CN120902012A - 一种模块化绳驱伸缩与弯曲功能的柔性臂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模块化绳驱伸缩与弯曲功能的柔性臂，包括多种可选装配方式的绳驱伸缩模块、绳驱弯曲模块和绳驱动力模块；在其中一种可选装配方式中，多个绳驱伸缩模块依次相互连接，绳驱动力模块用于驱动多个绳驱伸缩模块进行同步伸缩形变，此时绳驱动力模块与多个绳驱伸缩模块组成伸缩臂段；在其中一种可选装配方式中，多个绳驱弯曲模块依次相互连接，绳驱动力模块用于驱动多个绳驱弯曲模块进行同步弯曲形变，此时绳驱动力模块与多个绳驱弯曲模块组成弯曲臂段；在其中一种可选装配方式中，伸缩臂段与弯曲臂段相互连接；与传统机械臂相比，本发明在灵活性、适应性、维护性和能效等方面均有显著提升，具有良好的技术优势和应用前景。

Description

一种模块化绳驱伸缩与弯曲功能的柔性臂

技术领域

本发明涉及机械臂的技术领域，特别涉及一种模块化绳驱伸缩与弯曲功能的柔性臂。

背景技术

在机械臂领域，传统机械臂长期依赖齿轮传动的刚性关节构型，这些关节还包括电机和制动系统等。例如，欧洲机械臂ERA(European robotic arm)包含2个末端执行器、2个腕关节、1个肘关节等，不仅体积较大且质量较重。日本实验舱远程机械臂JEMRMS包含3个臂杆、1个末端执行器等，质量更是接近一吨。这类结构导致动力单元占据设备绝对质量主导，核心问题在于：齿轮箱输出轴紧贴关节中心线，迫使驱动系统需在极短力臂下产生高额扭矩，进而引发传动组件几何级数膨胀。这种设计不仅造成关节腔室严重拥挤——电机、减速器及线束相互干涉，更显著推高热管理难度与制造成本，严重制约机械臂在航天器舱内等紧凑空间的机动能力，限制了机械臂在有限空间内的操作灵活性。

当前主流机械臂的刚性连杆架构在动态交互场景中暴露系统性缺陷。现有系统如加拿大Canadarm2空间机械臂，其硬件构型固化于舱外设备搬运场景，当转用于国际空间站微生物采样时，需额外集成专用末端工具模块。这种扩展不仅使关节负载裕度下降，更导致姿态控制响应延迟。当执行卫星捕获或灾后生命探测任务时，其力传递路径缺乏形变自由度，导致碰撞瞬间产生较大的冲击动量。这种力传导刚性化特性还会制约医疗应用场景——在神经外科导航手术中，传统机械臂的刚性连杆结构无法保证血管壁接触压力的安全阈值，迫使医生降低操作速度。因此刚性机械臂在任务适应性方面存在结构性瓶颈。

面对刚性机械臂在动态交互与任务适应性的双重瓶颈，全球科研机构正着力突破材料科学、结构设计与驱动技术的交叉边界。如发展可变刚度关节材料提高结构适应性；构建模块化功能单元库支持硬件重构；通过仿生肌肉驱动拓扑替代齿轮传动以优化质量功率比等。以此全面提升人机协同效能，赋能更安全、柔顺且通用的智能作业新场景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种模块化绳驱伸缩与弯曲功能的柔性臂，该系统通过模块化设计，结合伸缩与弯曲功能，旨在提升机械臂在非结构化环境中的操作灵活性和适应性。

为了实现上述技术效果，本发明提供了一种模块化绳驱伸缩与弯曲功能的柔性臂，包括多种可选装配方式的绳驱伸缩模块、绳驱弯曲模块和绳驱动力模块；在其中一种所述可选装配方式中，多个所述绳驱伸缩模块依次相互连接，所述绳驱动力模块与置于起始位置的所述绳驱伸缩模块连接，所述绳驱动力模块用于驱动多个所述绳驱伸缩模块进行同步伸缩形变，此时所述绳驱动力模块与多个所述绳驱伸缩模块组成伸缩臂段；在其中一种所述可选装配方式中，多个所述绳驱弯曲模块依次相互连接，所述绳驱动力模块与置于起始位置的所述绳驱弯曲模块连接，所述绳驱动力模块用于驱动多个所述绳驱弯曲模块进行同步弯曲形变，此时所述绳驱动力模块与多个所述绳驱弯曲模块组成弯曲臂段；在其中一种所述可选装配方式中，所述伸缩臂段与所述弯曲臂段相互连接。

