CN105643661A - 智能机械臂 - Google Patents

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    • B25J9/12—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements electric
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    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls

Abstract

本发明提供一种智能机械臂，包括丝杆及至少一节骨节，其特征在于所述丝杆至少为三根，所述骨节包括一个头部模块及一个设有导孔和安装空腔的底座，所述头部模块上设有至少三个安装孔，所述导孔至少为三个，每根所述丝杆的一端均与设置在安装孔内的万向球头连接，丝杆的另一端均位于导孔内且均设有用于驱动丝杆的驱动装置，所述驱动装置设置在安装空腔内。本发明可形成任意角度的弯曲，可形成三维空间曲形弯曲。此外本发明可使整个机械臂的结构尽可能紧凑，同时确保机械臂具有足够和较大的弯曲范围。

Description

智能机械臂
技术领域
本发明涉及机械臂领域，具体为一种智能机械臂。
背景技术
在自动化生产、加工过程中经常需要使用机械臂来完成一些工作，常见的机械臂包括以下几种方式：第一种是采用X/Y/Z三轴运行机构，即将机械臂安装在一个X/Y/Z三轴叠加运行的平台上，通过平台在X/Y/Z方向上的运行，带动机械臂实现在三维空间中的运行。第二种是在上述第一种基础上增加旋转机构，以增加一个旋转方向上的运行。第三种是采用连杆机构，即将机械臂采用多连杆枢接，通过控制连杆的伸缩从而控制机械臂在各个方向上的运行。此外，还可将上述几种模式相互结合，组合形成多用途的机械臂。但是上述机械臂存在一个最大的问题就是，机械臂自身难以实现任意角度的弯曲，虽然通过连杆机构可以实现一定的弯曲功能，但是这种连杆机构仅能适用于较大的机械臂，用于加工精密产品的机械臂，由于其体积较小，结构复杂的连杆机构难以适应。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述不足提供一种体积小、可实现任意方向转动扭曲的智能机械臂。
本发明包括丝杆及至少一节骨节，其特征在于所述丝杆至少为三根，所述骨节包括一个头部模块及一个设有导孔和安装空腔的底座，所述头部模块上设有至少三个安装孔，所述导孔至少为三个，每根所述丝杆的一端均与设置在安装孔内的万向球头连接，丝杆的另一端均位于导孔内且均设有用于驱动丝杆的驱动装置，所述驱动装置设置在安装空腔内。
本发明通过丝杆向下或向上运动时会带动头部模块和中间模块的一个角产生倾斜，从而带动头部模块和中间模块的整个平面产生倾斜，当丝杆运动至预设的位置时，第二位置传感器探测到位移信号，并将位移信号发送至PLC控制器，PLC控制器接收到位移信号后通过第二锁紧装置将丝杆锁紧，即对丝杆进行定位，然后按照离头部模块由近至远的顺序，依次锁定其余中间模块与丝杆的相对位置即可形成整个机械臂任意方向摆动。而且当丝杆为刚性丝杆时，弹性外套起到保护丝杆的作用，当丝杆为弹性丝杆时，弹性外套不但起到保护丝杆的作用，还能使每块中间模块弯曲时整个外表面更加平滑，从而防止弹性丝杆折断。本发明可形成任意角度的弯曲，可形成三维空间曲形弯曲。此外本发明可使整个机械臂的结构尽可能紧凑，同时确保机械臂具有足够和较大的弯曲范围。
附图说明
图1为刚性丝杆时一节骨节的结构示意图。
图2为弹性丝杆时一节骨节的结构示意图。
图3为头部模块的俯视图。
图4为中间模块的俯视图。
图5为中间模块的正面剖视图。
图6为本发明中万向球头与头部模块的安装结构剖视图。
图7为多节骨节组合示意图，其中一节骨节中的丝杆为刚性丝杆，另一节骨节中的丝杆为弹性丝杆。
图8为多节骨节组合示意图，其中骨节中的丝杆均为刚性丝杆。
图9为多节骨节组合示意图，其中骨节中的丝杆均为弹性丝杆。
