本發(fā)明涉及智能柔性臂技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種柔性臂的柔性關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

工業(yè)機(jī)器人由于其高剛度和大結(jié)構(gòu)尺寸的特點(diǎn)，在狹窄作業(yè)空間環(huán)境下的應(yīng)用受到極大的制約。柔性臂機(jī)器人由于具有長(zhǎng)徑比大、自由度多、動(dòng)作靈活、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，易于在狹窄空間內(nèi)靈活地調(diào)整位姿、擴(kuò)展工作空間、回避障礙物和克服奇異點(diǎn)。相關(guān)技術(shù)中的柔性臂的關(guān)節(jié)采用十字萬(wàn)向節(jié)結(jié)構(gòu)，利用剛性關(guān)節(jié)的折彎自由度來(lái)獲得整臂的彎曲角度；剛性關(guān)節(jié)質(zhì)量比較笨重，故導(dǎo)致整臂自身過(guò)重，需要驅(qū)動(dòng)功率大；同時(shí)，利用剛性關(guān)節(jié)繞軸旋轉(zhuǎn)自由度獲得的彎曲曲率小，整臂柔性彎曲效果差。另外，醫(yī)療柔性臂設(shè)計(jì)采用柔性材料制作，但直徑極小，通常在幾毫米范圍內(nèi)，負(fù)載也極小，沒(méi)法在工業(yè)應(yīng)用上普及。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題之一。為此，本發(fā)明提出一種柔性臂的柔性關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，該柔性臂的柔性關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)具有質(zhì)量輕、彎曲性能好和負(fù)載能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例提出一種柔性臂的柔性關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，所述柔性臂的柔性關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)包括：上連接段；下連接段，所述下連接段適于與所述柔性臂上相鄰的所述柔性關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的上連接段配合連接；連接環(huán)，所述連接環(huán)套設(shè)在所述上連接段和所述下連接段的連接處且所述柔性臂的繩索適于穿過(guò)所述連接環(huán)；變形段，所述上連接段和所述下連接段分別與所述變形段的兩端相連，所述變形段包括多個(gè)相互連接的工字型梁，多個(gè)所述工字型梁在所述變形段的軸向上排列成依次連接的多對(duì)，每對(duì)包括在所述變形段的周向上相對(duì)設(shè)置的兩個(gè)相互連接的所述工字型梁。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的柔性臂的柔性關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，具有質(zhì)量輕、彎曲性能好和負(fù)載能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

另外，根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的柔性臂的柔性關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)還可以具有如下附加的技術(shù)特征：

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述工字型梁包括：上橫梁；下橫梁，所述上橫梁和所述下橫梁均沿所述變形段的周向延伸且在所述變形段的軸向上間隔設(shè)置；縱梁，所述縱梁沿所述變形段的軸向延伸且分別與所述上橫梁和所述下橫梁相連。這樣便于所述工字型梁的成形。

進(jìn)一步地，每個(gè)所述工字型梁的上橫梁和與其在所述變形段的軸向上相鄰的工字型梁的下橫梁相連。這樣便于所述變形段的形成。

可選地，在所述變形段的軸向上相鄰的兩個(gè)縱梁在所述變形段的周向上錯(cuò)開(kāi)90度。這樣可以使所述變形段能夠向互成90的兩個(gè)自由度彎曲。

根據(jù)本發(fā)明進(jìn)一步的實(shí)施例，每個(gè)所述上橫梁的上表面設(shè)有凸臺(tái)。這樣可以限制所述工字型梁的最大變形幅度。

根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例，所述上連接段過(guò)盈配合在相鄰的所述柔性關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的下連接段內(nèi)。這樣便于提高所述上連接段和相鄰的所述下連接段的連接可靠性。

根據(jù)本發(fā)明進(jìn)一步的實(shí)施例，所述上連接段和所述下連接段均設(shè)有沿柔性關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的徑向貫通所述柔性關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的銷軸孔，所述連接環(huán)上設(shè)有螺紋孔，所述上連接段、所述下連接段和所述連接環(huán)通過(guò)配合在所述銷軸孔和所述螺紋孔內(nèi)的螺紋銷釘相互連接。這樣便于提高連接準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

進(jìn)一步地，所述銷軸孔與所述縱梁在所述柔性關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的周向上錯(cuò)開(kāi)45度。這樣可以避免所述銷軸孔與所述縱梁距離過(guò)近而影響所述變形段的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

根據(jù)本發(fā)明的再一個(gè)實(shí)施例，所述連接環(huán)上設(shè)有適于所述柔性臂的繩索穿過(guò)的多個(gè)過(guò)線孔，多個(gè)過(guò)線孔沿所述連接環(huán)的軸向貫通所述連接環(huán)且沿所述連接環(huán)的周向間隔設(shè)置。這樣便于所述柔性臂的繩索的設(shè)置。