在其中一个实施例中，所述绳驱伸缩模块包括伸缩模块基座、连接于两所述伸缩模块基座之间的伸缩模块连杆组、以及设于所述伸缩模块连杆组上的伸缩模块复位单元；所述伸缩模块基座用于与相邻的所述伸缩模块基座连接、或与所述绳驱动力模块连接；所述伸缩模块连杆组的伸展折叠用于控制所述绳驱伸缩模块进行伸缩；所述伸缩模块复位单元用于控制所述伸缩模块连杆组复位至伸展状态。

在其中一个实施例中，所述伸缩模块连杆组包括伸缩模块外杆、伸缩模块内杆、伸缩模块连接杆、以及伸缩模块轴杆；在所述绳驱伸缩模块的第一块所述伸缩模块基座上，其相对的两侧均转动安装有呈交错布置的所述伸缩模块外杆、以及所述伸缩模块内杆；在所述绳驱伸缩模块的第二块所述伸缩模块基座上，其相对的两侧也均转动安装有呈交错布置的所述伸缩模块外杆、以及所述伸缩模块内杆；多根所述伸缩模块外杆分别设于多根相邻所述伸缩模块内杆的外侧；第二块所述伸缩模块基座上的所述伸缩模块外杆，其与第一块所述伸缩模块基座上的所述伸缩模块内杆转动连接，以形成伸缩模块转动关节，所述伸缩模块转动关节转动连接有所述伸缩模块连接杆，所述伸缩模块连接杆与第一块所述伸缩模块基座上的所述伸缩模块外杆中部转动连接；第二块所述伸缩模块基座上的所述伸缩模块内杆，其与第一块所述伸缩模块基座上的所述伸缩模块外杆转动连接，同样形成有所述伸缩模块转动关节，此处的所述伸缩模块转动关节也转动连接有所述伸缩模块连接杆，此处的所述伸缩模块连接杆与第二块所述伸缩模块基座上的所述伸缩模块外杆中部转动连接；且转动中心相对的所述伸缩模块转动关节之间均连接有所述伸缩模块轴杆。

在其中一个实施例中，所述伸缩模块复位单元包括伸缩模块第一弹簧、以及伸缩模块第二弹簧；所述伸缩模块第一弹簧连接于两所述伸缩模块轴杆之间；所述伸缩模块轴杆连接有两个所述伸缩模块第二弹簧，两个所述伸缩模块第二弹簧分别与所述绳驱伸缩模块的两所述伸缩模块基座连接。

在其中一个实施例中，所述绳驱弯曲模块包括弯曲模块基座、连接于两所述弯曲模块基座之间的弯曲模块连杆组、以及设于所述弯曲模块连杆组上的弯曲模块复位单元；所述弯曲模块基座用于与相邻的所述弯曲模块基座连接、或与所述绳驱动力模块连接；所述弯曲模块连杆组的转动弯曲用于控制所述绳驱弯曲模块进行弯曲；所述弯曲模块复位单元用于控制所述弯曲模块连杆组复位至伸直状态。