具体实施方式
下面结合附图及实施例进一步说明本发明。
实施例：本发明包括丝杆1及至少一节骨节，所述丝杆1至少为三根，所述骨节包括一个头部模块2及一个设有导孔3a和安装空腔3b的底座3，所述头部模块2上设有至少三个安装孔2a，所述导孔3a至少为三个，每根所述丝杆1的一端均与设置在安装孔2a内的万向球头4连接，丝杆1的另一端均位于导孔3a内且均设有用于驱动丝杆1的驱动装置，所述驱动装置设置在安装空腔3b内。本发明还包括控制机构，所述控制机构包括均设置在安装空腔3b内的PLC控制器5和用于采集丝杆1位移信号的第一位置传感器6，所述第一位置传感器6至少为三个且均与PLC控制器5相连。所述驱动装置包括步进电机7、主动齿轮8以及从动齿轮9，所述主动齿轮8安装在步进电机7的电机轴上，所述从动齿轮9分别与主动齿轮8和丝杆1啮合连接。所述头部模块2上和所述底座3上分别设有第一线束孔2b和第二线束孔3c。所述安装空腔3b内还设有用于对丝杆1进行锁紧的第一锁紧装置10。所述头部模块2的形状为圆形块状或多边形块状，所述底座3的形状为圆形柱状或多边形柱状。所述丝杆1上的螺纹为半圈螺纹或者整圈螺纹。以三根丝杆1为例，三根丝杆1沿着头部模块2的边缘等距离分布。弹性外套11为弹簧、天然橡胶或合成橡胶。
所述丝杆1为刚性丝杆时，此时，所述头部模块2与底座3之间通过弹性外套11连接。
所述丝杆1为弹性丝杆时，此时，所述头部模块2与底座3之间还设有至少一块中间模块12，所述中间模块12上设有至少三个定位孔12a，每根所述丝杆1的杆体均穿过定位孔12a，每个所述定位孔12a内侧均设有用于对丝杆1进行定位的第二锁紧装置14，每块所述中间模块12上设有用于采集丝杆1位移信号的第二位置传感器13，所述第二位置传感器13至少为三个且均与PLC控制器5相连。所述弹性丝杆为钢丝或钛合金制成的丝杆。所述头部模块2与中间模块12之间及中间模块12与底座3之间均通过弹性外套11连接，当中间模块12有两块及两块以上时，相邻中间模块12之间通过弹性外套11连接。所述中间模块12上设有第三线束孔12b。所述中间模块12的形状为圆形块状或多边形块状。
当骨节为一节多段(即一节骨节指的是一个底座和一个头部模块，多段指的是多块中间模块)且丝杆1为弹性丝杆时，工作过程如下：
根据数学模型计算出的每根丝杆1的位移状态，启动步进电机7带动主动齿轮8运转，主动齿轮8通过从动齿轮9带动丝杆1做运动，由于三点形成一个平面，当丝杆1向下或向上运动时会带动头部模块2和中间模块12的一个角产生倾斜，从而带动头部模块2和中间模块12的整个平面产生倾斜，当丝杆1运动至预设的位置时，第二位置传感器6探测到位移信号，并将这个位移信号发送至PLC控制器5，PLC控制器5接收到位移信号后通过第二锁紧装置14将丝杆1锁紧，即对丝杆进行定位，然后按照离头部模块2由近至远的顺序，依次锁定剩下的中间模块12与丝杆1的相对位置即可。
所述弹性外套11粘结或键接在头部模块2与中间模块12之间及中间模块12与底座3之间，当丝杆1带动头部模块2和中间模块12运动时，致使设置在其间的弹性外套11产生压缩，此时弹性外套11既可以控制丝杆1的弯曲范围，又可以保护丝杆1防止其折坏，当机械臂任务完成后，松开各个第二锁紧装置14，此时头部模块2和中间模块12，以及相邻的中间模块12之间由于弹性外套11的之前压缩产生的弹力进行自动复位。
当骨节为一节且丝杆1为刚性丝杆时(即一节骨节指的是一个底座和一个头部模块，此时没有中间模块)，本发明中的丝杆1带动头部模块2倾斜；当骨节为多节且丝杆1均为刚性丝杆时，也可以实现整个机械臂一定角度的弯曲。
当骨节为多节时，丝杆1可以全部为刚性丝杆；也可以全部为弹性丝杆；还可以是一节骨节中的丝杆1全部为刚性丝杆，另一节骨节中的丝杆1全部为弹性丝杆的组合，当进行距离较远或较为复杂的工作时，可以将多节骨节进行组合使用，即将一节骨节的底座3安装在另一骨节的头部模块2上，也可以将另一骨节的头部模块2拆掉，在一节骨节的底座3打安装孔，安装上万向球头4然后将另一骨节的丝杆1与万向球头4连接即可。

