CN113172619A - 一种可旋转伸缩的打磨机械臂 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可旋转伸缩的打磨机械臂，包括机械臂基座、机械臂腰部、机械臂下臂、机械臂上臂和打磨机构；机械臂上臂包括上臂固定部分、上臂伸缩部分、伸缩旋转装置；上臂固定部分包括第四步进电机、上臂后体和滚轴丝杠；第四步进电机提供伸缩旋转装置的动力；上臂伸缩部分包括伸缩杆；伸缩旋转装置包括直线电机、CRB轴承、螺纹连接栓、滑动齿轮、转动外筒、滑动滚珠、转动内筒、第一顶丝和第二顶丝；伸缩旋转装置通过直线电机带动螺纹连接栓和CRB轴承作直线运动，进而改变第四步进电机的轴、滚轴丝杠和伸缩杆三者的同步旋转状态实现伸缩和旋转的功能；本发明的机械臂实现上臂的旋转与伸缩，减小了上臂的体积和质量，提高运动稳定性。

Description

一种可旋转伸缩的打磨机械臂

技术领域

本发明属于打磨机械臂技术领域，涉及一种可旋转伸缩的打磨机械臂。

背景技术

打磨机器人是把生产线上用于抓取物料的夹具安装在机器人手臂上，由机器人去完成打磨作业。传统船体表面或大型铸件抛光时，操作工人需要手持电动砂轮机打磨，做好严格的防护措施，打磨耗费时间长、产品质量得不到有效保证，且作业环境较恶劣，会严重损害操作者的身心健康。

但目前传统打磨机械臂控制上臂摆动和旋转自由度的电机均安装在上臂内，造成上臂以及末端较重，导致机械臂下垂、最大负载重量下降、整体精度降低。另一方面由于关节长度不够，打磨过程中会出现奇异位形，对空间的开阔性要求较高，不够灵活，无法保证打磨头一直垂直于待抛光表面，不能满足船体等大型铸件打磨抛光的需要。另外随着机器视觉的发展，传统的机械臂需要工人结合工件形状大小单独编程，耗时耗力，而采用视觉反馈的机械臂可以提供打磨零件的表面状况数据，并做出相应的改变，是未来发展的趋势。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中存在的上述问题，提供一种可旋转伸缩的打磨机械臂。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种可旋转伸缩的打磨机械臂，包括机械臂基座、机械臂腰部、机械臂下臂、机械臂上臂和打磨机构，打磨机构与机械臂上臂转动连接；

机械臂上臂包括上臂固定部分、上臂伸缩部分、伸缩旋转装置和摩擦式离合器；

上臂固定部分包括第四步进电机、上臂后体和滚轴丝杠；第四步进电机的前端盖通过螺丝固定在上臂后体的内壁上；伸缩旋转装置能够相对上臂后体做伸缩和旋转运动，第四步进电机提供伸缩旋转装置的动力；

上臂伸缩部分包括伸缩杆；

伸缩旋转装置包括直线电机、CRB轴承、螺纹连接栓、滑动齿轮、转动外筒、帮助前进的滑动滚珠、转动内筒、第一顶丝和第二顶丝；螺纹连接栓分别穿过滑动齿轮和CRB轴承上圆周均匀分布的四个通孔并通过螺纹与直线电机连接，CRB轴承一面通过螺栓与直线电机固连，另一面通过螺栓与转动外筒固连，直线电机的底部固定在上臂后体的内壁上；伸缩旋转装置通过直线电机带动螺纹连接栓和CRB轴承作直线运动，进而改变第四步进电机的轴、滚轴丝杠和伸缩杆三者的同步旋转状态实现伸缩和旋转的功能；

摩擦式离合器能够将伸缩杆的旋转和伸缩两个运动相互独立开来，互不干扰；摩擦式离合器包括内轴、杠杆、弹片、外摩擦片、内摩擦片、离合器左外壳和离合器右外壳；内轴表面有大凹槽和小凹槽，小凹槽在圆周方向上阵列分布，呈三等分，大凹槽位于两个小凹槽中间，弹片通过螺栓螺纹固定在大凹槽底部，大凹槽两侧设有圆柱金属，杠杆整体呈L形，90°夹角处设有圆孔，圆柱金属穿过圆孔；弹片位于杠杆的L形长柄下方，L形长柄穿过外摩擦片和内摩擦片的内圆，多个内摩擦片与多个外摩擦片相互间隔排列，且位于离合器左外壳和离合器右外壳的内部；

滑动齿轮的外齿与转动外筒底部的内齿相互啮合，滑动齿轮的内齿通过螺纹连接栓与内轴的外齿相啮合；滑动齿轮能够在转动外筒底部内齿与内轴的外齿之间滑动，滑动齿轮的活动范围不会超过内齿的宽度。