在其中一个实施例中，所述弯曲模块连杆组包括弯曲模块外杆、弯曲模块内杆、弯曲模块轴杆、以及弯曲模块连接杆；在所述绳驱弯曲模块的第一块所述弯曲模块基座上，其相对的两侧均转动安装有呈交错布置的所述弯曲模块外杆、以及所述弯曲模块内杆；在所述绳驱弯曲模块的第二块所述弯曲模块基座上，其相对的两侧也均转动安装有呈交错布置的所述弯曲模块外杆、以及所述弯曲模块内杆；多根所述弯曲模块外杆分别设于多根相邻所述弯曲模块内杆的外侧；第二块所述弯曲模块基座上的所述弯曲模块外杆，其与第一块所述弯曲模块基座上的所述弯曲模块内杆转动连接，以形成弯曲模块转动关节；第二块所述弯曲模块基座上的所述弯曲模块内杆，其与第一块所述弯曲模块基座上的所述弯曲模块外杆转动连接，同样形成有所述弯曲模块转动关节；转动中心相对的所述弯曲模块转动关节之间均连接有所述弯曲模块轴杆；置于两所述弯曲模块轴杆同侧的所述弯曲模块转动关节之间均连接有所述弯曲模块连接杆。

在其中一个实施例中，所述弯曲模块复位单元包括多个弯曲模块弹簧；所述弯曲模块轴杆连接有两个所述弯曲模块弹簧，两个所述弯曲模块弹簧分别与所述绳驱弯曲模块的两所述弯曲模块基座连接。

在其中一个实施例中，所述绳驱动力模块包括顶盘、底盘、以及设于所述顶盘与所述底盘之间的自转单元和绳驱单元；所述顶盘和所述底盘均用于与所述绳驱伸缩模块、或所述绳驱弯曲模块连接；所述自转单元用于驱动所述顶盘自转；所述绳驱单元用于驱动所述绳驱伸缩模块伸缩、或驱动所述绳驱弯曲模块弯曲。

在其中一个实施例中，所述自转单元包括自转舵机、自转传动齿轮、以及齿轮转盘；所述自转舵机的输出轴与所述自转传动齿轮连接为同轴转动结构；所述自转传动齿轮与所述齿轮转盘啮合传动；所述齿轮转盘与所述顶盘连接为同轴转动结构。

在其中一个实施例中，所述绳驱单元包括绳驱舵机、绳驱传动齿轮、以及齿轮绕线盘；所述绳驱舵机的输出轴与所述绳驱传动齿轮连接为同轴转动结构；所述绳驱传动齿轮与所述齿轮绕线盘啮合传动；所述齿轮绕线盘上缠绕有对所述绳驱伸缩模块伸缩、或驱动所述绳驱弯曲模块进行绳驱控制的绳索。

本发明的有益效果如下：

1.多功能集成突破单模块局限：通过绳驱伸缩模块与绳驱弯曲模块的组合使用，复合功能的柔性臂可同时实现轴向伸缩与多向弯曲运动，解决了传统柔性臂功能单一的问题。

2.显著提升运动性能参数：实验测得绳驱伸缩模块最大收缩率达58.8％，绳驱弯曲模块单模块最大弯曲角度达60°，伸缩与弯曲的性能较好。

3.增强多自由度操作能力：本发明的柔性臂通过内部集成化的绳驱动力模块，实现了围绕轴向的旋转功能，这一创新设计显著提升了柔性臂的多自由度操作能力，优化了空间利用率。与传统柔性臂相比，本发明的柔性臂能够在保持伸缩和弯曲功能的同时，实现更加复杂和精确的空间定位，从而在执行任务时展现出更高的灵活性和适应性。

4.环境适应性与可重构性：通过增减模块数量可动态调整柔性臂物理特性，如增加绳驱伸缩模块可扩展柔性臂行程范围，增加绳驱弯曲模块可增大弯曲角度。该特性使柔性臂可快速适应非结构化环境，而传统刚性柔性臂需整体重新设计。

5.抗冲击与目标保护能力：预应力索杆结构(刚性的连杆组+弹簧)在接触非合作目标时弹簧吸收碰撞能量，降低峰值冲击力。绳索驱动避免关节刚性碰撞，保护目标物与柔性臂本体。

与传统柔性臂相比，本发明在灵活性、适应性、维护性和能效等方面均有显著提升，具有良好的技术优势和应用前景。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的绳驱伸缩模块正视结构示意图；

