本发明涉及一种柔性仿鱼鳍双协作机器人。包括机台框架、机器人手臂模块a和机器人手臂模块b，其中机器人手臂模块a和机器人手臂模块b分别水平、竖直安装，实现双臂协作柔性机器人最大效率协作。所述机器人手臂模块是由动力模块、机械臂模块和机械手腕模块组成，动力模块通过螺钉分别固定于机台框架上，机械臂模块一端通过紧定螺钉固定在动力模块上，另一端与机械手腕模块通过螺纹连接。其运动过程为：将适应于该工作要求的机械手爪安装于机械手腕模块上，通过运动控制卡控制机器人手臂模块的动力模块，从而控制机械臂模块和机械手腕模块的姿态和方向，从而控制机械手爪的相互配合，达到双机械臂协作运动的效果。
1.一种柔性仿鱼鳍双协作机器人，包括机台框架（1）、机器人手臂模块a（2）和机器人手臂模块b（3），其特征在于：机器人手臂模块a（2）和机器人手臂模块b（3）分别水平、竖直安装在机台框架（1）上，实现双臂的最大效率协作；
所述机器人手臂模块b（3）包括动力模块（4）、机械臂模块（5）和机械手腕模块（6），所述动力模块（4）通过螺钉分别固定于机台框架（1）上，机械臂模块（5）一端通过紧定螺钉固定在动力模块（4）上，另一端与机械手腕模块（6）通过螺纹连接；所述机器人手臂模块a（2）与机器人手臂模块b（3）结构相同；
所述机台框架（1）包括长方形支架（7）、六边形固定架（8）和导向轴承架（9），两个六边形固定架（8）按照机械臂活动范围和适应空间分别竖直、水平的固定于长方形支架（7）上，两个导向轴承架（9）根据定位销定位，通过螺钉固定于两个六边形固定架（8）上；
所述动力模块（4）包括伺服电机a（10）、滚珠丝杠移动平台（11）、移动平台固定板（12）、拉线滚轮（13）、伺服电机b（14）、弹性杆移动板（15）、导向轴承座（16）、导向轴承轴（17）和导向轴承（18），所述伺服电机a（10）通过联轴器与滚珠丝杠移动平台（11）相连，并通过螺钉固定于滚珠丝杠移动平台（11）上，三组滚珠丝杠移动平台（11）通过螺钉固定于六边形固定架（8）不相邻面上，移动平台固定板（12）分别通过螺钉固定于三组滚珠丝杠移动平台（11）上，并按照相应尺寸将伺服电机b（14）和弹性杆移动板（15）通过螺钉固定于移动平台固定板（12）上，同时在伺服电机b（14）轴上安装拉线滚轮（13）；两个导向轴承（18）通过导向轴承轴（17）用防松螺母固定于导向轴承座（16）上，在每个安装有滚珠丝杠移动平台（11）的面的导向轴承架（9）上端通过螺钉将导向轴承座（16）平行于该对应滚珠丝杠移动平台（11）面进行固定，同时导向轴承架（9）下端通过螺钉将导向轴承座（16）垂直于该对应滚珠丝杠移动平台（11）面进行固定，从而使空心弹性杆（19）能够在导向轴承（18）之间进行运动而不会发生左右晃动；
所述机械臂模块（5）包括空心弹性杆（19）、三角形约束架（20）和运动平台（24），三根空心弹性杆（19）一端分别通过紧定螺钉固定在三组弹性杆移动板（15）上，另一端穿过各自导向轴承（18）通过紧定螺钉固定于运动平台（24）上，三根空心弹性杆（19）通过紧定螺钉按照一定尺寸固定四组三角形约束架（20）；所述三角形约束架（20）由约束转接头（21）、约束杆（22）和约束六棱块（23）组成，所述约束六棱块（23）不相邻的三个面通过螺纹分别与三根约束杆（22）一端连接，每根约束杆（22）另一端通过螺纹与约束转接头（21）连接，约束转接头（21）与空心弹性杆（19）连接；
所述机械手腕模块（6）包括球关节（25）、钢丝绳（26）和机械手腕平台（27），球关节（25）一端通过螺纹与运动平台（24）相连，另一端通过螺纹与机械手腕平台（27）相连，同时三根钢丝绳（26）一端固定于机械手腕平台（27）不相邻三边，另一端穿过空心弹性杆（19）与拉线滚轮（13）固定，使钢丝绳（26）能够通过拉线滚轮（13）转动进行伸缩，从而调节机械手腕平台（27）的偏转角度和方向。
一种柔性仿鱼鳍双协作机器人
技术领域