可選地，所述變形段由柔性管狀材料件鏤空切割而成。這樣便于提高所述變形段的彎曲變形能力。

本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過(guò)本發(fā)明的實(shí)踐了解到。

附圖說(shuō)明

本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的柔性臂的柔性關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的柔性臂的柔性關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的剖視圖。

圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的柔性臂的柔性關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的局部結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的柔性臂的柔性關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的局部結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)記：柔性臂的柔性關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)1、上連接段100、銷軸孔110、下連接段200、連接環(huán)300、過(guò)線孔310、螺紋孔320、變形段400、工字型梁410、上橫梁411、凸臺(tái)4111、下橫梁412、縱梁413。

具體實(shí)施方式

下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過(guò)參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。

下面參考附圖描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的柔性臂的柔性關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)1。

如圖1-圖4所示，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的柔性臂的柔性關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)1包括上連接段100、下連接段200、連接環(huán)300和變形段400。

下連接段200適于與所述柔性臂上相鄰的柔性關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)1的上連接段100配合連接(上下方向如圖1-圖4中的箭頭a所示)。連接環(huán)300套設(shè)在上連接段100和下連接段200的連接處且所述柔性臂的繩索適于穿過(guò)連接環(huán)300。上連接段100和下連接段200分別與變形段400的兩端相連，變形段400包括多個(gè)相互連接的工字型梁410，多個(gè)工字型梁410在變形段400的軸向上排列成依次連接的多對(duì)，每對(duì)包括在變形段400的周向上相對(duì)設(shè)置的兩個(gè)相互連接的工字型梁410。

具體而言，如圖3所示，第一個(gè)工字型梁1-410和第二個(gè)工字型梁2-410沿變形段400的周向成對(duì)相對(duì)設(shè)置，第三個(gè)工字型梁3-410和第四個(gè)工字型梁4-410沿變形段400的周向成對(duì)相對(duì)設(shè)置，第一個(gè)工字型梁1-410、第二個(gè)工字型梁2-410、第三個(gè)工字型梁3-410和第四個(gè)工字型梁4-410沿變形段400的軸向上下依次排列，其他工字型梁410依照此種規(guī)律設(shè)置。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的柔性臂的柔性關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)1，通過(guò)設(shè)置上連接段100、下連接段200、連接環(huán)300和變形段400，突破相關(guān)技術(shù)中柔性臂使用剛性關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)和傳統(tǒng)柔性材料臂微型化、極低負(fù)載的限制，在增大柔性關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)1尺寸，增大柔性關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)1剛度和提升柔性關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)1負(fù)載的同時(shí)，提高柔性關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)1柔性彎曲性能，進(jìn)一步擴(kuò)大所述柔性臂的性能和使用范圍。

并且，通過(guò)設(shè)置多個(gè)工字型梁410，大大提高了柔性關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)1的柔性功能。變形段400中采用多對(duì)“工”字型的工字型梁410結(jié)構(gòu)，可使得柔性關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)1在繩索驅(qū)動(dòng)下，變形更接近于圓弧狀，曲率更好，克服了相關(guān)技術(shù)中剛性十字萬(wàn)向軸關(guān)節(jié)的曲率差的缺點(diǎn)。

因此，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的柔性臂的柔性關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)1具有質(zhì)量輕、彎曲性能好和負(fù)載能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

下面參考附圖描述根據(jù)本發(fā)明具體實(shí)施例的柔性臂的柔性關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)1。

在本發(fā)明的一些具體實(shí)施例中，如圖1-圖4所示，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的柔性臂的柔性關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)1包括上連接段100、下連接段200、連接環(huán)300和變形段400。

具體地，如圖2所示，工字型梁410包括上橫梁411、下橫梁412和縱梁413，上橫梁411和下橫梁412均沿變形段400的周向延伸且在變形段400的軸向上間隔設(shè)置?？v梁413沿變形段400的軸向延伸且分別與上橫梁411和下橫梁413相連。這樣便于工字型梁410的成形。

更為具體地，如圖1所示，每個(gè)工字型梁410的上橫梁411和與其在變形段400的軸向上相鄰的工字型梁410的下橫梁412相連。這樣便于變形段400的形成，使柔性關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)1更加合理。

可選地，如圖1所示，在變形段400的軸向上相鄰的兩個(gè)縱梁413在變形段400的周向上錯(cuò)開(kāi)90度。這樣可以使變形段400能夠向互成90的兩個(gè)自由度彎曲，提高變形段400的變形能力。

