CN105479453A - 一种新型机械臂 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种新型机械臂，属于机器人技术领域。它解决了现有技术中不能根据工作环境够灵活的调节的问题。本新型机械臂包括通过铰链结构依次连接的数个臂体，在上级臂体上设置有轴孔，在轴孔底部的臂体内设置有电磁铁，在下级臂体上设置有与上级臂体轴孔转动配合的轴，所述轴为空心轴且具有磁性，磁极的方向与轴同向，一定位齿轮的轴可转动的配合在空心轴的空心内，定位齿轮的轴也具有磁性，磁极的方向与空心轴磁极的方向相反；在两相邻的定位齿轮之间啮合有驱动齿轮，所述驱动齿轮由设置在臂体上的电机驱动。本发明机械臂由多个臂体通过可控的铰链逐级连接，可以使机械臂作多级弯曲，适应复杂环境，特别是能绕过障碍物。

Description

一种新型机械臂
技术领域
本发明属于机器人技术领域，涉及一种机械臂结构，特别是一种多自由度的新型机械臂。
背景技术
机械臂是机械人技术领域中得到最广泛实际应用的自动化机械装置，在工业制造、医学治疗、娱乐服务、军事、半导体制造以及太空探索等领域都能见到它的身影。尽管它们的形态各有不同，但它们都有一个共同的特点，就是能够接受指令，精确地定位到三维（或二维）空间上的某一点进行作业。
现有机械臂的各自由度的臂体为刚性，关节较少，虽然能运动到空间的任意点，但不能根据工作环境够灵活的调节，如绕过障碍物或作较大伸缩等。目前虽然也有多关节的柔性机械臂，但它们的结构及控制都较复杂，成本较高。
发明内容
本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种新型机械臂，本机械臂由多关节组成，能够在工作空间内做大的变形，适应复杂的工作环境。
本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种新型机械臂，包括通过铰链结构依次连接的数个臂体，臂体一级一级的逐次连接，臂体为非铁磁性材料。所述的铰链结构为：在上级臂体上设置有轴孔，在轴孔底部的臂体内设置有电磁铁，在下级臂体上设置有与上级臂体轴孔转动配合的轴，所述轴为空心轴且具有磁性，磁极的方向与轴同向，一定位齿轮的轴可转动的配合在空心轴的空心内，定位齿轮的轴也具有磁性，磁极的方向与空心轴磁极的方向相反；各级的臂体通过该铰链结构从起始级臂体到最末级臂体逐级的连接，在两相邻的定位齿轮之间啮合有驱动齿轮，从而使所以齿轮也依次连接，所述驱动齿轮由设置在臂体上的电机驱动，每个驱动齿轮由电机独立驱动。
本新型机械臂的工作原理是这样的，由于铰链处的空心轴与定位齿轮轴的磁极设置相反，所以通过改变轴孔处的电磁铁的电流方向（即所产生的磁场方向），所以可以选择吸引空心轴还是吸引定位齿轮轴。当空心轴被吸引住时，在电磁吸力的作用下其不能相对于轴孔转动，只有定位齿轮能够自由转动，即该处的两个臂体不能相对转动相当与刚性连接，这时电机处于开路，驱动轮可自由转动。如果想在某个铰链连接处使两个臂体发生相对转动，只要控制电磁铁产生磁力吸住定位齿轮轴，而臂体上的空心轴相对轴孔处于自由转动的状态，这时只要利用臂体上的电机控制与该处定位齿轮啮合的驱动齿轮转动就可使该铰链处连接的两个臂体相对转动，每个铰链处都可以独立调节，从而使机械臂像蛇一样根据需要弯成各种形状。工作时可将机械手或终端执行机构等连接在最末级臂体上，起始级臂体的终端可连接在其他的机械臂上，以便来控制其在其他维度的移动。
在上述的新型机械臂中，该机械臂的臂体及所述的铰链结构为以齿轮所在的平面为对称面的对称结构，即在齿轮两侧设置有对称的齿轮轴。
在上述的新型机械臂中，最末级臂体上设置有轴孔，一定位齿轮的轴可转动的配合在轴孔上，在轴孔底部的臂体内设置有电磁铁，在该定位齿轮与铰链处的定位齿轮之间啮合有驱动齿轮，该驱动齿轮由设置在该最末级臂体上的电机驱动，从而使最末端的臂体也可控制弯曲。
在上述的新型机械臂中，所述的最末级臂体上的定位齿轮上设置有机械手。这样可使机械手的朝向不会随着机械臂的弯曲变形而改变。
在上述的新型机械臂中，相邻的两个臂体的临近侧边形成凹凸对应关系，以利于两个臂体相对转动。
在上述的新型机械臂中，从所述的起始级臂体到所述的最末级臂体，臂体的宽度逐级减小。
在上述的新型机械臂中，所述的起始级臂体上设置有连接外部控制电机轴的轴孔，用于连接其它自由度的控制电机。
与现有技术相比，本新型机械臂具有以下优点：
1、本发明的机械臂由多个臂体通过可控的铰链逐级连接，可以使机械臂作多级弯曲，适应复杂环境，特别是能绕过障碍物。
2、本发明的铰链轴处可通过改变电磁铁的极性，方便控制控制机械臂的弯曲，结构简单，操作方便，成本低。
3、本发明的机械臂上的齿轮彼此啮合，可使端部的机械手朝向不变。
附图说明
图1是实施例一的结构示意图；
图2是实施例二的结构示意图；
图3是图2的俯视图；
图4是具有六个臂体的机械臂结构示意图。
图中，1、起始级臂体；2、最末级臂体；3、臂体；301、上臂体；302、下臂体；4、轴孔；5、电磁铁；6、空心轴；7、定位齿轮的轴；8、定位齿轮；9、驱动齿轮；10、电机；11、机械手；12、轴承；13、齿轮轴孔。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例一
如图1所示，一种新型机械臂，包括通过铰链结构依次连接的数个臂体3，为了看的清楚，图中只画出了三个臂体彼此连接的的情况，臂体一级一级的逐次连接，臂体为非铁磁性材料。如图所示，所述的铰链结构为：在上级臂体上设置有轴孔4，在轴孔底部的臂体内设置有电磁铁5，磁铁的控制导线穿出臂体连接电器控制部分用以控制电磁铁磁场。在下级臂体上设置有与上级臂体轴孔转动配合的轴，所述轴为空心轴6且具有磁性，磁极的方向与轴同向，一定位齿轮8的轴7可转动的配合在空心轴的空心内，定位齿轮的轴也具有磁性，磁极的方向与空心轴磁极的方向相反；各级的臂体通过该铰链结构从起始级臂体1到最末级臂体2逐级的连接，在两相邻的定位齿轮之间啮合有驱动齿轮9，从而使所以齿轮也依次连接，所述驱动齿轮由设置在臂体上的电机10驱动，每个驱动齿轮由电机独立驱动。
在最末级臂体上设置有轴孔，一定位齿轮的轴可转动的配合在齿轮轴孔13上，在轴孔底部的臂体内设置有电磁铁，在该定位齿轮与铰链处的定位齿轮之间啮合有驱动齿轮，该驱动齿轮由设置在该最末级臂体上的电机驱动。在所述的最末级臂体上的定位齿轮上设置有机械手11。
实施例二
如图2所示，与实施例一不同的是，该机械臂的臂体及所述的铰链结构为以齿轮所在的平面为对称面的上下对称结构，即在齿轮上下两侧均设置有该铰链结构，同一级臂体也被分成上下两个部分，即上臂体301、下臂体302，两者可以连接在一起，彼此也可独立设置，其中电机只设置在一侧的臂体上，与电机轴对应的另一侧臂体上设置有电机轴的轴承12。所述的起始级臂体上设置有连接外部控制电机轴的轴孔，用于连接其它自由度的控制电机。
如图3所示，相邻的两个臂体的临近侧边形成凹凸对应关系，以利于两个臂体相对转动。从所述的起始级臂体到所述的最末级臂体，臂体的宽度逐级减小。
可以根据实际的使用需要增加或减小臂体的数量。如图4所示，是设置有六个臂体的结构。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管本文较多地使用了1、起始级臂体；2、最末级臂体；3、臂体；301、上臂体；302、下臂体；4、轴孔；5、电磁铁；6、空心轴；7、定位齿轮的轴；8、定位齿轮；9、驱动齿轮；10、电机；11、机械手；12、轴承；13、齿轮轴孔等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (7)

