(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010228740.6
(22)申请日 2020.03.27
(71)申请人 哈尔滨工业大学（深圳）（哈尔滨工
业大学深圳科技创新研究院）
地址 518000 广东省深圳市南山区桃源街
道深圳大学城哈尔滨工业大学校区
(72)发明人 徐文福 杨太玮 董昊轪 袁晗
梁斌
(74)专利代理机构 广州嘉权专利商标事务所有
限公司 44205
代理人 谢岳鹏
(51)Int.Cl.
B25J 9/10(2006.01)
B25J 9/14(2006.01)
B25J 9/16(2006.01)
B25J 13/08(2006.01)
(54)发明名称
(57)摘要
本发明公开了一种绳驱柔性机械臂微重力
实验平台，包括：箱体，所述箱体中设置有容置
述驱动装置的作用下，所述绳索能够带动所述第
一臂杆运动；气囊，所述气囊固定在所述第一臂
杆上，所述气囊能够充气或放气；拉力传感器，所
述拉力传感器能够检测所述绳索的拉力。本发明
能够使得柔性机械臂在一个类似太空的重力环
境中运行。权利要求书1页 说明书4页 附图4页CN 111421530 A 2020.07.17
C N 111421530
A
1.一种绳驱柔性机械臂微重力实验平台，其特征在于，包括：
箱体，所述箱体中设置有容置槽；
机械臂，所述机械臂包括驱动装置、绳索和第一臂杆，所述第一臂杆置于所述容置槽中，在所述驱动装置的作用下，所述绳索能够带动所述第一臂杆运动；
气囊，所述气囊固定在所述第一臂杆上，所述气囊能够充气或放气；
拉力传感器，所述拉力传感器能够检测所述绳索的拉力。
2.根据权利要求1所述的绳驱柔性机械臂微重力实验平台，其特征在于，所述第一臂杆中设置有安装孔，所述气囊置于所述安装孔中。
3.根据权利要求1所述的绳驱柔性机械臂微重力实验平台，其特征在于，所述气囊与气阀连球连通，或者，所述气囊与空气压缩机连通。
4.根据权利要求1所述的绳驱柔性机械臂微重力实验平台，其特征在于，所述机械臂还包括有根部臂杆，所述根部臂杆的一端固定在所述箱体上，所述根部臂杆的另一端与所述第一臂杆连接。
5.根据权利要求4所述的绳驱柔性机械臂微重力实验平台，其特征在于，所述机械臂还包括第二臂杆，所述第二臂杆的一端通过第一万向节与所述第一臂杆连接，所述第二臂杆的另一端通过第二万向节与所述根部臂杆连接。
6.根据权利要求5所述的绳驱柔性机械臂微重力实验平台，其特征在于，所述第二臂杆上也固定有所述气囊。
7.根据权利要求5所述的绳驱柔性机械臂微重力实验平台，其特征在于，所述绳索包括第一绳索、第二绳索和第三绳索，所述第一臂杆上设置有布线圆盘，所述第一绳索的一端、所述第二绳索的一端和所述第三绳索的一端均与所述布线圆盘固定连接，所述驱动装置能够收卷或释放所述第一绳索，所述驱动装置能够收卷或释放所述第二绳索，所述驱动装置能够收卷或释放所述第三绳索。
8.根据权利要求7所述的绳驱柔性机械臂微重力实验平台，其特征在于，所述绳索还包括第四绳索，所述第四绳索的一端与所述第一臂杆固定连接，且所述第一绳索的一端、所述第二绳索的一端、所述第三绳索的一端和所述第四绳索的一端沿周向均匀分布在所述布线圆盘上，所述驱动装置能够收卷或释放所述第四绳索。
9.根据权利要求7所述的绳驱柔性机械臂微重力实验平台，其特征在于，所述驱动装置包括第一电机和第一绞盘，所述第一绞盘固定在所述第一电机的转轴上，所述第一绳索的一端固定在所述第一绞盘上，
在所述第一电机的驱动下，所述第一绞盘能够收卷或释放所述第一绳索。
10.根据权利要求9所述的绳驱柔性机械臂微重力实验平台，其特征在于，所述驱动装置还包括第一滑轮和第二滑轮，所述第一绳索的一端依次绕过所述第一滑轮和所述第二滑轮后，固定在所述布线圆盘上。
权 利 要 求 书1/1页CN 111421530 A
绳驱柔性机械臂微重力实验平台
技术领域
[0001]本发明涉及机器人领域，尤其是涉及一种绳驱柔性机械臂微重力实验平台。
背景技术
[0002]目前，随着人类对太空的不断探索，太空作业任务越来越多，由于太空环境的特殊性，人类无法完成很多具有危险性的任务，柔性机械臂具有适应太空恶劣作业环境的能力，采用柔性机械臂协助或代替宇航员完成一些太空作业，在经济性和安全性这两方面都具有现实意义，然而，太空中的重力环境与地球上的重力环境截然不同，因此，如何使得在地球上的柔性机械臂，能够在一个类似太空的重力环境中运行，对于柔性机械臂的研究设计，是具有非常重要的意义的。