[0001] 本发明属于机器人技术领域，特别涉及一种柔性仿鱼鳍双协作机器人。
背景技术
[0002] 当今工业用机器人如焊接、搬运机器人等主要是仿人手臂设计，由旋转底座、三个单自由度关节和腕部关节组合在一起，再配合专用的末端执行器来完成程序预定的作业。而现如今机器人机械臂的发展从最传统的多关节串联工业机械臂、并联高速Delta机械臂到Vanderbilt大学的多脊柱蛇形机器人、Clemson大学的OctArm机械臂，机械手臂的正朝着柔性化、仿生学发展。
[0003] 生物体的精巧结构、运动原理和行为方式等，已经成了机器人学有意模仿的对象。尤其像海洋中的动物已经具备了高速航行的能力，同时它们的运动效率高、灵活控制性强等优点，越来越受到国内外仿生学的关注和应用。而国内外学者对鱼鳍在水中的推进方式应用较为广泛，例如麻省理工大学研究的形似鳟鱼的机器鱼、北京航空航天大学研制出一条“robofish”机器鱼。但在对鱼鳍内部运动原理的应用至今并不成熟。随着机器人的发展，低刚度、柔性化和协作运动是这些领域结构设计制造的一个重要发展趋势。轻型机构可以提高运载工具的效率，减少消耗的能源，提高运行精度；而协作运动，能够更加灵活多变的适应各种复杂多变的任务要求。
发明内容
[0004] 本发明的目的在于提供一种柔性仿鱼鳍双协作机器人，其重量轻、惯性小、效率高、灵活控制性强以及能够相互协作独立完成任务，能够通过伺服运动控制器控制完成在规定空间范内按照规定轨迹进行协作运动。
[0005] 为达到上述目的，本发明的构思如下：
[0006] 该柔性机器人能够通过控制多台电机的协作运动，进而控制机器人手臂末端在空间中规定范围内任意位置的移动。为达到在移动过程中运动效率高、灵活控制性强、质量轻的特点，本发明的机器人将采用高弹性、轻质量的细长杆形零件的弹性弯曲变形来实现机器人手臂的运动。并通过控制三个细长杆件不同弯曲变形来实现对机器手臂末端平面的控制。而借鉴鱼鳍运动的内部原理，即可以实现柔性机器人臂的运动。
[0007] 本柔性仿鱼鳍双协作机器人包括：机台框架、动力模块、机械臂模块和机械手腕模块。动力模块为伺服电机及滚珠丝杠组成的移动平台，由螺钉固定于机台框架的六边形固定架上，移动平台上通过螺钉固定另一组伺服电机，并在伺服电机上安装拉线滚轮，使拉线装置能够随移动平台一起移动。机械臂模块中三根中空弹性杆通过紧定螺钉一端固定于移动平台上，另一端固定在机械臂末端的运动平台上，通过三组移动平台的不同移动，使三根中空弹性杆伸出长度不同而发生有规律性的弹性变形。机械手腕模块由球关节固定于机械臂末端的运动平台上，并通过三根钢丝绳牵引保持平衡。为了使机械臂模块能够更加灵活协作，机台框架中两个六边形固定架分别水平、竖直固定。
[0008] 根据上述发明构思，本发明采取下述技术方案：
[0009] 一种柔性仿鱼鳍双协作机器人，包括机台框架、机器人手臂模块a和机器人手臂模块b，机器人手臂模块a和机器人手臂模块b分别水平、竖直安装在机台框架上，实现双臂的最大效率协作。
[0010] 所述机器人手臂模块b包括动力模块、机械臂模块和机械手腕模块，所述动力模块通过螺钉分别固定于机台框架上，机械臂模块一端通过紧定螺钉固定在动力模块上，另一端与机械手腕模块通过螺纹连接；所述机器人手臂模块a与机器人手臂模块b结构相同。其运动过程为：将适应于该工作要求的机械手爪安装于机械手腕模块上，通过运动控制卡控制机器人手臂模块a和机器人手臂模块b的动力模块，控制机械臂模块和机械手腕模块的姿态和方向，从而控制机械手爪的相互配合，达到双机械臂协作运动的效果。
[0011] 所述机台框架包括长方形支架、六边形固定架和导向轴承架，两个六边形固定架按照机械臂活动范围和适应空间分别竖直、水平的固定于长方形支架上，两个导向轴承架根据定位销定位，通过螺钉固定于两个六边形固定架上。
