于各种狭小复杂空间的作业任务。但是蛇形机械臂在具体实地作业的过程中，针对不同的作业场景，有着不同的精细避障需求。同时，蛇骨腱绳受所用材料寿命的影响，长期作业容易发生疲劳拉伸甚至断裂的问题，需要定期更换。传统的蛇形臂机器人整机安装复杂，所用绳需要反复从内部进行穿引，穿孔十分不便，拆换周期长。为保证作业任务顺利，缩短作业工期，将各组件模块化、快拆化，实现高效快速地更换腱绳具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明提供了一种可快拆的多关节蛇形臂机器人装置，用以解决长期狭小空间作业的蛇形臂机器人装置的蛇骨腱绳快捷更换与变关节长问题，同时实现了蛇形臂机器人装置各模块的快捷拆换功能。

2、本发明的目的通过以下技术方案实现：

3、一种可快拆的多关节蛇形臂机器人装置，包括单轴机器人模组、后置驱动组和快拆蛇形臂组；

4、所述后置驱动组安装在所述单轴机器人模组上，由所述单轴机器人模组为其提供一个水平方向的直线自由度；

5、所述快拆蛇形臂组安装在所述后置驱动组上，由所述后置驱动组驱动所述快拆蛇形臂组中各个关节的两个自由度的转动；

6、所述快拆蛇形臂组包括依次可拆卸连接的蛇尾端面关节、蛇骨关节和末端蛇头关节；所述蛇骨关节为多个，且串联可拆卸连接；所述蛇尾端面关节一端与所述后置驱动组连接，所述末端蛇头关节的端部连接末端执行器；

7、蛇骨腱绳一端固连在所述后置驱动组上，另一端穿过蛇尾端面关节，依次到达所需控制的蛇骨关节或末端蛇头关节；每个蛇骨关节或末端蛇头关节由三根蛇骨腱绳牵引控制，每根蛇骨腱绳对应一组电机牵引装置。

8、进一步地，所述后置驱动组包括直流伺服电机、联轴器、丝杠、丝杠螺母、导轨滑块副、快拆连接块、导轨支撑座、后置驱动组侧端板、后置驱动组底部端板；后置驱动组通过后置驱动组底部端板安装在单轴机器人模组上；后置驱动组侧端板为两个，平行安装在后置驱动组底部端板的两端；多个平行的且沿周向均匀布置的导轨支撑座固连在两个后置驱动组侧端板之间；直流伺服电机通过联轴器连接丝杠，丝杠穿过两个后置驱动组侧端板的通孔，丝杠螺母沿丝杠在两个后置驱动组侧端板之间移动；快拆连接块上端固连在丝杠螺母，中部通过导轨滑块副卡在导轨支撑座上；

9、直流伺服电机、联轴器、丝杠、丝杠螺母、导轨滑块副、快拆连接块组成一个驱动单元，每个驱动单元负责控制一根蛇骨腱绳的直线运动；每三个驱动单元编为一组，组内三个驱动单元在后置驱动组中沿周向间隔120°分布。

10、进一步地，快拆连接块的下端开设有通过槽口连通的蛇骨腱绳安装孔和蛇骨腱绳工作孔；蛇骨腱绳安装孔的直径为2.1d，蛇骨腱绳工作孔的直径为1.1d，槽口的宽度为k，其中，d为蛇骨腱绳305的直径，k大于d。

11、进一步地，考虑到空间节约，每两个相邻的驱动单元共用一块导轨支撑座。

12、进一步地，所述快拆蛇形臂组包括蛇尾端面关节、蛇骨关节、末端蛇头关节；

13、蛇尾端面关节和蛇骨关节之间、相邻的蛇骨关节之间、蛇骨关节和末端蛇头关节均通过中空万向节连接；

14、所述蛇尾端面关节作为第0个关节接口，包括依次固连的驱动组安装盘、蛇尾中空支撑筒和蛇尾快拆绳座盘；驱动组安装盘与后置驱动组侧端板固连；

15、所述蛇骨关节包括依次固连的第一快拆绳座盘、蛇骨中空支撑筒和第二快拆绳座盘；蛇尾端面关节的蛇尾快拆绳座盘与蛇骨关节的第一快拆绳座盘之间通过中空万向节连接；第二快拆绳座盘的结构和第一快拆绳座盘完全相同；

16、所述末端蛇头关节的一个端部安装末端执行器。

17、进一步地，所述蛇尾快拆绳座盘和第一快拆绳座盘沿周向都均匀分布有多个穿绳孔，从中心沿着穿绳孔的径向上，每个穿绳孔上分布有1个宽度为k的槽口；所述蛇骨腱绳沿槽口放入穿绳孔。