发明内容
[0003]本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种绳驱柔性机械臂微重力实验平台，能够使得柔性机械臂在一个类似太空的重力环境中运行。[0004]第一方面，本发明的一个实施例提供了一种绳驱柔性机械臂微重力实验平台，包括：箱体，所述箱体中设置有容置槽；机械臂，所述机械臂包括驱动装置、绳索和第一臂杆，所述第一臂杆置于所述容置槽中，在所述驱动装置的作用下，所述绳索能够带动所述第一臂杆运动；气囊，所述气囊固定在所述第一臂杆上，所述气囊能够充气或放气；拉力传感器，所述拉力传感器能够检测所述绳索的拉力。
[0005]本发明实施例的绳驱柔性机械臂微重力实验平台至少具有如下有益效果：通过设置气囊，气囊固定在第一臂杆上，第一臂杆置于容置槽中，容置槽中灌入水等液体后，通过对气囊充气，气囊的浮力能够抵消第一臂杆的重力，与此同时，设置有拉力传感器，拉力传感器能够检测绳索的拉力，绳索带动第一臂杆运动，由此，通过检测绳索的拉力，可间接检测第一臂杆的重力是否被平衡到目标值，通过气囊和拉力传感器的配合，可使得机械臂在一个模拟的重力环境中工作。
[0006]根据本发明的另一些实施例的绳驱柔性机械臂微重力实验平台，所述第一臂杆中设置有安装孔，所述气囊置于所述安装孔中。
[0007]根据本发明的另一些实施例的绳驱柔性机械臂微重力实验平台，所述气囊与气阀连球连通，或
者，所述气囊与空气压缩机连通。
[0008]根据本发明的另一些实施例的绳驱柔性机械臂微重力实验平台，所述机械臂还包括有根部臂杆，所述根部臂杆的一端固定在所述箱体上，所述根部臂杆的另一端与所述第一臂杆连接。
[0009]根据本发明的另一些实施例的绳驱柔性机械臂微重力实验平台，所述机械臂还包括第二臂杆，所述第二臂杆的一端通过第一万向节与所述第一臂杆连接，所述第二臂杆的另一端通过第二万向节与所述根部臂杆连接。
[0010]根据本发明的另一些实施例的绳驱柔性机械臂微重力实验平台，所述第二臂杆上
也固定有所述气囊。
[0011]根据本发明的另一些实施例的绳驱柔性机械臂微重力实验平台，所述绳索包括第一绳索、第二绳索和第三绳索，所述第一臂杆上设置有布线圆盘，所述第一绳索的一端、所述第二绳索的一端和所述第三绳索的一端均与所述布线圆盘固定连接，所述驱动装置能够收卷或释放所述第一绳索，所述驱动装置能够收卷或释放所述第二绳索，所述驱动装置能够收卷或释放所述第三绳索。
[0012]根据本发明的另一些实施例的绳驱柔性机械臂微重力实验平台，所述绳索还包括第四绳索，所述第四绳索的一端与所述第一臂杆固定连接，且所述第一绳索的一端、所述第二绳索的一端、所述第
三绳索的一端和所述第四绳索的一端沿周向均匀分布在所述布线圆盘上，所述驱动装置能够收卷或释放所述第四绳索。
[0013]根据本发明的另一些实施例的绳驱柔性机械臂微重力实验平台，所述驱动装置包括第一电机和第一绞盘，所述第一绞盘固定在所述第一电机的转轴上，所述第一绳索的一端固定在所述第一绞盘上，在所述第一电机的驱动下，所述第一绞盘能够收卷或释放所述第一绳索。
[0014]根据本发明的另一些实施例的绳驱柔性机械臂微重力实验平台，所述驱动装置还包括第一滑轮和第二滑轮，所述第一绳索的一端依次绕过所述第一滑轮和所述第二滑轮后，固定在所述布线圆盘上。
附图说明
[0015]图1是第一实施例的绳驱柔性机械臂微重力实验平台的轴测图；
[0016]图2是图1中的绳驱柔性机械臂微重力实验平台的爆炸图；
[0017]图3是图1中的绳驱柔性机械臂微重力实验平台中第一滑轮组的示意图；[0018]图4是第二实施例的绳驱柔性机械臂微重力实验平台的轴测图。
具体实施方式
[0019]以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。
[0020]在本发明实施例的描述中，如果涉及到方位描述，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0021]在本发明实施例的描述中，如果某一特征被称为“设置”、“固定”、“连接”、“安装”在另一个特征，它可以直接设置、固定、连接在另一个特征上，也可以间接地设置、固定、连接、安装在另一个特征上。在本发明实施例的描述中，如果涉及到“若干”，其含义是一个以上，如果涉及到“多个”，其含义是两个以上，如果涉及到“大于”、“小于”、“超过”，均应理解为不包括本数，如果涉及到“以上”、“以下”、“以内”，均应理解为包括本数。如果涉及到“第一”、“第二”，应当理解为用于区分技术特征，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐
