CN102039600A - 基于混合传动的关节型轻型机械臂 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于混合传动的关节型轻型机械臂。底板安装在需要搭载机械臂的平台上；旋转平台通过轴承用过盈配合固定在底座上；电机通过螺栓固定在底板上，电机的轴插入旋转平台的底部以带动旋转平台转动；直线电机两侧的轴插入旋转平台缺口的孔中；圆柱螺母通过螺纹旋合在直线电机的丝杠上，并插入到第一臂的中部的孔中；第一臂下端铰接在旋转平台上端；电机和电机分别粘合在第二臂两端的孔中；第二臂左端电机的轴插入到第一臂上端的孔中；第二臂右端电机的轴插入第三臂左端的孔中。本发明利用传统机械传动方式的组合，实现机械臂功能，结合螺旋传动和齿轮传动的优势，使机械臂在体积小、重量轻的基础上达到运动精确、动力大的要求。

Description

基于混合传动的关节型轻型机械臂

技术领域

本发明涉及的是一种适用于空间应用的基于混合传动的关节型轻型机械臂。属于空间机器人技术领域。

背景技术

随着科学技术的发展，机械臂的应用日益增多，机械臂的传动方式越来越受到重视，高精度传动和大功率输出成为业内发展的方向。传统的机械臂传动方式主要分为：机械传动、液压传动。

1机械传动

机械臂的机械传动方式主要有带传动、链传动、齿轮传动和螺旋传动。

带传动是由主动轮、从动轮和张紧在两轮上的环形带组成。当主动轮回转时，依靠带与轮之间的摩擦力拖动从动轮一起回转，从而传递一定的运动和动力。带传动适用于两轴中心距较大的传动，具有良好的挠性，可缓和冲击，吸收振动，过载时带与带轮之间会出现打滑，打滑虽使传动失效，但可防止损坏其他部件。但是带传动的外廓尺寸较大，需张紧装置，不适用于航天等对体积要求严格的领域。其次，带传动会产生滑动，不能保证固定不变的传动比，而且带的寿命较短，传动效率较低。

链传动是由装在平行轴上的主、从动链轮和绕在链轮上的环形链条所组成，以链条作中间挠性件，靠链条与链轮轮齿的啮合来传递运动和动力。它可以在两轴中心相距较远的情况下传递运动和动力。其次它能在低速、重载和高温条件下及灰土飞扬的不良环境中工作，再次它的传递功率较大，且作用在轴和轴承上的力较小，而且它的传递效率较高，一般可达0.95～0.97。但是链传动瞬时传动比不恒定，传动不平衡，传动时有噪音、冲击。并且链传动的传动比受体积和重量制约严重，同样不使用于航天等对体积和重量要求严格的领域。

齿轮传动是利用两齿轮的轮齿相互啮合传递动力和运动的机械传动。它传动平稳，传动比精确，工作可靠、效率高、寿命长，使用的功率、速度和尺寸范围大。但是对于在机械臂中应用的齿轮传动，体积和质量制约了它的传动比。因此，在机械臂传动中，齿轮传动通常用于要求精度高但是输出功率不大的场合。这也是目前空间机械臂应用最广泛的传动方式。

螺旋传动，利用螺杆和螺母的啮合来传递动力和运动的机械传动。主要用于将旋转运动转换成直线运动，将转矩转换成推力。螺旋传动具有结构简单，工作连续、平稳，承载能力大，传动精度高等优点，因此广泛应用于各种机械和仪器中。它的缺点是摩擦损失大，传动效率较低，但滚动螺旋传动的应用，已使螺旋传动摩擦大、易磨损和效率低的缺点得到了很大程度的改善。

2液压传动

液压传动是以液体作为工作介质，利用液体的静压能来实现功率传递的传动方式。液压传动系统体积小、重量轻，能在给定范围内平稳的自动调节牵引速度，并可实现无极调速，并且可以较方便地实现工作机构旋转和直线往复运动的转换。但液压传动对液温变化敏感，影响它的工作稳定性。另外，由于液压系统必然存在液体泄漏，所以不适于应用到航天领域。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于混合传动的关节型轻型机械臂，是一种新型的基于齿轮传动和螺旋传动的关节型轻型机械臂，结合齿轮传动和螺旋传动的优点，使得本发明具有运动精度高，输出动力大的特点。

本发明为一种基于混合传动的关节型轻型机械臂，结构如下：

该机械臂采用螺旋传动与齿轮传动相结合的混合传动系统，具有四个自由度，具体结构说明如下：底板安装在需要搭载机械臂的平台上；旋转平台通过轴承用过盈配合固定在底座上；电机通过螺栓固定在底板上，电机的轴插入旋转平台的底部以带动旋转平台转动；直线电机两侧的轴插入旋转平台缺口的孔中；圆柱螺母通过螺纹旋合在直线电机的丝杠上，并插入到第一臂的中部的孔中；第一臂下端铰接在旋转平台上端；电机和电机分别粘合在第二臂两端的孔中；第二臂左端电机的轴插入到第一臂上端的孔中；第二臂右端电机的轴插入第三臂左端的孔中。