第四步进电机的轴穿过直线电机、CRB轴承和内轴，并通过第一顶丝顶住内轴；

滚轴丝杠一端通过滑动滚珠与伸缩杆配合，另一端通过第二顶丝与离合器右外壳相互固定，实现滚轴丝杠与离合器右外壳共同运动；

转动外筒与转动内筒固定连接；转动内筒内部设置有凹槽，伸缩杆和滑动滚珠位于转动内筒内部，且伸缩杆上设置有凸起，转动内筒内部设置的凹槽和伸缩杆上设置的凸起相互啮合，伸缩杆通过转动内筒内部的凹槽进行滑动，也通过凹槽控制伸缩杆的转动；伸缩旋转装置实现伸缩旋转功能的具体方式是通过转动内筒内部设置的凹槽和伸缩杆上设置的凸起相互啮合实现的。

作为优选的技术方案：

如上所述的一种可旋转伸缩的打磨机械臂，其特征在于，机械臂腰部一端与机械臂基座连接，另一端与机械臂下臂转动连接，机械臂上臂与机械臂下臂连接。

如上所述的一种可旋转伸缩的打磨机械臂，摩擦式离合器还包括橡胶垫片和六边形螺母；内轴穿过橡胶垫片、外摩擦片和内摩擦片的内圆，且两片橡胶垫片将外摩擦片4045和内摩擦片4046夹在中间，杠杆的L形短柄压在距离L形短柄最近的橡胶垫片上，离合器左外壳和离合器右外壳通过六边形螺母相互固定在一起；内摩擦片内圆上和外摩擦片外圆上均具有凸起，内摩擦片内圆的凸起卡在内轴的小凹槽上；离合器左外壳和离合器右外壳内部均具有凹槽，凹槽的方位和外摩擦片凸起的方位相同，均在圆周方向上阵列分布，呈三等分，凹槽的长度等于一个橡胶垫片和外摩擦片、内摩擦片的厚度之和。

如上所述的一种可旋转伸缩的打磨机械臂，机械臂基座包括第一步进电机与基座体，第一步进电机与基座体固定连接，且第一步进电机位于基座体内部。

如上所述的一种可旋转伸缩的打磨机械臂，机械臂腰部包括腰体和第一RV减速器，第一RV减速器的输入轴与第一步进电机的轴连接，第一RV减速器的输出轴与腰体连接，当第一步进电机工作时，将带动第一RV减速器的输出轴和腰体一起旋转，实现机械臂腰部连同机械臂下臂及打磨机构在基座上回转，以改变整个机器人的作业方向。

如上所述的一种可旋转伸缩的打磨机械臂，机械臂下臂包括第二步进电机、第三步进电机和第二RV减速器，机械臂下臂由第二步进电机进行驱动，第二RV减速器的输入轴和第二步进电机连接，第二RV减速器的输出轴和腰体连接，机械臂下臂与第二RV减速器的壳体连接，当第二步进电机工作时，第二RV减速器的输出轴带动机械下臂在机械臂腰部上转动；第三步进电机固定在机械下臂内。

如上所述的一种可旋转伸缩的打磨机械臂，机械臂下臂还包括行星减速器、第一锥齿轮、第二锥齿轮、第一轴、第一带轮、第二带轮、第一同步带和第二轴；第二轴与机械臂上臂相连，并和第二带轮通过键和键槽连接；第一轴与第二锥齿轮相连；第一带轮和第二带轮均与第一同步带连接；行星减速器的输入轴与第三步进电机相连，行星减速器的输出轴与第一锥齿轮相连，第一锥齿轮与第二锥齿轮垂直相互啮合，行星减速器带动第一锥齿轮转动，进而带动与第一轴相连的第二锥齿轮一同转动，与第一同步带连接的第一带轮和第二带轮由第一轴控制转动。

如上所述的一种可旋转伸缩的打磨机械臂，上臂伸缩部分还包括上臂前体、第五步进电机、第三带轮、第三轴、第二同步带和第四带轮；伸缩杆通过螺栓螺母与上臂前体固连，第五步进电机的前端盖通过螺丝固定在上臂前体的内壁上，第三带轮与第五步进电机的轴通过键与键槽相连接，第二同步带连接第三带轮与第四带轮，第四带轮通过键与键槽与第三轴相连接，第三轴与连接法兰固连；打磨机构通过第二同步带的传送相对上臂前体做摆动运动。