图2是图1的立体结构示意图；

图3是图1的收缩状态示意图；

图4是本发明实施例提供的绳驱弯曲模块正视结构示意图；

图5是图4的立体结构示意图；

图6是图4的弯曲状态示意图；

图7是本发明实施例提供的绳驱动力模块正视结构示意图；

图8是图7的拆解结构示意图；

图9是本发明实施例提供的伸缩臂段伸展状态示意图；

图10是图9的收缩状态示意图；

图11是本发明实施例提供的弯曲臂段伸直状态示意图；

图12是图11的弯曲状态示意图；

图13是本发明实施例提供的伸缩臂段与弯曲臂段装配状态示意图；

图14是图13的收缩与弯曲状态示意图。

附图标记如下：

100、绳驱伸缩模块；110、伸缩模块基座；120、伸缩模块连杆组；121、伸缩模块外杆；122、伸缩模块内杆；123、伸缩模块连接杆；124、伸缩模块轴杆；125、伸缩模块转动关节；130、伸缩模块复位单元；131、伸缩模块第一弹簧；132、伸缩模块第二弹簧；

200、绳驱弯曲模块；210、弯曲模块基座；220、弯曲模块连杆组；221、弯曲模块外杆；222、弯曲模块内杆；223、弯曲模块轴杆；224、弯曲模块连接杆；225、弯曲模块转动关节；230、弯曲模块复位单元；231、弯曲模块弹簧；

300、绳驱动力模块；310、顶盘；320、底盘；330、自转单元；331、自转舵机；332、自转传动齿轮；333、齿轮转盘；340、绳驱单元；341、绳驱舵机；342、绳驱传动齿轮；343、齿轮绕线盘；

400、伸缩臂段；

500、弯曲臂段。

具体实施方式

下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。

本发明提供了一种模块化绳驱伸缩与弯曲功能的柔性臂，其实施例如图1至图14所示，包括多种可选装配方式的绳驱伸缩模块100、绳驱弯曲模块200和绳驱动力模块300；在其中一种可选装配方式中，多个该绳驱伸缩模块100依次相互连接，绳驱动力模块300与置于起始位置的绳驱伸缩模块100连接，绳驱动力模块300用于驱动多个绳驱伸缩模块100进行同步伸缩形变，此时绳驱动力模块300与多个绳驱伸缩模块100组成伸缩臂段400；在其中一种可选装配方式中，多个该绳驱弯曲模块200依次相互连接，绳驱动力模块300与置于起始位置的绳驱弯曲模块200连接，绳驱动力模块300用于驱动多个绳驱弯曲模块200进行同步弯曲形变，此时绳驱动力模块300与多个绳驱弯曲模块200组成弯曲臂段500；在其中一种可选装配方式中，该伸缩臂段400与弯曲臂段500相互连接。

在采用上述设置方式后，则可根据不同的应用需求，采用不同的装配方式：

1、若仅需进行伸缩控制，则可利用多个绳驱伸缩模块100相互装配组成伸缩臂段400，以利用绳驱动力模块300对伸缩臂段400进行绳驱控制，从而实现伸缩臂段400的伸缩形态变换；

2、若仅需进行弯曲控制，则可利用多个绳驱弯曲模块200相互装配组成弯曲臂段500，以利用绳驱动力模块300对弯曲臂段500进行绳驱控制，从而实现弯曲臂段500的弯曲形态变换；

3、若需要同时具备伸缩控制功能、以及弯曲控制功能，则可利用一个绳驱动力模块300对伸缩臂段400进行伸缩控制，利用另一个绳驱动力模块300对弯曲臂段500进行伸缩控制，然后再将两者组合，则可使得柔性臂同时具备伸缩功能和弯曲控制功能。

其中，绳驱动力模块300的对绳驱伸缩模块100、以及绳驱弯曲模块200的控制方式一致；以绳驱动力模块300对绳驱伸缩模块100进行绳驱控制为例，此时绳驱动力模块300可利用绳索与绳驱伸缩模块100的端部连接固定，绳驱动力模块300只需控制绳索的收放，则可实现对绳驱伸缩模块100的伸缩控制，同理，绳驱动力模块300对绳驱弯曲模块200的弯曲控制亦是如此。