其中，旋转平台与第一臂铰接处可自由转动；直线电机与旋转平台连接处可自由转动；螺母于第一臂连接处可自由转动。

其中，第二臂左端电机的轴与第一臂之间为固定连接；第二臂右端电机的轴与第三臂之间为固定连接；电机的轴与旋转平台之间为固定连接。

本发明是一种基于混合传动的关节型轻型机械臂，其优点及功效在于：本发明的结构设计利用传统机械传动方式的组合，实现了机械臂功能，并且结合了螺旋传动和齿轮传动的优势，使得机械臂在体积小、重量轻的基础上达到运动精确、动力大的要求。在登月车等空间技术应用领域具有很好的应用前景。

附图说明

图1所示为本发明的装配图；

图2所示为底板的结构图；

图3所示为电机的结构图；

图4所示为底座的结构图；

图5所示为旋转平台的结构图

图6所示为直线电机的结构图；

图7所示为螺母的结构图；

图8所示为第一臂的结构图；

图9所示为第二臂的结构图；

图10所示为电机的结构图；

图11所示为第三臂的结构图；

图12所示为本发明的各关节运动轨迹示意图。

图中具体标号如下：

1——底板        2、10、11——电机

3——底座        4——轴承

5——旋转平台    6——直线电机

7——螺母        8——第一臂

9——第二臂      12——第三臂

具体实施方案

下面结合附图和实施方案对本发明的技术方案进一步说明。

参阅图1至图11所示，，本发明一种基于混合传动的关节型轻型机械臂，该机械臂可以通过底板1安装在需要的平台上；旋转平台5通过轴承4用过盈配合固定在底座3上；电机2通过螺栓固定在底板1上，电机2的轴插入旋转平台5的底部以带动旋转平台5转动；直线电机6两侧的轴插入旋转平台5缺口的孔中；圆柱螺母7通过螺纹旋合在直线电机的丝杠上，并插入到第一臂8的中部的孔中；第一臂8下端铰接在旋转平台5上端；电机10和电机11分别粘合在第二臂9两端的孔中；第二臂9左端电机10的轴插入到第一臂8上端的孔中；第二臂9右端电机11的轴插入第三臂12左端的孔中。

其中，旋转平台5与第一臂8铰接处可自由转动；直线电机6与旋转平台5连接处可自由转动；螺母7于第一臂8连接处可自由转动。

其中，第二臂9左端电机10的轴与第一臂8之间为固定连接；第二臂9右端电机11的轴与第三臂之间为固定连接；电机2的轴与旋转平台5之间为固定连接。

参阅12，该机械臂四个自由度各自独立互不干扰。旋转平台5可以在水平面上旋转；第一臂8在直线电机6的带动下可以在竖直平面内转动，轨迹如图；第二臂9在电机10的带动下转动；第三臂12在电机11的带动下转动。四个自由度的运动可以任意组合，经过机载计算机的控制，在机械臂能够达到的范围内可以实现各种曲线运动。线条为该机械臂载荷平台运动范围。

Claims (3)

1.一种基于混合传动的关节型轻型机械臂，该机械臂采用螺旋传动与齿轮传动相结合的混合传动系统，具有四个自由度，其特征在于：该机械臂具体结构如下：底板(1)安装在需要搭载机械臂的平台上；旋转平台(5)通过轴承(4)用过盈配合固定在底座(3)上；电机(2)通过螺栓固定在底板(1)上，电机(2)的轴插入旋转平台(5)的底部以带动旋转平台(5)转动；直线电机(6)两侧的轴插入旋转平台(5)缺口的孔中；圆柱螺母(7)通过螺纹旋合在直线电机的丝杠上，并插入到第一臂(8)中部的孔中；第一臂(8)下端铰接在旋转平台(5)上端；电机(10)和电机(11)分别粘合在第二臂(9)两端的孔中；第二臂(9)左端电机(10)的轴插入到第一臂(8)上端的孔中；第二臂(9)右端电机(11)的轴插入第三臂(12)左端的孔中。

2.根据权利要求1所述的基于混合传动的关节型轻型机械臂，其特征在于：所述的旋转平台(5)与第一臂(8)铰接处可自由转动；直线电机(6)与旋转平台(5)连接处可自由转动；螺母(7)于第一臂(8)连接处可自由转动。

3.根据权利要求1所述的基于混合传动的关节型轻型机械臂，其特征在于：所述的第二臂(9)左端电机(10)的轴与第一臂8之间为固定连接；第二臂(9)右端电机(11)的轴与第三臂之间为固定连接；电机(2)的轴与旋转平台(5)之间为固定连接。

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