如上所述的一种可旋转伸缩的打磨机械臂，上臂前体内有用来测量上臂后体与上臂前体之间距离的红外测距仪，且红外测距仪固定在上臂前体的内壁上。

如上所述的一种可旋转伸缩的打磨机械臂，打磨机构包括连接法兰、工业相机、转动电机和砂轮；打磨机构通过连接法兰与机械臂上臂固定连接；连接法兰与工业相机通过螺栓螺母相连接，转动电机固定在砂轮的支架上，转动电机的轴与砂轮连接。

本发明的原理如下：

第四步进电机的轴与内轴固定连接，滚轴丝杠与离合器右外壳固定，内摩擦片内圆的凸齿卡在内轴的凹槽内，内摩擦片可沿内轴作轴向运动，但限制住其旋转运动；同理，外摩擦片外圆的凸齿卡在离合器左外壳和离合器右外壳的凹槽内，离合器左右外壳通过六边形螺母进行固定连接。杠杆和弹片均固定在内轴上，内外摩擦片间隔排列。正常情况下，杠杆受到弹片力的作用会沿着摩擦片相反的方向运动，外摩擦片与内摩擦片间会有间隙，第四步进电机的轴和滚轴丝杠转动不同步，滚轴丝杠不转动，此时滑动齿轮的内齿和内轴的外齿相互啮合，滑动齿轮的外齿与转动外筒的内齿相互啮合，第四步进电机的轴带动与转动外筒固定的转动内筒的转动，转动内筒的凹槽与伸缩杆的外齿相互啮合，进而带动与转动内筒相互啮合的伸缩杆相互转动，至此实现伸缩杆的旋转功能。

进一步的，当滑动齿轮向摩擦片方向运动时，杠杆受到滑动齿轮的压迫，会对摩擦片施加力的作用，当外摩擦片和内摩擦片受到杠杆力的作用时相互贴合，此时离合器左外壳、离合器右外壳和内轴在内外摩擦片的影响下共同运动，即通过第二顶丝固定在离合器右外壳的滚轴丝杠与通过第一顶丝固定在内轴的第四步进电机的轴会一同转动，伸缩杆内螺旋槽与滚轴丝杠相互滑动，推动伸缩臂轴向运动，至此实现伸缩杆的伸缩功能。

相较于传统机械臂，该可旋转伸缩打磨机械臂在传统机械上臂的基础上增加了伸缩的功能，增加了上臂的臂长，扩大了机械臂的可达空间，在同样的占地面积具有更大的工作范围，无须频繁的更换机械臂的空间坐标系，打磨过程更加完整流畅，待加工表面更加光滑。

有益效果：

与现有技术相比，本发明专利的优点为：首先，本发明专利机械臂采用一个步进电机实现上臂的旋转与伸缩，大幅减小了上臂的体积和质量，保证了机械臂的重力平衡性和运动稳定性，由于上臂能够伸缩，相较于传统机械臂不会出现长度受限而出现末端执行器通过弯曲补偿长度的情况，且能够保证打磨头一直垂直于待抛光表面；工业相机可通过机器视觉来识别砂轮的表面质量，以确保在砂轮使用寿命范围内保证打磨材料的表面质量的目的，且砂轮与上臂通过连接法兰连接，结构稳定且容易更换。

附图说明

图1为可旋转伸缩的打磨机械臂的结构示意图；

图2为可旋转伸缩的打磨机械臂的结构的左视图；

图3为伸缩旋转装置的分解示意图；

图4为伸缩旋转装置的放大示意图；

图5为摩擦片、弹片与杠杆的放大示意图；

其中，1-机械臂基座、101-第一步进电机、102-基座体、2-机械臂腰部、201-腰体、202-第一RV减速器、3-机械臂下臂、301-第二步进电机、302-第二RV减速器、303-第三步进电机、304-行星减速器、305-第一锥齿轮、306-第二锥齿轮、307-第一轴、308-第一带轮、309-第二带轮、310-第一同步带、311-第二轴、4-机械臂上臂、401-上臂固定部分、4011-第四步进电机、4012-上臂后体、4013-滚轴丝杠、402-上臂伸缩部分、4021-伸缩杆、4022-上臂前体、4023-第五步进电机、4024-第三带轮、4025-红外测距仪、4026-第三轴、4027-第二同步带、4028-第四带轮、403-伸缩旋转装置、4031-直线电机、4032-CRB轴承、4033-螺纹连接栓、4034-滑动齿轮、4035-转动外筒、4036-滑动滚珠、4037-转动内筒、4038-第一顶丝、4039-第二顶丝、404-摩擦式离合器、4041-内轴、4042-杠杆、4043-弹片、4044-橡胶垫片、4045-外摩擦片、4046-内摩擦片、4047-离合器左外壳、4048-离合器右外壳、4049-六边形螺母、5-打磨机构、501-连接法兰、502-工业相机、503-转动电机、504-砂轮。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

