CN106695879A - 一种超弹性合金片机械臂 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种超弹性合金片机械臂，包括小关节体、大关节体、超弹性合金片、前端摄像头和驱动机构，关节体和驱动机构通过拉线机械连接。该机械臂通过超弹性合金片代替轴承连接各个关节，减轻重量，没有机械间隙，运动精度高，结构简单；关节之间正交连接，相邻主动关节之间有若干从动关节片，增加机械臂弯曲的柔性；关节驱动拉线的拉线孔采用十字形，有效的减小了拉线之间运动时的耦合性，提高控制精确性；驱动机构采用杠杆驱动，且各个杠杆的转轴处于轴对齐的形式，杠杆旋转梯次均匀排布，能够减少驱动单元的数量，缩小驱动机构的体积；采用塔式驱动器结构，各个中心连接件采用模块化形式，可任意层叠，便于增减驱动单元。

Description

一种超弹性合金片机械臂
技术领域
本发明涉及一种超弹性合金片机械臂及其结构，属于机器人技术领域。
背景技术
机械臂作为自动化领域的代表性产品，越来越多的应用于各个工作环境，它的出现不仅替代了人工劳动，提高了工作效率，而且在高危险、高要求的工作环境中，体现了独特的优势。传统的工业用机械臂体积庞大，转动自由度有限，其柔性度不高，不能应用在狭窄空间作业，因此出现了多自由度的蛇形机械臂。蛇形机械臂由于其仿蛇的结构特点，使其具有较高的自由度，能够轻易的通过弯管道、狭窄空间等，从而引起了研究者的兴趣。但是目前大多数蛇形机械臂，尤其是线驱动形式的蛇形机械臂，存在结构复杂、控制难度大、驱动机构笨重、拉线运动耦合性严重等问题，这也限制了蛇形机械臂的进一步研究与普及。
发明内容
本发明针对现有结构存在的缺陷，提出了一种采用超弹性合金片连接的、具有新型布线形式的、驱动机构精简的多关节机械臂。该机械臂采用杠杆结构驱动，驱动器采用塔式结构安装，有效减少驱动机构的数量；拉线采用十字形的排线形式，有效减小拉线运动时的耦合问题。
本发明采取的技术方案为：一种超弹性合金片机械臂，包括机械臂关节体和驱动机构，机械臂关节体和驱动机构通过拉线机械连接。
所述机械臂关节体包括小关节体、大关节体、超弹性合金片、前端摄像头以及铆钉。
所述驱动机构包括驱动机构外壳、底盘、电动推杆、杠杆和连接件。
所述前端摄像头安装在机械臂关节体的最前端，可实时采集并传输工作环境的图像，前端摄像头可以根据工作需要替换为机械手等工具。
所述机械臂关节体包括小关节体和大关节体两种型号，其中机械臂的前半部分由于所穿过的拉线的数量较少，同时为了减轻整体机械臂的重量，采用半径较小的小关节体；机械臂的后半部分由于穿过的拉线数量较多，采用半径较大的大关节体。
所述小关节体和大关节体又包括主动关节和从动关节，每相邻的两个主动关节之间安装有N个(N≥1)从动关节，各个主动关节之间采用正交连接的形式，主动关节和从动关节之间通过超弹性合金片实现平行连接，超弹性合金片与主动关节和从动关节之间通过铆钉穿过轴孔进行固定。
所述小关节体和大关节体上均有十字型的拉线过孔，每个主动关节由两根对称固定的拉线进行驱动，从动关节只有拉线穿过，当主动关节转动时，从动关节通过超弹性合金片的弯曲变形，跟随主动关节在同一平面内转动。
所述驱动机构的电动推杆通过安装环固定在底盘上，每个电动推杆的推杆通过推杆连接孔与杠杆连接，杠杆又通过转轴孔与连接件上的转轴相连，各个连接件层叠连接，并通过中心柱固定在底盘上，从而使得各个杠杆的转轴处于同一轴线上。
所述驱动机构采用塔式结构，各个杠杆通过中心连接件层次叠加，杠杆呈现旋转梯次均匀排布结构，各个中心连接件可以任意叠加，通过固定螺栓连接，连接件螺丝孔呈圆周均匀排布，且连接件螺丝孔个数与中心连接件个数相对应，每相邻两个中心连接件安装后，其槽孔均有一定角度的错角，这样当中心连接件全部连接后，所有槽孔在360度圆周上均匀错开。
所述拉线通过端帽固定于主动关节上，拉线穿过驱动机构外壳上的拉线孔，卡扣安装在杠杆拉线孔的上方，拉线卡帽卡在卡扣上，拉线穿过杠杆拉线孔固定在杠杆上，当电动推杆工作时，带动杠杆转动，从而驱动拉线，进而驱动对应的主动关节转动。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点和效果：
本发明的一个效果在于，通过超弹性合金片代替轴承连接各个关节，减轻重量，没有机械间隙，运动精度高，结构简单；
本发明的一个效果在于，关节之间正交连接，相邻主动关节之间有若干从动关节片，增加机械臂弯曲的柔性；
本发明的一个效果在于，关节驱动拉线的拉线孔采用十字形，有效的减小了拉线之间运动时的耦合性，提高控制精确性；