如图1至图3所示，此实施例设置该绳驱伸缩模块100包括伸缩模块基座110、连接于两伸缩模块基座110之间的伸缩模块连杆组120、以及设于伸缩模块连杆组120上的伸缩模块复位单元130；该伸缩模块基座110用于与相邻的伸缩模块基座110连接、或与绳驱动力模块300连接；该伸缩模块连杆组120的伸展折叠用于控制绳驱伸缩模块100进行伸缩；该伸缩模块复位单元130用于控制伸缩模块连杆组120复位至伸展状态。

在采用此设置方式后，若绳驱动力模块300对伸缩模块基座110施加拉力，将会使得两个伸缩模块基座110产生相向移动，伸缩模块连杆组120将产生相应的折叠形变，从而实现了绳驱伸缩模块100的收缩控制。

而在绳驱动力模块300停止施加拉力后，伸缩模块复位单元130将会对绳驱伸缩模块100施加作用力，使得两个伸缩模块基座110相离移动，伸缩模块连杆组120将产生相应的伸展形变，从而实现了绳驱伸缩模块100的伸展控制。

如图1至图3所示，此实施例设置该伸缩模块连杆组120包括伸缩模块外杆121、伸缩模块内杆122、伸缩模块连接杆123、以及伸缩模块轴杆124；在该绳驱伸缩模块100的第一块伸缩模块基座110上，其相对的两侧均转动安装有呈交错布置的伸缩模块外杆121、以及伸缩模块内杆122；在该绳驱伸缩模块100的第二块伸缩模块基座110上，其相对的两侧也均转动安装有呈交错布置的伸缩模块外杆121、以及伸缩模块内杆122；多根该伸缩模块外杆121分别设于多根相邻伸缩模块内杆122的外侧；第二块该伸缩模块基座110上的伸缩模块外杆121，其与第一块伸缩模块基座110上的伸缩模块内杆122转动连接，以形成伸缩模块转动关节125，伸缩模块转动关节125转动连接有伸缩模块连接杆123，伸缩模块连接杆123与第一块伸缩模块基座110上的伸缩模块外杆121中部转动连接；第二块该伸缩模块基座110上的伸缩模块内杆122，其与第一块伸缩模块基座110上的伸缩模块外杆121转动连接，同样形成有伸缩模块转动关节125，此处的伸缩模块转动关节125也转动连接有伸缩模块连接杆123，此处的伸缩模块连接杆123与第二块伸缩模块基座110上的伸缩模块外杆121中部转动连接；且该转动中心相对的伸缩模块转动关节125之间均连接有伸缩模块轴杆124。

在采用上述设置方式后，一旦伸缩模块连杆组120受到外力作用，那将仅能实现伸缩形态变化，从而实现了伸缩模块连杆组120的伸缩形态变化控制。

如图1至图3所示，此实施例设置该伸缩模块复位单元130包括伸缩模块第一弹簧131、以及伸缩模块第二弹簧132；该伸缩模块第一弹簧131连接于两伸缩模块轴杆124之间；该伸缩模块轴杆124连接有两个伸缩模块第二弹簧132，两个伸缩模块第二弹簧132分别与绳驱伸缩模块100的两伸缩模块基座110连接。

在采用此设置方式后，伸缩模块第一弹簧131会对两伸缩模块轴杆124施加拉力，所以一旦控制绳驱伸缩模块100压缩的外力消失后，伸缩模块第一弹簧131便会拉动两伸缩模块轴杆124移动至初始的预设位置，多个伸缩模块第二弹簧132也将协助绳驱伸缩模块100，从而实现了绳驱伸缩模块100的复位。

如图4至图6所示，此实施例设置该绳驱弯曲模块200包括弯曲模块基座210、连接于两弯曲模块基座210之间的弯曲模块连杆组220、以及设于弯曲模块连杆组220上的弯曲模块复位单元230；该弯曲模块基座210用于与相邻的弯曲模块基座210连接、或与绳驱动力模块300连接；该弯曲模块连杆组220的转动弯曲用于控制绳驱弯曲模块200进行弯曲；该弯曲模块复位单元230用于控制弯曲模块连杆组220复位至伸直状态。