[0012] 所述动力模块包括伺服电机a、滚珠丝杠移动平台、移动平台固定板、拉线滚轮、伺服电机b、弹性杆移动板、导向轴承座、导向轴承轴和导向轴承，所述伺服电机a通过联轴器与滚珠丝杠移动平台相连，并通过螺钉固定于滚珠丝杠移动平台上，三组滚珠丝杠移动平台通过螺钉固定于六边形固定架不相邻面上，移动平台固定板分别通过螺钉固定于三组滚珠丝杠移动平台上，并按照相应尺寸将伺服电机b和弹性杆移动板通过螺钉固定于移动平台固定板上，同时在伺服电机b轴上安装拉线滚轮；两个导向轴承通过导向轴承轴用防松螺母固定于导向轴承座上，在每个安装有滚珠丝杠移动平台的面的导向轴承架上端通过螺钉将导向轴承座平行于该对应滚珠丝杠移动平台面进行固定，同时导向轴承架下端通过螺钉将导向轴承座垂直于该对应滚珠丝杠移动平台面进行固定，从而使空心弹性杆能够在导向轴承之间进行运动而不会发生左右晃动。
[0013] 所述机械臂模块包括空心弹性杆、三角形约束架和运动平台，三根空心弹性杆一端分别通过紧定螺钉固定在三组弹性杆移动板上，另一端穿过各自导向轴承通过紧定螺钉固定于运动平台上，三根空心弹性杆通过紧定螺钉按照一定尺寸固定四组三角形约束架；所述三角形约束架由约束转接头、约束杆和约束六棱块组成，所述约束六棱块不相邻的三个面通过螺纹分别与三根约束杆一端连接，每根约束杆另一端通过螺纹与约束转接头连接，约束转接头与空心弹性杆连接。其运动过程为：通过伺服电机a不同的运动量来调节滚珠丝杠移动平台的移动方向和大小，从而改变三根空心弹性杆的伸出导向轴承的长度，利用三根空心弹性杆伸出长度的不同而使空心弹性杆产生的柔性变形来调节机械臂模块的姿态和方位。
[0014] 所述机械手腕模块包括球关节、钢丝绳和机械手腕平台，球关节一端通过螺纹与运动平台相连，另一端通过螺纹与机械手腕平台相连，同时三根钢丝绳一端固定于机械手腕平台不相邻三边，另一端穿过空心弹性杆与拉线滚轮固定，使钢丝绳能够通过拉线滚轮转动进行伸缩。其调节形式为：通过伺服电机b转动带动拉线滚轮改变三根钢丝绳的伸缩量，利用钢丝绳对机械手腕平台的拉动，配合机械手腕平台在球关节上的转动，从而调节机械手腕平台的偏转角度和方向。
[0015] 本发明的设计思想为：
[0016] 通过运动控制卡控制伺服电机a，实现两组六根空心弹性杆不同长度的变化，进而使两机械臂的姿态和方向发生变化，同时通过控制伺服电机b，实现两组六根钢丝绳发生不同伸缩量，进而调节两机械手腕的角度和方向，从而达到两机械臂灵活、方便协作。
[0017] 本发明的积极效果是：
[0018] （1）通过利用中空细长杆发明了一种重量轻、惯性小、效率高、灵活控制性强的机械臂。
[0019] （2）由于结构灵活，实现了双机械臂协作运动。
附图说明
[0020] 图1为一种柔性仿鱼鳍双协作机器人整体结构图。
[0021] 图2为一种柔性仿鱼鳍双协作机器人的机台框架结构图。
[0022] 图3为一种柔性仿鱼鳍双协作机器人的运力模块结构图。
[0023] 图4为一种柔性仿鱼鳍双协作机器人的运力模块仰视图。
[0024] 图5为一种柔性仿鱼鳍双协作机器人的运力模块局部俯视图。
[0025] 图6为一种柔性仿鱼鳍双协作机器人的机械臂模块结构图。
[0026] 图7为一种柔性仿鱼鳍双协作机器人的三角形约束架结构图。
[0027] 图8为一种柔性仿鱼鳍双协作机器人的机械手腕模块结构图。
具体实施方式
[0028] 以下结合附图对本发明的优选实施例作详细说明：
[0029] 如图1所示，一种柔性仿鱼鳍双协作机器人，包括机台框架1、机器人手臂模块a2和机器人手臂模块b3，其特征在于：机器人手臂模块a2和机器人手臂模块b3分别水平、竖直安装在机台框架1上，实现双臂的最大效率协作。
[0030] 所述机器人手臂模块b3包括动力模块4、机械臂模块5和机械手腕模块6，所述动力模块4通过螺钉分别固定于机台框架1上，机械臂模块5一端通过紧定螺钉固定在动力模块4上，另一端与机械手腕模块6通过螺纹连接；所述机器人手臂模块a2与机器人手臂模块b3结构相同。其运动过程为：将适应于该工作要求的机械手爪安装于机械手腕模块6上，通过运动控制卡控制机器人手臂模块a2和机器人手臂模块b3的动力模块4，从而控制机械臂模块5和机械手腕模块6的姿态和方向，从而控制机械手爪的相互配合，达到双机械臂协作运动的效果。