1.一种新型机械臂，包括通过铰链结构依次连接的数个臂体，其特征在于：所述的铰链结构为，在上级臂体上设置有轴孔，在轴孔底部的臂体内设置有电磁铁，在下级臂体上设置有与上级臂体轴孔转动配合的轴，所述轴为空心轴且具有磁性，磁极的方向与轴同向，一定位齿轮的轴可转动的配合在空心轴的空心内，定位齿轮的轴也具有磁性，磁极的方向与空心轴磁极的方向相反；各级的臂体通过该铰链结构从起始级臂体到最末级臂体逐级的连接，在两相邻的定位齿轮之间啮合有驱动齿轮，所述驱动齿轮由设置在臂体上的电机驱动。
2.根据权利要求1所述的新型机械臂，其特征在于，该机械臂的臂体及所述的铰链结构为以齿轮所在的平面为对称面的对称结构。
3.根据权利要求1所述的新型机械臂，其特征在于，最末级臂体上设置有轴孔，一定位齿轮的轴可转动的配合在轴孔上，在轴孔底部的臂体内设置有电磁铁，在该定位齿轮与铰链处的定位齿轮之间啮合有驱动齿轮，该驱动齿轮由设置在该最末级臂体上的电机驱动。
4.根据权利要求1所述的新型机械臂，其特征在于，相邻的两个臂体的临近侧边形成凹凸对应关系。
5.根据权利要求1所述的新型机械臂，其特征在于，从所述的起始级臂体到所述的最末级臂体，臂体的宽度逐级减小。
6.根据权利要求1所述的新型机械臂，其特征在于，所述的起始级臂体上设置有连接外部控制电机轴的轴孔。
7.根据权利要求3所述的新型机械臂，其特征在于，所述的最末级臂体上的定位齿轮上设置有机械手。
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