高刚度灵巧型绳驱柔性机械臂

绳驱柔性机械臂实物样机,红、黄、蓝色臂段连接至右侧驱动基座

绳驱柔性机械臂实物样机。

项目介绍

本项目研究刚性骨架与绳索驱动结合的柔性机械臂,围绕关节联动、绳索传动和臂段解耦开展结构设计。通过四元数关节、动滑轮扩力、螺旋穿线与拓扑优化连杆,探索多臂段协同弯曲的实现方式。以下展示地面样机演示与部分结构设计。

样机演示

弯曲与物体操作

展示整臂姿态变化与末端物体操作。

物体转移

实物操作与仿真并列展示,保留原视频的 3× 标注。

箱体周边弯曲

展示臂体在箱体周边的姿态变化,保留原视频的 2× 标注。

核心结构

四元数关节

四元数关节三维结构与球面纯滚动几何示意

利用球面纯滚动的运动特性,使对称绳索的长度变化相互补偿。

等角度联动

相邻关节绳索对称耦合与多关节联动示意

通过交叉排布的联动绳索,使同一臂段内的相邻关节协同弯曲。

动滑轮扩力

由驱动器、绳索弹性模型与动定滑轮构成的传动原理图

通过动、定滑轮组组织绳索传动路径,研究传动张力与刚度的放大方式。

螺旋穿线解耦

联动关节内的螺旋段、贯穿段与调整段走线示意

驱动绳索沿离散螺旋路径穿过前级臂段,利用长度变化的补偿减轻臂段间的耦合。

拓扑优化连杆

连杆从普通结构到内置绳管、轻量化、拓扑优化与多材料复合的演化

结合绳索走线与结构支撑需求,设计内置绳管的轻量化连杆。

连杆结构与臂段总成

含金属骨架、拓扑优化绳管、驱动滑轮及多类绳系的连杆和第一臂段总成

图 47 · 连杆结构设计以及第一臂段总成。

各臂段绳管结构

第一、第二、第三臂段普通连杆与驱动连杆的拓扑优化绳管结构对比

图 48 · 每一臂段的拓扑优化绳管设计。