CN107856019A - 一种具有十字轴的异侧级联式柔性机械臂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有十字轴的异侧级联式柔性机械臂，包括若干个串联的十字型固定梁、连接相邻十字型固定梁的十字轴、动力组件，动力组件包括固定部，固定部包括设置于相邻且位于滑轮远端的一系梁/二系梁上的第一固定部、设置于相邻且位于滑轮近端的一系梁/二系梁上的第二固定部，第一固定部设置于一系梁/二系梁的一端，第二固定部设置于相邻的一系梁/二系梁的另一端。本柔性机械臂通过在串联的十字型固定梁之间设置易于转动的十字轴，结合穿插于十字型固定梁之间的由滑轮、钢线等组成动力组件，使机械臂能够方便的实现全角度的转动，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

一种具有十字轴的异侧级联式柔性机械臂

技术领域

本发明涉及机械臂领域，尤其涉及一种具有十字轴的异侧级联式柔性机械臂。

背景技术

机械臂是一种能模仿人手臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。特点是可以通过编程来完成各种预期的作业，构造和性能上兼有人和机械手机器各自的优点。机械臂是最早出现的工业机器人，也是最早出现的现代机器人，它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。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。

近年来，随着机器人技术的发展，应用高速、高精度、高负载自重比的机器人结构受到工业和航空航天领域的关注。由于运动过程中关节和连杆的柔性效应的增加，使结构发生变形从而使任务执行的精度降低。所以，机器人机械臂结构柔性特征必须予以考虑，实现柔性机械臂高精度有效控制也必须考虑系统动力学特性。柔性机械臂是一个非常复杂的动力学系统，其动力学方程具有非线性、强耦合、实变等特点。柔性机械臂不仅是一个刚柔耦合的非线性系统，而且也是系统动力学特性与控制特性相互耦合即机电耦合的非线性系统。动力学建模的目的是为控制系统描述及控制器设计提供依据。一般控制系统的描述(包括时域的状态空间描述和频域的传递函数描述)与传感器/执行器的定位，从执行器到传感器的信息传递以及机械臂的动力学特性密切相关。

但是目前的柔性机械臂，由于组成的零部件种类和数量繁多，导致结构复杂，成本较高，并不能很好的推广到诸如工业机械自动化装配、管道故障检测修复等多种领域，因此，设计一种能推广运用的原理简单、结构轻巧、成本低廉的柔性机械臂是亟待解决的问题。

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、能够多角度弯曲的具有十字轴的柔性机械臂。

本发明是通过以下的技术方案实现的：一种具有十字轴的异侧级联式柔性机械臂，包括若干个串联的十字型固定梁、连接相邻十字型固定梁的十字轴、动力组件：

十字型固定梁包括相互垂直并在中部固连的一系梁和二系梁；

十字轴包括相互垂直并在中部固连的第一连接件和第二连接件，第一连接件的两端部向同一侧延伸出两个第一连接部，第二连接件的两端部向同一侧延伸出两个第二连接部，第一连接部和第二连接部位于十字轴的不同侧，一系梁的两端与两个第一连接部分别固连，二系梁的两端与两个第二连接部分别固连。

动力组件包括设置于十字型固定梁一侧的滑轮、穿过滑轮的钢线、设置于十字型固定梁上的固定部，固定部包括设置于相邻且位于滑轮远端的一系梁/二系梁上的第一固定部、设置于相邻且位于滑轮近端的一系梁/二系梁上的第二固定部，第一固定部设置于一系梁/二系梁的一端，第二固定部设置于相邻的一系梁/ 二系梁的另一端，钢线的两端与第一固定部和第二固定部分别连接。

优选地，所述固定部与十字型固定梁通过插接连接的方式固定。

优选地，包括可伸缩的软性面，十字型固定梁中的一系梁和二系梁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十字型固定梁之间设置易于转动的十字轴，结合穿插于十字型固定梁之间的由滑轮、钢线等组成动力组件，使机械臂能够方便的实现全角度的转动，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为本发明十字型固定梁和十字轴的示意图；

图3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3所示，一种具有十字轴的异侧级联式柔性机械臂，包括若干个串联的十字型固定梁2、连接相邻十字型固定梁2的十字轴3、动力组件：

其中，十字型固定梁2包括相互垂直并在中部固连的一系梁21和二系梁22；十字轴3包括相互垂直并在中部固连的第一连接件31和第二连接件32，第一连接件31的两端部向同一侧延伸出两个第一连接部33，第二连接件32的两端部向同一侧延伸出两个第二连接部34，第一连接部33和第二连接部34位于十字轴3的不同侧，一系梁21的两端与两个第一连接部33分别固连，二系梁22的两端与两个第二连接部34分别固连。动力组件包括设置于十字型固定梁2一侧的滑轮11、穿过滑轮11的钢线12、设置于十字型固定梁2上的固定部，固定部包括设置于相邻且位于滑轮11远端的一系梁21/二系梁22上的第一固定部 13a、设置于相邻且位于滑轮11近端的一系梁21/二系梁22上的第二固定部13b，第一固定部13a设置于一系梁21/二系梁22的一端，第二固定部13b设置于相邻的一系梁21/二系梁22的另一端，钢线12的两端与第一固定部13a和第二固定部13b分别连接。

固定部与十字型固定梁2通过插接连接的方式固定，使固定部和钢线12能更牢固的固定在十字型固定梁2上。

当该柔性机械臂处于未弯曲的初始状态时，如图3所示，各十字型固定梁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3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所在的一系梁21/二系梁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所在的一系梁21/二系梁22向上弯曲，同时其它十字型固定梁2的一系梁21/二系梁22的左侧也向下弯曲，其它十字型固定梁2的一系梁21/二系梁22 的右侧向下弯曲也向上弯曲，使所有十字型固定梁2整体向左侧弯曲，而由于十字型固定梁2中的一系梁21和二系梁22的端部均抵接在所述软性面4的内壁上，所有十字型固定梁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 (4)

1.一种具有十字轴的异侧级联式柔性机械臂，其特征在于，包括若干个串联的十字型固定梁、连接相邻十字型固定梁的十字轴、动力组件：

十字型固定梁包括相互垂直并在中部固连的一系梁和二系梁；

十字轴包括相互垂直并在中部固连的第一连接件和第二连接件，第一连接件的两端部向同一侧延伸出两个第一连接部，第二连接件的两端部向同一侧延伸出两个第二连接部，第一连接部和第二连接部位于十字轴的不同侧，一系梁的两端与两个第一连接部分别固连，二系梁的两端与两个第二连接部分别固连；

动力组件包括设置于十字型固定梁一侧的滑轮、穿过滑轮的钢线、设置于十字型固定梁上的固定部，固定部包括设置于相邻且位于滑轮远端的一系梁/二系梁上的第一固定部、设置于相邻且位于滑轮近端的一系梁/二系梁上的第二固定部，第一固定部设置于一系梁/二系梁的一端，第二固定部设置于相邻的一系梁/二系梁的另一端，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所述的一种具有十字轴的异侧级联式柔性机械臂，其特征在于：所述固定部与十字型固定梁通过插接连接的方式固定。

3.根据权利要求1所述的一种具有十字轴的异侧级联式柔性机械臂，其特征在于：包括可伸缩的软性面，十字型固定梁中的一系梁和二系梁的端部均抵接在所述软性面的内壁上。

4.根据权利要求1所述的一种具有十字轴的异侧级联式柔性机械臂，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。