在采用此设置方式后，若绳驱动力模块300对弯曲模块基座210的一侧施加拉力，将会使得该弯曲模块基座210的一侧产生倾斜，弯曲模块连杆组220将产生相应的折叠形变，从而实现了绳驱弯曲模块200的弯曲控制。

而在绳驱动力模块300停止施加拉力后，弯曲模块复原单元将会对绳驱弯曲模块200施加作用力，使得两个弯曲模块基座210复位，弯曲模块连杆组220将产生相应的复位形变，从而实现了绳驱弯曲模块200的弯曲控制。

如图4至图6所示，此实施例设置该弯曲模块连杆组220包括弯曲模块外杆221、弯曲模块内杆222、弯曲模块轴杆223、以及弯曲模块连接杆224；在该绳驱弯曲模块200的第一块弯曲模块基座210上，其相对的两侧均转动安装有呈交错布置的弯曲模块外杆221、以及弯曲模块内杆222；在该绳驱弯曲模块200的第二块弯曲模块基座210上，其相对的两侧也均转动安装有呈交错布置的弯曲模块外杆221、以及弯曲模块内杆222；多根该弯曲模块外杆221分别设于多根相邻弯曲模块内杆222的外侧；第二块该弯曲模块基座210上的弯曲模块外杆221，其与第一块弯曲模块基座210上的弯曲模块内杆222转动连接，以形成弯曲模块转动关节225；第二块该弯曲模块基座210上的弯曲模块内杆222，其与第一块弯曲模块基座210上的弯曲模块外杆221转动连接，同样形成有弯曲模块转动关节225；转动中心相对的该弯曲模块转动关节225之间均连接有弯曲模块轴杆223；置于两该弯曲模块轴杆223同侧的弯曲模块转动关节225之间均连接有弯曲模块连接杆224。

在采用上述设置方式后，一旦弯曲模块连杆组220受到外力作用，那弯曲模块连杆组220将可往两个不同的方向实现不同程度的弯曲变化，从而实现了弯曲模块连杆组220的弯曲形态变化控制。

如图4至图6所示，此实施例设置该弯曲模块复位单元230包括多个弯曲模块弹簧231；该弯曲模块轴杆223连接有两个弯曲模块弹簧231，两个弯曲模块弹簧231分别与绳驱弯曲模块200的两弯曲模块基座210连接。

在采用此设置方式后，弯曲模块弹簧231会对弯曲模块基座210产生相应的推拉力，从而使得两弯曲模块基座210复位至初始位置，实现了绳驱弯曲模块200的复位。

如图8和图9所示，此实施例设置该绳驱动力模块300包括顶盘310、底盘320、以及设于顶盘310与底盘320之间的自转单元330和绳驱单元340；该顶盘310和底盘320均用于与绳驱伸缩模块、或绳驱弯曲模块连接；该自转单元330用于驱动顶盘310自转；该绳驱单元340用于驱动绳驱伸缩模块伸缩、或驱动绳驱弯曲模块弯曲。

在采用此设置方式后，由于顶盘310可以用于安装绳驱伸缩模块100或绳驱弯曲模块200，且自转单元330用于驱动顶盘310自转，所以此设置方式将可实现柔性臂的自转控制，实现了围绕轴向的旋转功能，这一创新设计显著提升了柔性臂的多自由度操作能力，优化了空间利用率。

而绳驱单元340单元的设置，则确保了能为绳驱伸缩模块100、以及绳驱弯曲模块200提供绳驱动力，以实现相应的伸缩、弯曲控制。

如图8和图9所示，此实施例设置该自转单元330包括自转舵机331、自转传动齿轮332、以及齿轮转盘333；该自转舵机331的输出轴与自转传动齿轮332连接为同轴转动结构；该自转传动齿轮332与齿轮转盘333啮合传动；该齿轮转盘333与顶盘310连接为同轴转动结构。

在采用此设置方式后，自转舵机331将可驱动自转传动齿轮332转动，自转传动齿轮332的转动将可驱动齿轮转盘333进行转动，齿轮转盘333的转动将可驱动顶盘310转动，从而实现了对绳驱伸缩模块100、或绳驱弯曲模块200的自转控制。

