CN107650115A - 一种基于米字轴的同轴联动式柔性机械臂 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于米字轴的同轴联动式柔性机械臂，包括若干个串联的米字轴、连接相邻米字轴的万向结构、动力组件，动力组件包括设置于米字轴一侧的滑轮、穿过滑轮的钢线、和设置于米字轴上的固定部，固定部包括设置于转轴一/转轴二一侧的第一固定部、设置于转轴一/转轴二另一侧的第二固定部，钢线的两端与第一固定部和第二固定部分别连接。本柔性机械臂通过在串联的米字轴之间设置易于转动的万向结构，结合穿插于米字轴之间的由滑轮、钢线等组成动力组件，使机械臂能够方便的实现多个角度的弯曲，其原理简单、结构轻巧、成本低廉，能够适用于工业机械自动化装配、管道故障检测修复等多种领域。
Description
技术领域
本发明涉及机械臂领域，尤其涉及一种基于米字轴的同轴联动式柔性机械臂。
背景技术
随着人类科学发展的进步，智能机械也越来越多地被应用到各种场合，其中机械臂作为人类现代自动化工业的重要工具，就在自动化机械装配和检修、医疗器械等多种领域得到了大量应用。其工作空间大、灵敏度高、灵活性好、并且能够在许多有人类无法适应的恶劣环境下工作，且相对于常用的刚性机械臂，柔性机械臂具有负载大、灵巧且多变、工作效率高等多种优点，因此在很多特殊场合能够实现刚性机械臂所无法完成的功能。
但现有的柔性机械臂的驱动机构和连接组件都相对复杂，使柔性机械臂整体的体积和能耗较大、成本较高。因此，设计一种结构简单、成本低廉并且能够实现柔性机械臂基本的柔性弯曲功能的柔性机械臂，将使柔性机械臂得到更大范围的推广应用。
发明内容
本发明旨在解决上述所提及的技术问题，提供一种结构简单、能够实现多角度弯曲的基于米字轴的同轴联动式的柔性机械臂。
本发明是通过以下的技术方案实现的：一种基于米字轴的同轴联动式柔性机械臂，包括若干个串联的米字轴、连接相邻米字轴的万向结构、动力组件：
米字轴包括在中部固连的两根转轴一和两根转轴二，两根转轴一互相垂直，两根转轴二互相垂直，相邻的转轴一和转轴二之间的夹角为四十五度；
万向结构的两端分别固连于相邻的米字轴的中部，万向结构包括子万向节和母万向节，子万向节包括连杆和固连于连杆朝向母万向节一端的球状体，球状体外表面之间平行设置有若干条第一滑槽，母万向节包括连杆和固连于连杆朝向子万向节一端的固定爪，固定爪由若干条与第一滑槽对应的固定条组成，固定条沿球状体外表面之间弯曲，且每根固定条朝向球状体的一侧均设置有第二滑槽，对应的第一滑槽和第二滑槽中可滚动的容置有球体，使子万向节和母万向节可转动的卡接在一起；
动力组件包括设置于米字轴一侧的滑轮、穿过滑轮的钢线、设置于米字轴上的固定部，固定部包括设置于转轴一/转轴二一侧的第一固定部、设置于转轴一/转轴二另一侧的第二固定部，钢线的两端与第一固定部和第二固定部分别连接。
优选地，所述固定部与米字轴通过插接连接的方式固定。
优选地，所述球体、第一滑槽和第二滑槽的表面均覆盖有磁性材料。
优选地，所述固定条均设置于球状体外表面的一个同心球面上，所述同心球面的半径大于球状体外表面的半径。
优选地，包括可伸缩的软性面，米字轴中的转轴一和转轴二的端部均抵接在所述软性面的内壁上。
优选地，所述滑轮的转动中心固连有电机的输出轴，电机通过正转或反转带动滑轮顺时针或逆时针转动。
有益效果是：本柔性机械臂通过在串联的米字轴之间设置易于转动的万向结构，结合穿插于米字轴之间的由滑轮、钢线等组成动力组件，使机械臂能够方便的实现多个角度的弯曲，其原理简单、结构轻巧、成本低廉，能够适用于工业机械自动化装配、管道故障检测修复等多种领域。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图做简单说明。显然，所描述的附图只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他设计方案和附图。
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明米字轴和万向结构的示意图；
图3为本发明万向结构的示意图；
图4为本发明的使用状态示意图。
具体实施方式
以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其它实施例，均属于本发明的保护范围。另外，文中所提到的所有连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少连接辅件，来组成更优的连接结构。本发明创造中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。
具体实施例，如图1至4所示，一种基于米字轴的同轴联动式柔性机械臂，包括若干个串联的米字轴2、连接相邻米字轴2的万向结构3、动力组件：
其中，米字轴2包括在中部固连的两根转轴一21和两根转轴二22，两根转轴一21互相垂直，两根转轴二22互相垂直，相邻的转轴一21和转轴二22之间的夹角为四十五度；