本發(fā)明的柔性臂的柔性關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)1巧妙的將柔性關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)1成具有多對(duì)成90度交錯(cuò)切割成“工”字型的工字型梁410結(jié)構(gòu)，抑制了柔性關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)1的其它變形，從而使得柔性關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)1具有兩個(gè)自由度，可實(shí)現(xiàn)俯仰以及偏航兩個(gè)方向的自由度彎曲，大大提高了柔性關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)1的柔性功能。

進(jìn)一步地，如圖2所示，每個(gè)上橫梁411的上表面設(shè)有凸臺(tái)4111。這樣可以限制工字型梁410的最大變形幅度，避免其變形過(guò)大導(dǎo)致結(jié)構(gòu)發(fā)生損壞，提高工字型梁410的強(qiáng)度和剛性。

本發(fā)明的柔性臂的柔性關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)1，創(chuàng)新性的在工字型梁410的端面上設(shè)計(jì)有凸臺(tái)4111，在擴(kuò)大工字型梁410的“工”字型間距、延長(zhǎng)柔性關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)1長(zhǎng)度、降低柔性關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)1質(zhì)量的同時(shí)，凸臺(tái)4111可抑制柔性關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)1的最大變形量，避免超出材料屈服強(qiáng)度的變形，使得柔性關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)1在變形過(guò)程中頂?shù)酵古_(tái)4111后變形停止，起到保護(hù)柔性關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)1的作用。

具體而言，柔性臂的柔性關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)1具有中空結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，一方面擴(kuò)大了柔性關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)1的設(shè)計(jì)直徑、增大了柔性關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)1的剛度，打破了柔性材料只能使用在極小直徑下的柔性臂的限制，擴(kuò)大了使用范圍。另一方面，可減輕柔性關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)1的質(zhì)量，同時(shí)也方便電路和管氣在柔性關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)1內(nèi)的走線。

圖1-圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的柔性臂的柔性關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)1。上連接段100過(guò)盈配合在相鄰的柔性關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)1的下連接段200內(nèi)。這樣便于提高上連接段100和相鄰的下連接段200的連接可靠性。

具體而言，上連接段100設(shè)計(jì)成與變形部400相配合的階梯軸結(jié)構(gòu)，下連接段200設(shè)計(jì)成與變形段400相配合的內(nèi)沉頭的結(jié)構(gòu)，這樣便于上連接段100、下連接段200分別和變形段400的連接。

具體地，如圖2所示，上連接段100和下連接段200均設(shè)有沿柔性關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)1的徑向貫通柔性關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)1的銷軸孔110，連接環(huán)300上設(shè)有螺紋孔320，上連接段100、下連接段200和連接環(huán)300通過(guò)配合在銷軸孔110和螺紋孔320內(nèi)的所述螺紋銷釘相互連接。具體而言，銷軸孔110和螺紋孔320均為4個(gè)且在周向上等間隔設(shè)置。這樣便于對(duì)上連接段100、下連接段200和連接環(huán)300的連接進(jìn)行定位，便于提高連接準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

更為具體地，如圖3所示，銷軸孔110與縱梁413在柔性關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)1的周向上錯(cuò)開(kāi)45度。這樣可以避免銷軸孔110與縱梁413距離過(guò)近而影響變形段400的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

可選地，如圖1所示，連接環(huán)300上設(shè)有適于所述柔性臂的繩索穿過(guò)的多個(gè)過(guò)線孔310，多個(gè)過(guò)線孔310沿連接環(huán)300的軸向貫通連接環(huán)300且沿連接環(huán)300的周向間隔設(shè)置。這樣便于所述柔性臂的繩索的設(shè)置。

具體地，變形段400由柔性管狀材料件鏤空切割而成。這樣便于提高變形段400的彎曲變形能力，便于制造，便于提高變形段400的整體性。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的柔性臂的柔性關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)1的其他構(gòu)成以及操作對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言都是已知的，這里不再詳細(xì)描述。

在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語(yǔ)“中心”、“縱向”、“橫向”、“長(zhǎng)度”、“寬度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”“內(nèi)”、“外”、“順時(shí)針”、“逆時(shí)針”、“軸向”、“徑向”、“周向”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個(gè)或者更多個(gè)該特征。在本發(fā)明的描述中，除非另有說(shuō)明，“多個(gè)”的含義是兩個(gè)或兩個(gè)以上。

在本發(fā)明的描述中，需要說(shuō)明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語(yǔ)“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過(guò)中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)在本發(fā)明中的具體含義。

在本說(shuō)明書的描述中，參考術(shù)語(yǔ)“一個(gè)實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示意性實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說(shuō)明書中，對(duì)上述術(shù)語(yǔ)的示意性表述不一定指的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任何的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。

盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解：在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。