Claims (13)

1.一种智能机械臂，包括丝杆(1)及至少一节骨节，其特征在于所述丝杆(1)至少为三根，所述骨节包括一个头部模块(2)及一个设有导孔(3a)和安装空腔(3b)的底座(3)，所述头部模块(2)上设有至少三个安装孔(2a)，所述导孔(3a)至少为三个，每根所述丝杆(1)的一端均与设置在安装孔(2a)内的万向球头(4)连接，丝杆(1)的另一端均位于导孔(3a)内且均设有用于驱动丝杆(1)的驱动装置，所述驱动装置设置在安装空腔(3b)内。
2.根据权利要求1所述的智能机械臂，其特征在于还包括控制机构，所述控制机构包括均设置在安装空腔(3b)内的PLC控制器(5)和用于采集丝杆(1)位移信号的第一位置传感器(6)，所述第一位置传感器(6)至少为三个且均与PLC控制器(5)相连。
3.根据权利要求2所述的智能机械臂，其特征在于所述驱动装置包括步进电机(7)、主动齿轮(8)以及从动齿轮(9)，所述主动齿轮(8)安装在步进电机(7)的电机轴上，所述从动齿轮(9)分别与主动齿轮(8)和丝杆(1)啮合连接。
4.根据权利要求3所述的智能机械臂，其特征在于所述头部模块(2)上和所述底座(3)上分别设有第一线束孔(2b)和第二线束孔(3c)。
5.根据权利要求4所述的智能机械臂，其特征在于所述头部模块(2)的形状为圆形块状或多边形块状，所述底座(3)的形状为圆形柱状或多边形柱状。
6.根据权利要求5所述的智能机械臂，其特征在于所述丝杆(1)上的螺纹为半圈螺纹或者整圈螺纹。
7.根据权利要求6所述的智能机械臂，其特征在于所述安装空腔(3b)内还设有用于对丝杆(1)进行锁紧的第一锁紧装置(10)。
8.根据权利要求1-7任一项所述的智能机械臂，其特征在于所述丝杆(1)为刚性丝杆，所述头部模块(2)与底座(3)之间通过弹性外套(11)连接。
9.根据权利要求1-7任一项所述的智能机械臂，其特征在于所述丝杆(1)为弹性丝杆，所述头部模块(2)与底座(3)之间还设有至少一块中间模块(12)，所述中间模块(12)上设有至少三个定位孔(12a)及至少三个用于采集丝杆(1)位移信号的第二位置传感器(13)，每根所述丝杆(1)的杆体均穿过定位孔(12a)，每个所述定位孔(12a)内侧均设有用于对丝杆(1)进行定位的第二锁紧装置(14)，每个所述第二位置传感器(13)均与PLC控制器(5)相连。
10.根据权利要求9所述的智能机械臂，其特征在于所述弹性丝杆为钢丝或钛合金制成的丝杆。
11.根据权利要求9所述的智能机械臂，其特征在于所述头部模块(2)与中间模块(12)之间及中间模块(12)与底座(3)之间均通过弹性外套(11)连接。
12.根据权利要求11所述的智能机械臂，其特征在于所述中间模块(12)上设有第三线束孔(12b)。
13.根据权利要求12所述的智能机械臂，其特征在于所述中间模块(12)的形状为圆形块状或多边形块状。
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