万向结构3的两端分别固连于相邻的米字轴2的中部，万向结构3包括子万向节31和母万向节32，子万向节31包括连杆和固连于连杆朝向母万向节32一端的球状体31a，球状体31a外表面之间平行设置有若干条第一滑槽31b，母万向节32包括连杆和固连于连杆朝向子万向节31一端的固定爪32a，固定爪32a由若干条与第一滑槽31b对应的固定条组成，固定条沿球状体31a外表面之间弯曲，且每根固定条朝向球状体31a的一侧均设置有第二滑槽32b，对应的第一滑槽31b和第二滑槽32b中可滚动的容置有球体33，使子万向节31和母万向节32可转动的卡接在一起；动力组件包括设置于米字轴2一侧的滑轮11、穿过滑轮11的钢线12、设置于米字轴2上的固定部，固定部包括设置于转轴一21/转轴二22一侧的第一固定部13a、设置于转轴一21/转轴二22另一侧的第二固定部13b，钢线12的两端与第一固定部13a和第二固定部13b分别连接。
固定条均设置于球状体31a外表面的一个同心球面上，上述同心球面的半径大于球状体31a外表面的半径，且所述球体33、第一滑槽31b和第二滑槽32b的表面均覆盖有磁性材料。当球体33在子万向节31上的第一滑槽31b和母万向节32上的第二滑槽32b之间滚动时，球体33不会从第一滑槽31b和第二滑槽32b中滚出。
固定部与米字轴2通过插接连接的方式固定，使固定部和钢线12能更牢固的固定在米字轴2上。
当该柔性机械臂处于未弯曲的初始状态时，如图4所示，各米字轴2之间均保持相互平行的关系，此时电机不工作，滑轮11没有转动；当柔性机械臂需要进行弯曲时，例如当该柔性机械臂需要向图1和图4中的左侧弯曲时，电机转动带动滑轮11沿逆时针方向转动。连接第一固定部13a的钢线12往靠近滑轮11的方向收缩，带动第一固定部13a所在的转轴一21/转轴二22向下弯曲，同时连接第二固定部13b的钢线12往远离滑轮11的方向放松，带动第二固定部13b所在的转轴一21/转轴二22向上弯曲，同时其它米字轴2的转轴一21/转轴二22的左侧也向下弯曲，其它米字轴2的转轴一21/转轴二22的右侧向下弯曲也向上弯曲，使所有米字轴2整体向左侧弯曲，而由于米字轴2中的转轴一21和转轴二22的端部均抵接在所述软性面4的内壁上，所有米字轴2整体向左侧弯曲，带动可伸缩的软性面4向左侧弯曲，从而使整个柔性机械臂向左侧弯曲。
同理，结合柔性机械臂自身一定角度的旋转，即可方便的实现柔性机械臂全角度的弯曲，使柔性机械臂能够根据需要调整弯曲的方向和角度。
以上实施例不局限于该实施例自身的技术方案，实施例之间可以相互结合成新的实施例。以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而并非对其进行限制，凡未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明技术方案的范围内。
Claims (6)
1.一种基于米字轴的同轴联动式柔性机械臂，其特征在于，包括若干个串联的米字轴、连接相邻米字轴的万向结构、动力组件：
米字轴包括在中部固连的两根转轴一和两根转轴二，两根转轴一互相垂直，两根转轴二互相垂直，相邻的转轴一和转轴二之间的夹角为四十五度；
万向结构的两端分别固连于相邻的米字轴的中部，万向结构包括子万向节和母万向节，子万向节包括连杆和固连于连杆朝向母万向节一端的球状体，球状体外表面之间平行设置有若干条第一滑槽，母万向节包括连杆和固连于连杆朝向子万向节一端的固定爪，固定爪由若干条与第一滑槽对应的固定条组成，固定条沿球状体外表面之间弯曲，且每根固定条朝向球状体的一侧均设置有第二滑槽，对应的第一滑槽和第二滑槽中可滚动的容置有球体，使子万向节和母万向节可转动的卡接在一起；
动力组件包括设置于米字轴一侧的滑轮、穿过滑轮的钢线、设置于米字轴上的固定部，固定部包括设置于转轴一/转轴二一侧的第一固定部、设置于转轴一/转轴二另一侧的第二固定部，钢线的两端与第一固定部和第二固定部分别连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于米字轴的同轴联动式柔性机械臂，其特征在于：所述固定部与米字轴通过插接连接的方式固定。
3.根据权利要求1所述的一种基于米字轴的同轴联动式柔性机械臂，其特征在于：所述球体、第一滑槽和第二滑槽的表面均覆盖有磁性材料。
4.根据权利要求1所述的一种基于米字轴的同轴联动式柔性机械臂，其特征在于：所述固定条均设置于球状体外表面的一个同心球面上，所述同心球面的半径大于球状体外表面的半径。
5.根据权利要求1所述的一种基于米字轴的同轴联动式柔性机械臂，其特征在于：包括可伸缩的软性面，米字轴中的转轴一和转轴二的端部均抵接在所述软性面的内壁上。
6.根据权利要求1所述的一种基于米字轴的同轴联动式柔性机械臂，其特征在于：所述滑轮的转动中心固连有电机的输出轴，电机通过正转或反转带动滑轮顺时针或逆时针转动。
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2017
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