18、进一步地，为防止所述蛇骨腱绳松脱，将蛇骨腱绳穿过内径1.1d、外径2d的钢套，通过钢套卡簧将钢套固定在快拆绳座盘上。

19、本发明的有益效果如下：

20、本发明采用了模块化设计，便于蛇形臂机器人在出现蛇骨腱绳损坏故障时能够进行高效的检修替换，同时也便于蛇形臂机器人在遇到特定避障环境时，根据环境障碍物情况快捷变更关节长度，使蛇形臂能更好地应用在实际生产作业任务中。

技术特征：

1.一种可快拆的多关节蛇形臂机器人装置，其特征在于，包括单轴机器人模组(1)、后置驱动组(2)和快拆蛇形臂组(3)；

2.根据权利要求1所述的可快拆的多关节蛇形臂机器人装置，其特征在于，所述后置驱动组(2)包括直流伺服电机(201)、联轴器(202)、丝杠(203)、丝杠螺母(204)、导轨滑块副(205)、快拆连接块(206)、导轨支撑座(207)、后置驱动组侧端板(208)、后置驱动组底部端板(209)；后置驱动组(2)通过后置驱动组底部端板(209)安装在单轴机器人模组(1)上；后置驱动组侧端板(208)为两个，平行安装在后置驱动组底部端板(209)的两端；多个平行的且沿周向均匀布置的导轨支撑座(207)固连在两个后置驱动组侧端板(208)之间；直流伺服电机(201)通过联轴器(202)连接丝杠(203)，丝杠(203)穿过两个后置驱动组侧端板(208)的通孔，丝杠螺母(204)沿丝杠(203)在两个后置驱动组侧端板(208)之间移动；快拆连接块(206)上端固连在丝杠螺母(204)，中部通过导轨滑块副(205)卡在导轨支撑座(207)上；

3.根据权利要求2所述的可快拆的多关节蛇形臂机器人装置，其特征在于，快拆连接块(206)的下端开设有通过槽口(2063)连通的蛇骨腱绳安装孔(2061)和蛇骨腱绳工作孔(2062)；蛇骨腱绳安装孔(2061)的直径为2.1d，蛇骨腱绳工作孔(2062)的直径为1.1d，槽口的宽度为k，其中，d为蛇骨腱绳305的直径，k大于d。

4.根据权利要求2所述的可快拆的多关节蛇形臂机器人装置，其特征在于，考虑到空间节约，每两个相邻的驱动单元共用一块导轨支撑座(207)。

5.根据权利要求1所述的可快拆的多关节蛇形臂机器人装置，其特征在于，所述快拆蛇形臂组(3)包括蛇尾端面关节(301)、蛇骨关节(302)、末端蛇头关节(303)；

6.根据权利要求5所述的可快拆的多关节蛇形臂机器人装置，其特征在于，所述蛇尾快拆绳座盘(3013)和第一快拆绳座盘(3021)沿周向都均匀分布有多个穿绳孔，从中心沿着穿绳孔的径向上，每个穿绳孔上分布有1个宽度为k的槽口；所述蛇骨腱绳(305)沿槽口放入穿绳孔。

7.根据权利要求6所述的可快拆的多关节蛇形臂机器人装置，其特征在于，为防止所述蛇骨腱绳(305)松脱，将蛇骨腱绳(305)穿过内径1.1d、外径2d的钢套(307)，通过钢套卡簧(306)将钢套(307)固定在快拆绳座盘上。

技术总结
本发明公开一种可快拆的多关节蛇形臂机器人装置，蛇形臂机器人安装在伺服电机驱动的单轴机器人模组上，后置驱动组通过底部端面接口与单轴机器人模组相连；快拆蛇形臂组通过侧部端面接口与后置驱动组相连。其中快拆蛇形臂组包含蛇尾端面关节、多个串联的快拆蛇骨关节和末端蛇头关节，各个关节之间通过中空万向节相连。其中每节快拆蛇骨关节由三根蛇骨腱绳牵引控制。蛇骨腱绳由后置驱动组提供牵引力，每根蛇骨腱绳对应一组电机牵引装置。在不变更电机牵引装置的条件下，快拆蛇形臂组可针对特定探索环境，快速变更关节长度，改变最小避障半径，为多类型复杂狭小空间避障提供方案。

技术研发人员：谢海波,林晓辉,王程,王承震,徐贤统,吉宏程
受保护的技术使用者：浙江大学高端装备研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14