如图8和图9所示，此实施例设置该绳驱单元340包括绳驱舵机341、绳驱传动齿轮342、以及齿轮绕线盘343；该绳驱舵机341的输出轴与绳驱传动齿轮342连接为同轴转动结构；该绳驱传动齿轮342与齿轮绕线盘343啮合传动；该齿轮绕线盘343上缠绕有对绳驱伸缩模块伸缩、或驱动绳驱弯曲模块进行绳驱控制的绳索。

在采用此设置方式后，绳驱舵机341将可驱动绳驱传动齿轮342转动，绳驱传动齿轮342的转动将可驱动齿轮绕线盘343转动，齿轮绕线盘343的转动将可实现实现绳索的收放控制，从而实现了对绳驱伸缩模块100、或绳驱弯曲模块200的绳驱控制。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种模块化绳驱伸缩与弯曲功能的柔性臂，其特征在于，

包括多种可选装配方式的绳驱伸缩模块、绳驱弯曲模块和绳驱动力模块；

在其中一种所述可选装配方式中，多个所述绳驱伸缩模块依次相互连接，所述绳驱动力模块与置于起始位置的所述绳驱伸缩模块连接，所述绳驱动力模块用于驱动多个所述绳驱伸缩模块进行同步伸缩形变，此时所述绳驱动力模块与多个所述绳驱伸缩模块组成伸缩臂段；

在其中一种所述可选装配方式中，多个所述绳驱弯曲模块依次相互连接，所述绳驱动力模块与置于起始位置的所述绳驱弯曲模块连接，所述绳驱动力模块用于驱动多个所述绳驱弯曲模块进行同步弯曲形变，此时所述绳驱动力模块与多个所述绳驱弯曲模块组成弯曲臂段；

在其中一种所述可选装配方式中，所述伸缩臂段与所述弯曲臂段相互连接。

2.根据权利要求1所述的柔性臂，其特征在于，

所述绳驱伸缩模块包括伸缩模块基座、连接于两所述伸缩模块基座之间的伸缩模块连杆组、以及设于所述伸缩模块连杆组上的伸缩模块复位单元；

所述伸缩模块基座用于与相邻的所述伸缩模块基座连接、或与所述绳驱动力模块连接；

所述伸缩模块连杆组的伸展折叠用于控制所述绳驱伸缩模块进行伸缩；

所述伸缩模块复位单元用于控制所述伸缩模块连杆组复位至伸展状态。

3.根据权利要求2所述的柔性臂，其特征在于，

所述伸缩模块连杆组包括伸缩模块外杆、伸缩模块内杆、伸缩模块连接杆、以及伸缩模块轴杆；

在所述绳驱伸缩模块的第一块所述伸缩模块基座上，其相对的两侧均转动安装有呈交错布置的所述伸缩模块外杆、以及所述伸缩模块内杆；

在所述绳驱伸缩模块的第二块所述伸缩模块基座上，其相对的两侧也均转动安装有呈交错布置的所述伸缩模块外杆、以及所述伸缩模块内杆；

多根所述伸缩模块外杆分别设于多根相邻所述伸缩模块内杆的外侧；

第二块所述伸缩模块基座上的所述伸缩模块外杆，其与第一块所述伸缩模块基座上的所述伸缩模块内杆转动连接，以形成伸缩模块转动关节，所述伸缩模块转动关节转动连接有所述伸缩模块连接杆，所述伸缩模块连接杆与第一块所述伸缩模块基座上的所述伸缩模块外杆中部转动连接；

第二块所述伸缩模块基座上的所述伸缩模块内杆，其与第一块所述伸缩模块基座上的所述伸缩模块外杆转动连接，同样形成有所述伸缩模块转动关节，此处的所述伸缩模块转动关节也转动连接有所述伸缩模块连接杆，此处的所述伸缩模块连接杆与第二块所述伸缩模块基座上的所述伸缩模块外杆中部转动连接；

