CN102384858B - 柔性四杆取样机械臂 - Google Patents

Abstract

一种柔性四杆取样机械臂，包括基座和取样法兰，基座上设有电机和卷簧收缩器，四个卷簧收缩器呈正方形四边式排列，卷簧收缩器采用卷簧收缩装置，卷簧收缩装置包括卷簧收缩盒，在卷簧收缩盒上设有卷簧窗，卷簧收缩盒内设有恢复轮盘和卷簧，卷簧的一端与恢复轮盘连接，另一端从卷簧窗伸出并与取样法兰连接，卷簧的两侧分别设有齿形孔；电机轴上连接有伞形齿轮，分别啮合有四个小伞形齿轮并分别通过四个转轴实现与基座转动连接，四个转轴分别连接有能与卷簧相配合的四个驱动带轮，四个驱动带轮与四个卷簧两边的齿形孔啮合实现卷簧的驱动，四个卷簧收缩器共同连接有安装法兰。

Description

柔性四杆取样机械臂

技术领域

本发明涉及自动控制的取样装置，尤其涉及一种行星上使用的柔性轻型四杆取样机械臂。

背景技术

随着自动控制和机器人技术的快速发展，人类越来越多地利用机器人等自动化设备在深空天体中进行行星的表面岩土采集，在作业环境恶劣、人迹难至的太空中工作的机器人等自动化设备的电源一般依靠太阳能等提供，而这些绿色能源功率有限，这就对自动取样器的功率提出了要求。 同时，由于自动取样器需要从本地运输到太空或偏远地方，这就对取样器的体积和重量也提出了要求，即在实现功能的前提下，取样器的功耗、体积和重量越小越好。此外对于取样器来说，取样工作行程和取样杆的强度较为重要，取样行程越大，取样器的工作范围就越大，取样杆的强度越大，允许取样的物质硬度就越高，因此，在体积和重量同等的情况下，取样器的取样深度和取样杆的强度越大越好。在取样器中，取样臂无论是体积、重量还是功耗都占很大比重，因此，重量轻、收缩体积小、伸展长度大的取样臂的设计尤为重要。

目前国内外的取样臂主要有关节式多杆连接、齿轮齿条式多杆连接、螺筒螺杆式多杆连接等结构，它们主要是通过关节、齿轮齿条或螺纹螺杆的方式将多节子杆连接在一起，不工作时各子杆收缩在一起，工作时各子杆展开一字相连，从而实现工作行程的伸缩。由于它们是硬连接，因此存在收缩后占据空间大而展开后工作行程小以及重量大等缺点，并且一旦出现伸缩力超过子杆的强度，取样杆就会整体失效。

发明内容

本发明提供了一种有利于减小体积和重量、大行程且输出平稳、协调的的柔性四杆取样机械臂，它可以应用于自动化设备和机器人的取样器中。

本发明的技术方案是：一种柔性四杆取样机械臂同步伸缩机构，包括基座，在基座上设有电机和第一卷簧收缩器、第二卷簧收缩器、第三卷簧收缩器及第四卷簧收缩器，第一卷簧收缩器、第二卷簧收缩器、第三卷簧收缩器及第四卷簧收缩器呈正方形四边式排列，第一卷簧收缩器、第二卷簧收缩器、第三卷簧收缩器及第四卷簧收缩器采用卷簧收缩装置，卷簧收缩装置包括卷簧收缩盒，在卷簧收缩盒上设有卷簧窗，在卷簧收缩盒内设有恢复轮盘和卷簧，卷簧的一端与恢复轮盘连接，卷簧的另一端从卷簧窗伸出并与所述取样法兰连接，在卷簧的两侧分别设有齿形孔；在电机的电机轴上连接有伞形齿轮，伞形齿轮分别啮合有第一伞形齿轮、第二伞形齿轮、第三伞形齿轮和第四伞形齿轮，第一伞形齿轮、第二伞形齿轮、第三伞形齿轮和第四伞形齿轮分别通过第一转轴、第二转轴、第三转轴及第四转轴实现与基座转动连接，在第一转轴、第二转轴、第三转轴及第四转轴分别连接有能与卷簧相配合的第一驱动带轮、第二驱动带轮、第三驱动带轮及第四驱动带轮，在第一卷簧收缩器、第二卷簧收缩器、第三卷簧收缩器和第四卷簧收缩器上连接有安装法兰。