本发明的一个效果在于，驱动机构采用杠杆驱动，且各个杠杆的转轴处于轴对齐的形式，杠杆旋转梯次均匀排布，能够减少驱动单元的数量，缩小驱动机构的体积；
本发明的一个效果在于，采用塔式驱动器结构，各个中心连接件采用模块化形式，可任意层叠，便于增减驱动单元。
附图说明
图1是机械臂整体结构示意图；
图2是机械臂关节体分单元示意图；
图3是机械臂一组正交关节体示意图；
图4是机械臂关节体示意图；
图5是机械臂关节体弯曲示意图；
图6是驱动机构剖视图；
图7是驱动机构固定支架与末端关节示意图；
图8是驱动机构外壳示意图；
图9是驱动机构固定支架与外壳示意图；
图10是末端关节与驱动机构外壳安装示意图；
图11是单关节安装示意图；
图12是驱动机构示意图；
图13是驱动机构俯视图；
图14是驱动机构局部放大示意图；
图15是中心连接件装配体侧视图；
图16是中心连接件装配体俯视图；
图17是杠杆示意图；
图18是底盘示意图；
图19是拉线示意图；
图20是摄像头连接示意图。
附图中，各标号所代表的部件：1、机械臂关节体 2、驱动机构 3、小关节体 4、大关节体 5、主动关节 6、从动关节 7、拉线过孔 8、轴孔 9、前端摄像头 10、驱动机构外壳 11、电动推杆 12、杠杆 13、底盘 14、拉线孔 15、推杆 16、安装支座 17、卡扣 18、中心连接件19、转轴 20、推杆连接孔 21、转轴孔 22、杠杆拉线孔 23、中心柱 24、铆钉 25、拉线 26、拉线卡帽 27、端帽 28、超弹性合金片 29、槽孔 30、固定螺栓 31、连接件螺丝孔 32、固定支架 33、安装孔 34、末端关节
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的介绍。
如图1所示，一种超弹性合金片机械臂，其特征在于，包括机械臂关节体1和驱动机构2，机械臂关节体1和驱动机构2通过拉线25机械连接。
如图2～图5所示，所述机械臂关节体1包括小关节体3、大关节体4、超弹性合金片28、前端摄像头9以及铆钉24；其中机械臂的前半部分由于所穿过的拉线25的数量较少，同时为了减轻整体机械臂的重量，采用半径较小的小关节体3；机械臂的后半部分由于穿过的拉线25数量较多，采用半径较大的大关节体4。如图20所示，前端摄像头9可以替换为机械手等其他工具。
如图4所示，所述小关节体3和大关节体4又包括主动关节5和从动关节6，每相邻的两个主动关节5之间安装有N个(N≥1)从动关节6，各个主动关节5之间采用正交连接的形式，主动关节5和从动关节6之间通过超弹性合金片28实现平行连接。超弹性合金片28与主动关节5和从动关节6之间通过铆钉24穿过轴孔8进行固定，如图5所示。
所述小关节体3和大关节体4上均有十字型的拉线过孔7，如图4所示，每个主动关节5由两根对称固定的拉线25进行驱动，拉线25通过端帽27固定于主动关节5上，从动关节6只有拉线25穿过，当主动关节5转动时，从动关节6通过超弹性合金片28的弯曲变形，跟随主动关节5在同一平面内转动。
如图6、图8、图9、图12、图13、图14、图15所示，所述驱动机构2主要包括驱动机构外壳10、底盘13、电动推杆11、杠杆12、底盘13、拉线孔14、安装支座16、卡扣17、中心连接件18、固定支架32、安装孔33。所述驱动机构2的电动推杆11通过安装支座16固定在底盘13上，每个电动推杆11的推杆15通过杠杆12的推杆连接孔20与杠杆12连接，杠杆12又通过转轴孔21与中心连接件18上的转轴19相连，转轴19的位置如图16所示，卡扣17安装在杠杆拉线孔22的上方。各个中心连接件18层叠连接，并通过底盘13的中心柱23固定在底盘13上，如图19所示，从而使得各个杠杆12的转轴19处于同一轴线上。杠杆12的示意图如图18所示。
所述驱动机构2采用塔式结构，各个杠杆12通过中心连接件18层次叠加，杠杆13呈现旋转梯次均匀排布结构，各个中心连接件18可以任意叠加，通过固定螺栓30连接，连接件螺丝孔31呈圆周均匀排布，且连接件螺丝孔31个数与中心连接件18个数相对应，每相邻两个中心连接件18安装后，其槽孔29均有一定角度的错角。槽孔29的位置如图15所示，固定螺栓30、连接件螺丝孔31的位置如图17所示。
如图7～11所示，所述机械臂关节体1通过末端关节34与驱动机构外壳10相连，末端关节34安装在固定支架32上，固定支架32通过安装孔33与驱动机构外壳10固定，其中所述末端关节34具有一定高度，使得驱动拉线25在通过驱动机构外壳10的拉线孔14时，具有一定的弧度过渡。
