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)徐文福获国家专利权
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龙图腾网获悉哈尔滨工业大学(深圳)(哈尔滨工业大学深圳科技创新研究院)申请的专利一种基于刚柔复合关节的微小型大长径比连续体机械臂及其建模方法获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN120588193B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-09-30发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202511093512.1,技术领域涉及:B25J9/06;该发明授权一种基于刚柔复合关节的微小型大长径比连续体机械臂及其建模方法是由徐文福;王骏铭;黄培笙;袁晗;梁斌设计研发完成,并于2025-08-06向国家知识产权局提交的专利申请。
本一种基于刚柔复合关节的微小型大长径比连续体机械臂及其建模方法在说明书摘要公布了:本发明涉及一种基于刚柔复合关节的微小型大长径比连续体机械臂及其建模方法,包括:操作臂,所述操作臂包括多个依次串联的连续体段,所述连续体段包括多个连杆段和多个万向节段,还包括镍钛合金管,所述镍钛合金管从多个依次串联的连续体段的中部穿过;驱动箱,用于为操作臂提供动力并实现精准运动控制,所述操作臂与所述操作臂的底部连接。本发明引入了一种新型刚柔复合关节,实现了刚性关节与连续体柔性机械臂的复合,在不影响运动的情况下为连续体柔性机械臂提供了刚性支撑,有效提高了机械臂的刚度与抗压缩、扭转能力,增强了机械臂的负载能力与运动稳定性。
本发明授权一种基于刚柔复合关节的微小型大长径比连续体机械臂及其建模方法在权利要求书中公布了:1.一种机械臂建模方法,用于对基于刚柔复合关节的微小型大长径比连续体机械臂进行建模,其特征在于,所述的机械臂建模方法包括以下步骤: S100、建立固定坐标系{Oi‑1xi‑1yi‑1zi‑1}和运动坐标系{Oixiyizi},所述固定坐标系{Oi‑1xi‑1yi‑1zi‑1}固连于连续体段第i‑1个刚柔复合关节的连杆段上,所述固定坐标系{Oi‑1xi‑1yi‑1zi‑1}的坐标原点位于连杆段中心,所述运动坐标系{Oixiyizi}位于第i个刚柔复合关节的连杆段上,所述运动坐标系{Oixiyizi}坐标原点位于连杆段中心; S200、通过所述运动坐标系相对于所述固定坐标系的齐次变换矩阵描述万向节刚性关节的运动、镍钛合金柔顺关节的运动和等效平面内的弯曲运动关系; 所述步骤S200中,对于等效平面内的弯曲运动,令等效平面的法向量为n,等效平面内的弯曲角度为,等效平面内的平移距离为l,则所述等效平面内的弯曲运动的齐次变换矩阵为: ,其中, 为沿z轴平移l单位长度对应的平移齐次变换矩阵,为沿旋转轴n旋转角对应的旋转齐次变换矩阵; 所述步骤S200中,对于万向节刚性关节的运动,所述万向节刚性关节存在两个方向上的转动自由度,两个方向的旋转轴为和,相应旋转角度为和,根据万向节刚性关节中万向节与前后连杆之间的连接关系,分为PY构型万向节刚性关节和YP构型万向节刚性关节,所述PY构型万向节刚性关节和YP构型万向节刚性关节均等效为类似的运动,其中,YP构型万向节的齐次变换矩阵根据两个方向的旋转轴和所述的旋转角度,描述为: ,其中,为万向节刚性关节的齐次变换矩阵;为沿z轴平移单位长度对应的平移齐次变换矩阵,为连杆中心面到万向节中心的距离;为沿旋转轴y旋转角对应的旋转齐次变换矩阵,为沿万向节旋转轴的转角; 为沿旋转轴x旋转角对应的旋转齐次变换矩阵,为沿万向节旋转轴的转角; 也可根据等效平面内弯曲运动的近似将其描述为: ,其中,为万向节刚性关节的齐次变换矩阵;为沿z轴平移单位长度对应的平移齐次变换矩阵,为万向节刚性关节的等效平面平移距离; 为沿旋转轴旋转角对应的旋转齐次变换矩阵,为万向节刚性关节的等效平面法向量,为万向节刚性关节的等效平面弯曲角度;为沿旋转轴z旋转角对应的旋转齐次变换矩阵,为万向节刚性关节等效后绕z轴的等效转角,其中,,其中,为连杆中心面到万向节中心的距离,为万向节刚性关节的等效平面平移距离。
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