本发明的优点如下：

（1）本发明采用卷簧作为取样臂，重量轻、收缩体积小、展开行程大；

（2）本发明采用卷簧两侧的方形孔与驱动齿轮啮合的方式实现取样臂的伸展与收缩，实现取样行程的可靠传动与精确定位； 

（3）本发明实现了四杆的同步协调动作，克服了四杆在伸展或者收缩过程中由于运动不协调的问题而导致的取样头连接平台的不平稳问题。同时四根柔性卷簧位置构成正方形四边式分布设计能够防止取样臂出现横向扭曲或弯折。针对现有技术中，取样头在上升与下降过程中会发生摇摆，出现不稳定的情况，本发明采用四杆即四个卷簧的技术措施，使得用于连接取样头的取样法兰在上升与下降过程中变得很平稳；然而，四杆即四个卷簧的技术措施虽然解决了取样法兰在上升与下降过程中的平稳运行问题，但不能保证各个卷簧之间的同步、协调，针对这一问题，本发明又采用了以伞形齿轮为输入动力源，同时与用于驱动四个卷簧的第一伞形齿轮、第二伞形齿轮、第三伞形齿轮和第四伞形齿轮啮合的技术措施，解决了四个卷簧的协调问题，确保四个卷簧能够实现同步运动。

附图说明

图1是本发明实施例的结构俯视图。

图2是本发明实施例的卷簧收缩盒内部结构图。

图3是本发明实施例的结构A-A剖视图。

图4是本发明实施例的传动部分B-B剖视图。

具体实施方式

如图1，本发明包括基座1和取样法兰34，在基座1上设有电机2和第一卷簧收缩器3、第二卷簧收缩器4、第三卷簧收缩器5及第四卷簧收缩器6，第一卷簧收缩器3、第二卷簧收缩器4、第三卷簧收缩器5及第四卷簧收缩器6呈正方形四边式排列，第一卷簧收缩器3、第二卷簧收缩器4、第三卷簧收缩器5及第四卷簧收缩器6采用卷簧收缩装置，如图2所示，卷簧收缩装置包括卷簧收缩盒，在卷簧收缩盒上设有卷簧窗8，在卷簧收缩盒内设有恢复轮盘35和卷簧28，卷簧28的一端与恢复轮盘35连接，卷簧28的另一端从卷簧窗8伸出并与所述取样法兰34连接，如图3所示，在卷簧28的两侧分别设有齿形孔32；在电机2的电机轴12上连接有伞形齿轮13，在所述伞形齿轮13分别啮合有第一伞形齿轮14、第二伞形齿轮15、第三伞形齿轮16和第四伞形齿轮17，第一伞形齿轮14、第二伞形齿轮15、第三伞形齿轮16和第四伞形齿轮17分别通过第一转轴18、第二转轴19、第三转轴20及第四转轴21实现与基座1转动连接，如图4所示，在第一转轴18、第二转轴19、第三转轴20及第四转轴21分别连接有能与卷簧相配合的第一驱动带轮22、第二驱动带轮23、第三驱动带轮24及第四驱动带轮25，第一驱动带轮22与卷簧26两边的齿形孔30啮合实现卷簧26的驱动，第一驱动带轮23与卷簧27两边的齿形孔31啮合实现卷簧27的驱动，第一驱动带轮24与卷簧28两边的齿形孔32啮合实现卷簧28的驱动，第一驱动带轮25与卷簧29两边的齿形孔33啮合实现卷簧29的驱动，第一卷簧收缩器3、第二卷簧收缩器4、第三卷簧收缩器5和第四卷簧收缩器6上连接有安装法兰11。

Claims (2)

1.一种柔性四杆取样机械臂，包括基座（1）和取样法兰（34），其特征在于，在基座（1）上设有电机（2）和第一卷簧收缩器（3）、第二卷簧收缩器（4）、第三卷簧收缩器（5）及第四卷簧收缩器（6），第一卷簧收缩器（3）、第二卷簧收缩器（4）、第三卷簧收缩器（5）及第四卷簧收缩器（6）呈正方形四边式排列，所述第一卷簧收缩器（3）、第二卷簧收缩器（4）、第三卷簧收缩器（5）及第四卷簧收缩器（6）采用卷簧收缩装置，卷簧收缩装置包括卷簧收缩盒，在卷簧收缩盒上设有卷簧窗（8），在卷簧收缩盒内设有恢复轮盘（35）和卷簧（28），卷簧（28）的一端与恢复轮盘（35）连接，卷簧（28）的另一端从卷簧窗伸出并与所述取样法兰（34）连接，在卷簧（28）的两侧分别设有齿形孔（32）；在电机（2）的电机轴（12）上连接有伞形齿轮（13），在所述伞形齿轮（13）分别啮合有第一伞形齿轮（14）、第二伞形齿轮（15）、第三伞形齿轮（16）和第四伞形齿轮（17），第一伞形齿轮（14）、第二伞形齿轮（15）、第三伞形齿轮（16）和第四伞形齿轮（17）分别通过第一转轴（18）、第二转轴（19）、第三转轴（20）及第四转轴（21）实现与基座（1）转动连接，第一转轴（18）、第二转轴（19）、第三转轴（20）及第四转轴（21）分别连接有能与卷簧相配合的第一驱动带轮（22）、第二驱动带轮（23）、第三驱动带轮（24）及第四驱动带轮（25）。

2.根据权利要求1所述的柔性四杆取样机械臂，其特征在于，在第一卷簧收缩器（3）、第二卷簧收缩器（4）、第三卷簧收缩器（5）和第四卷簧收缩器（6）上连接有安装法兰（11）。

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