且转动中心相对的所述伸缩模块转动关节之间均连接有所述伸缩模块轴杆。

4.根据权利要求3所述的柔性臂，其特征在于，

所述伸缩模块复位单元包括伸缩模块第一弹簧、以及伸缩模块第二弹簧；

所述伸缩模块第一弹簧连接于两所述伸缩模块轴杆之间；

所述伸缩模块轴杆连接有两个所述伸缩模块第二弹簧，两个所述伸缩模块第二弹簧分别与所述绳驱伸缩模块的两所述伸缩模块基座连接。

5.根据权利要求1所述的柔性臂，其特征在于，

所述绳驱弯曲模块包括弯曲模块基座、连接于两所述弯曲模块基座之间的弯曲模块连杆组、以及设于所述弯曲模块连杆组上的弯曲模块复位单元；

所述弯曲模块基座用于与相邻的所述弯曲模块基座连接、或与所述绳驱动力模块连接；

所述弯曲模块连杆组的转动弯曲用于控制所述绳驱弯曲模块进行弯曲；

所述弯曲模块复位单元用于控制所述弯曲模块连杆组复位至伸直状态。

6.根据权利要求5所述的柔性臂，其特征在于，

所述弯曲模块连杆组包括弯曲模块外杆、弯曲模块内杆、弯曲模块轴杆、以及弯曲模块连接杆；

在所述绳驱弯曲模块的第一块所述弯曲模块基座上，其相对的两侧均转动安装有呈交错布置的所述弯曲模块外杆、以及所述弯曲模块内杆；

在所述绳驱弯曲模块的第二块所述弯曲模块基座上，其相对的两侧也均转动安装有呈交错布置的所述弯曲模块外杆、以及所述弯曲模块内杆；

多根所述弯曲模块外杆分别设于多根相邻所述弯曲模块内杆的外侧；

第二块所述弯曲模块基座上的所述弯曲模块外杆，其与第一块所述弯曲模块基座上的所述弯曲模块内杆转动连接，以形成弯曲模块转动关节；

第二块所述弯曲模块基座上的所述弯曲模块内杆，其与第一块所述弯曲模块基座上的所述弯曲模块外杆转动连接，同样形成有所述弯曲模块转动关节；

转动中心相对的所述弯曲模块转动关节之间均连接有所述弯曲模块轴杆；

置于两所述弯曲模块轴杆同侧的所述弯曲模块转动关节之间均连接有所述弯曲模块连接杆。

7.根据权利要求6所述的柔性臂，其特征在于，

所述弯曲模块复位单元包括多个弯曲模块弹簧；

所述弯曲模块轴杆连接有两个所述弯曲模块弹簧，两个所述弯曲模块弹簧分别与所述绳驱弯曲模块的两所述弯曲模块基座连接。

8.根据权利要求1所述的柔性臂，其特征在于，

所述绳驱动力模块包括顶盘、底盘、以及设于所述顶盘与所述底盘之间的自转单元和绳驱单元；

所述顶盘和所述底盘均用于与所述绳驱伸缩模块、或所述绳驱弯曲模块连接；

所述自转单元用于驱动所述顶盘自转；

所述绳驱单元用于驱动所述绳驱伸缩模块伸缩、或驱动所述绳驱弯曲模块弯曲。

9.根据权利要求8所述的柔性臂，其特征在于，

所述自转单元包括自转舵机、自转传动齿轮、以及齿轮转盘；

所述自转舵机的输出轴与所述自转传动齿轮连接为同轴转动结构；

所述自转传动齿轮与所述齿轮转盘啮合传动；

所述齿轮转盘与所述顶盘连接为同轴转动结构。

10.根据权利要求8所述的柔性臂，其特征在于，

所述绳驱单元包括绳驱舵机、绳驱传动齿轮、以及齿轮绕线盘；

所述绳驱舵机的输出轴与所述绳驱传动齿轮连接为同轴转动结构；

所述绳驱传动齿轮与所述齿轮绕线盘啮合传动；

所述齿轮绕线盘上缠绕有对所述绳驱伸缩模块伸缩、或驱动所述绳驱弯曲模块进行绳驱控制的绳索。