[0031] 如图2所示，所述机台框架1包括长方形支架7、六边形固定架8和导向轴承架9，两个六边形固定架8按照机械臂活动范围和适应空间分别竖直、水平的固定于长方形支架7上，两个导向轴承架9根据定位销定位，通过螺钉固定于两个六边形固定架8上。
[0032] 如图3、4、5所示，所述动力模块4包括伺服电机a10、滚珠丝杠移动平台11、移动平台固定板12、拉线滚轮13、伺服电机b14、弹性杆移动板15、导向轴承座16、导向轴承轴17和导向轴承18，所述伺服电机a10通过联轴器与滚珠丝杠移动平台11相连，并通过螺钉固定于滚珠丝杠移动平台11上，三组滚珠丝杠移动平台11通过螺钉固定于六边形固定架8不相邻面上，移动平台固定板12分别通过螺钉固定于三组滚珠丝杠移动平台11上，并按照相应尺寸将伺服电机b14和弹性杆移动板15通过螺钉固定于移动平台固定板12上，同时在伺服电机b14轴上安装拉线滚轮13；两个导向轴承18通过导向轴承轴17用防松螺母固定于导向轴承座16上，在每个安装有滚珠丝杠移动平台11的面的导向轴承架9上端通过螺钉将导向轴承座16平行于该对应滚珠丝杠移动平台11面进行固定，同时导向轴承架9下端通过螺钉将导向轴承座16垂直于该对应滚珠丝杠移动平台11面进行固定，从而使空心弹性杆19能够在导向轴承18之间进行运动而不会发生左右晃动。
[0033] 如图6、7所示，所述机械臂模块5包括空心弹性杆19、三角形约束架20和运动平台24，三根空心弹性杆19一端分别通过紧定螺钉固定在三组弹性杆移动板15上，另一端穿过各自导向轴承18通过紧定螺钉固定于运动平台24上，三根空心弹性杆19通过紧定螺钉按照一定尺寸固定四组三角形约束架20；所述三角形约束架20由约束转接头21、约束杆22和约束六棱块23组成，所述约束六棱块23不相邻的三个面通过螺纹分别与三根约束杆22一端连接，每根约束杆22另一端通过螺纹与约束转接头21连接，约束转接头21与空心弹性杆19连接。其运动过程为：通过伺服电机a10不同的运动量来调节滚珠丝杠移动平台11的移动方向和大小，从而改变三根空心弹性杆19的伸出导向轴承18的长度，利用三根空心弹性杆19伸出长度的不同而使空心弹性杆19产生的柔性变形来调节机械臂模块5的姿态和方位。
[0034] 如图8所示，所述机械手腕模块6包括球关节25、钢丝绳26和机械手腕平台27，球关节25一端通过螺纹与运动平台24相连，另一端通过螺纹与机械手腕平台27相连，同时三根钢丝绳26一端固定于机械手腕平台27不相邻三边，另一端穿过空心弹性杆19与拉线滚轮13固定，使钢丝绳26能够通过拉线滚轮13转动进行伸缩。其调节形式为：通过伺服电机b14转动带动拉线滚轮13改变三根钢丝绳26的伸缩量，利用钢丝绳26对机械手腕平台27的拉动，配合机械手腕平台27在球关节25上的转动，从而调节机械手腕平台27的偏转角度和方向。
[0035] 本实施例的工作原理如下：
[0036] 如图5所示，动力模块4通过螺钉分别固定于六边形固定架8的A、C、E三个面上，机械臂模块5一端通过紧定螺钉固定在弹性杆移动板15上，另一端与球关节25一端通过螺纹连接，机械手腕模块6通过球关节25和三根穿过中空弹性杆19的钢丝绳26牵引来保持平衡。其运动过程为：将适应于该工作要求的机械手爪安装于机械手腕平台27上，通过运动控制卡控制机器人手臂模块a2和机器人手臂模块b3的伺服电机a10，来控制弹性杆移动板15的移动量，进而使三根空心弹性杆19伸缩量变化，从而控制机械臂模块5的姿态，同时通过控制在移动平台固定板12上的另外一组伺服电机b14，来控制钢丝绳26的伸缩，进而使机械手腕平台27进行角度调节，从而控制机械手爪的相互配合，达到双机械臂协作运动的效果。