含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
[0022]参照图1至图3，图1是第一实施例的绳驱柔性机械臂微重力实验平台的轴测图，图2是图1中的绳驱柔性机械臂微重力实验平台的爆炸图，图3是图1中的绳驱柔性机械臂微重力实验平台中第一滑轮组的示意图。本实施例的绳驱柔性机械臂微重力实验平台包括箱体100、支撑组件200、机械臂300、气囊组件400和拉力传感器500，其中，机械臂300包括驱动装置、绳索340、根部臂杆350、第一万向节360、第一臂杆370和臂杆外壳380，气囊组件400包括气阀连球410、气管420和气囊430，箱体100中形成有容置槽110，第一臂杆370置于容置槽110中，气囊430固定在第一臂杆370上，在驱动装置的作用下，绳索340能够带动第一臂杆370运动，拉力传感器500能够检测绳索340的拉力。
[0023]具体的，支撑组件200包括第一安装板210、支撑杆220和第二安装板230，支撑杆220设置有两根，两根支撑杆220并列排布，单个的支撑杆220的两端通过角连接件(折弯的钣金，带安装孔)和螺钉锁紧固定在箱体100上，两根支撑杆220横跨在容置槽100的上方，第一安装板210锁紧固定在支撑杆220上，固定方式也可选择角连接件和螺钉，第一安装板210位于支撑杆220远离箱体100的一侧，第二安装板230位于第一安装板210的下方，第二安装板230的上端通过角连接件和螺钉锁紧固定在第一安装板210上。
[0024]驱动装置包括绞盘310、滑轮组320和电机330，电机330包括第一电机331、第二电机、第三电机和第四电机，绞盘310包括第一绞盘311、第二绞盘、第三绞盘和第四绞盘，绳索340包括第一绳索341、第二绳索、第三绳索和第四绳索，以第一电机331、第一绞盘311和第一绳索341为例，说明第一
绳索341如何带动第一臂杆370运动。
[0025]第一电机331锁紧固定在第一安装板210，且第一电机331位于第一安装板210的下方，第一电机331的转轴穿过第一安装板210后(第一安装板210上设置有通孔，通孔与第一电机331的转轴间隙配合)，从第一安装板210的上方露出，第一绞盘311固定在第一电机331的转轴上(可通过键和键槽的配合实现固定)，第一绳索341的一端固定在第一绞盘311上，第一绳索341的另一端固定在第一臂杆370的布线圆盘371上，由此，当第一电机331带动第一绞盘311旋转时，第一绳索341收卷在第一绞盘311上，由此带动第一臂杆370运动，或者，第一绳索341从第一绞盘311上放出，以此配合第一臂杆370的运动。
[0026]与此同时，第二电机通过第二绞盘和第二绳索，也可驱使第一臂杆370运动，第三电机、第三绞盘和第三绳索，以及第四电机、第四绞盘和第四绳索均与此同理。
[0027]在本实施例中，为实现绳索340的换向，设置有滑轮组320，滑轮组320包括第一滑轮组321、第二滑轮组322、第三滑轮组、第四滑轮组、第五滑轮组、第六滑轮组、第七滑轮组和第八滑轮组，其中，第一滑轮组321和第二滑轮组322用于实现第一绳索341的换向。[0028]具体的，第一滑轮组321包括第一滑轮座323和第一滑轮324，第一滑轮座323转动设置在第一安装板210的上表面上(第一滑轮座323上设置有通孔，螺钉穿过该通孔后锁紧在第一安装板210，由此使得第一滑轮座323与第一安装板2
10转动连接)，第一滑轮324与第一滑轮座323转动连接(通过轴与孔的间隙配合实现)，与此同理，第二滑轮组322包括第二滑轮座和第二滑轮，第二滑轮座转动设置在第二安装板230的后侧面上，第二滑轮仍与第二滑轮座转动连接，由此，第一绳索341从第一绞盘311上引出后，绕过第一滑轮324后，穿过第一安装板210，再绕过第二滑轮，之后穿过第二安装板230，最后固定在第一臂杆370上。[0029]与此同理，第三滑轮组和第四滑轮组能够对第二绳索进行导向，第五滑轮组和第
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