如图20所示，拉线25穿过驱动机构外壳10上的拉线孔14，拉线孔14位置如图8所示。驱动机构2的卡扣17安装在杠杆拉线孔22的上方，拉线卡帽26卡在卡扣17上，拉线25穿过杠杆拉线孔22固定在杠杆12上，当电动推杆11工作时，带动杠杆12转动，从而驱动拉线25，进而驱动对应的主动关节5转动。
对所公开的实施例的上述说明，仅用于本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，因此本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和创新点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种超弹性合金片机械臂，其特征在于，包括机械臂关节体(1)和驱动机构(2)，机械臂关节体(1)和驱动机构(2)通过拉线(25)机械连接；
所述机械臂关节体(1)包括小关节体(3)、大关节体(4)、超弹性合金片(28)、前端摄像头(9),所述小关节体(3)和大关节体(4)又包括主动关节(5)和从动关节(6)，各个主动关节(5)之间采用正交连接的形式，主动关节(5)和从动关节(6)之间通过超弹性合金片(28)实现平行连接，前端摄像头(9)安装在机械臂关节体(1)的最前端；
所述驱动机构(2)包括驱动机构外壳(10)、底盘(13)、电动推杆(11)、杠杆(12)和中心连接件(18)，电动推杆(11)固定在底盘(13)上，每个电动推杆(11)、中心连接件(18)与杠杆(12)相连，电动推杆(11)、杠杆(12)和中心连接件(18)安装在驱动机构外壳(10)内部。
2.如权利要求1所述的一种超弹性合金片机械臂，其特征在于，所述前端摄像头(9)可实时采集并传输工作环境的图像，所述前端摄像头(9)可以替换为其他工具。
3.如权利要求1所述的一种超弹性合金片机械臂，其特征在于，所述机械臂关节体(1)包括小关节体(3)和大关节体(4)两种型号，其中机械臂的前半部分采用半径较小的小关节体(3)；机械臂的后半部分采用半径较大的大关节体(4)。
4.如权利要求1所述的一种超弹性合金片机械臂，其特征在于，每相邻的两个主动关节(5)之间安装有N个(N≥1)从动关节(6)。
5.如权利要求1所述的一种超弹性合金片机械臂，其特征在于，所述小关节体(3)和大关节体(4)上均有孔轴(8)和十字型的拉线过孔(7)，超弹性合金片(28)与主动关节(5)和从动关节(6)之间通过铆钉(24)穿过轴孔(8)进行固定，每个主动关节(5)由两根对称固定的拉线(25)进行驱动，从动关节(6)只有拉线(25)穿过，当主动关节(5)转动时，从动关节(6)通过超弹性合金片(28)的弯曲变形，跟随主动关节(5)在同一平面内转动。
6.如权利要求1所述的一种超弹性合金片机械臂，其特征在于，所述驱动机构(2)的电动推杆(11)通过安装支座(16)固定在底盘(13)上，每个电动推杆(11)的推杆(15)通过推杆连接孔(20)与杠杆(12)连接，杠杆(12)又通过转轴孔(21)与中心连接件(18)上的转轴(19)相连，各个中心连接件(18)层叠连接，并通过中心柱(23)固定在底盘(13)上，从而使得各个杠杆(12)的转轴(19)处于同一轴线上。
7.如权利要求1所述的一种超弹性合金片机械臂，其特征在于，所述驱动机构(2)采用塔式结构，各个杠杆(12)通过中心连接件(18)层次叠加，杠杆(13)呈现旋转梯次均匀排布结构，各个中心连接件(18)可以任意叠加，通过固定螺栓(30)连接，连接件螺丝孔(31)呈圆周均匀排布，且连接件螺丝孔(31)个数与中心连接件(18)个数相对应，每相邻两个中心连接件(18)安装后，其槽孔(29)均有一定角度的错角。
8.如权利要求1所述的一种超弹性合金片机械臂，其特征在于，所述机械臂关节体(1)通过末端关节(34)与驱动机构外壳(10)相连，末端关节(34)安装在固定支架(32)上，固定支架(32)通过安装孔(33)与驱动机构外壳(10)固定，其中所述末端关节(34)具有一定高度，使得驱动拉线(25)在通过驱动机构外壳(10)的拉线孔(14)时，具有一定的弧度过渡；所述拉线(25)通过端帽(27)固定于主动关节(5)上，拉线(25)穿过驱动机构外壳(10)上的拉线孔(14)，卡扣(17)安装在杠杆拉线孔(22)的上方，拉线卡帽(26)卡在卡扣(17)上，拉线(25)穿过杠杆拉线孔(22)固定在杠杆(12)上，当电动推杆(11)工作时，带动杠杆(12)转动，从而驱动拉线(25)，进而驱动对应的主动关节(5)转动。
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