一种可旋转伸缩的打磨机械臂，如图1～4所示，包括机械臂基座1、机械臂腰部2、机械臂下臂3、机械臂上臂4和打磨机构5；

机械臂腰部2一端与机械臂基座1连接，并能够在机械臂基座1上旋转，另一端与机械臂下臂3转动连接，机械臂上臂4与机械臂下臂3连接；打磨机构5与机械臂上臂4转动连接；

机械臂基座1包括第一步进电机101与基座体102，第一步进电机101与基座体102固定连接，且第一步进电机101位于基座体102内部；

机械臂腰部2包括腰体201和第一RV减速器202，第一RV减速器202的输入轴与第一步进电机101的轴连接，第一RV减速器202的输出轴与腰体201连接；当第一步进电机101工作时，将带动第一RV减速器202的输出轴和腰体201一起旋转，实现与机械臂腰部2连接的机械臂下臂3以及相互连接的机械臂上臂4和打磨机构5共同在基座上回转，以改变整个机器人的作业方向；

机械臂下臂3包括第二步进电机301、第三步进电机303、第二RV减速器302、行星减速器304、第一锥齿轮305、第二锥齿轮306、第一轴307、第一带轮308、第二带轮309、第一同步带310和第二轴311；

机械臂下臂3由第二步进电机301进行驱动，第二RV减速器302的输入轴和第二步进电机301连接，第二RV减速器302的输出轴和腰体201连接，机械臂下臂3与第二RV减速器302的壳体连接；当第二步进电机301工作时，第二RV减速器302的输出轴带动机械下臂3在机械臂腰部2上转动；第三步进电机303固定在机械下臂3内；

第二轴311与机械臂上臂4相连，并和第二带轮309通过键和键槽连接；第一轴307与第二锥齿轮306相连；第一带轮308和第二带轮309均与第一同步带310连接；行星减速器304的输入轴与第三步进电机303相连，行星减速器304的输出轴与第一锥齿轮305相连，第一锥齿轮305与第二锥齿轮306垂直相互啮合，行星减速器304带动第一锥齿轮305转动，进而带动与第一轴307相连的第二锥齿轮306一同转动，与第一同步带310连接的第一带轮308和第二带轮309由第一轴307控制转动，最终实现与第二轴311相连的机械臂上臂4及打磨机构5的转动；

机械臂上臂4包括上臂固定部分401、上臂伸缩部分402、伸缩旋转装置403和摩擦式离合器404；

上臂固定部分401包括第四步进电机4011、上臂后体4012和滚轴丝杠4013；

第四步进电机4011固定在上臂后体4012的壳体内，其前端盖通过螺丝固定在上臂后体4012的内壁上；

上臂伸缩部分402包括伸缩杆4021；

伸缩旋转装置403包括直线电机4031、CRB轴承4032、螺纹连接栓4033、滑动齿轮4034、转动外筒4035、帮助前进的滑动滚珠4036、转动内筒4037、第一顶丝4038和第二顶丝4039；螺纹连接栓4033分别穿过滑动齿轮4034、CRB轴承4032上圆周均匀分布的四个通孔并通过螺纹与直线电机4031连接，CRB轴承4032一面通过螺栓与直线电机4031固连，另一面通过螺栓与转动外筒4035固连，直线电机4031的底部固定在上臂后体4012的内壁上；伸缩旋转装置403通过直线电机4031带动螺纹连接栓4033和CRB轴承4032作直线运动，进而改变第四步进电机4011的轴、滚轴丝杠4013和伸缩杆4021三者的同步旋转状态实现伸缩和旋转的功能；

摩擦式离合器404能够将伸缩杆的旋转和伸缩两个运动相互独立开来，互不干扰；摩擦式离合器404包括内轴4041、杠杆4042、弹片4043、橡胶垫片4044、外摩擦片4045、内摩擦片4046、离合器左外壳4047、离合器右外壳4048和六边形螺母4049；

伸缩杆4021由三个直径不同的圆柱组成，第一个圆柱上开有四个均匀分布的圆孔，第三个圆柱上均匀分布着四组凸起，每组凸起含有三个单个凸起，伸缩杆4021内部通有孔，且孔壁含有两组滚珠循环闭路，刚好与滚轴丝杠4013配合；滚轴丝杠4013一端通过滑动滚珠4036配合与伸缩杆4021，另一端通过第二顶丝4039与离合器右外壳4048相互固定，实现滚轴丝杠4013与离合器右外壳4048共同运动；

滑动齿轮4034呈圆环形，外环和内环分别包含外齿和内齿，外齿与内齿间有4个圆周方向上均匀分布的通孔；

转动外筒4035由三个直径不同的圆柱组成，内部通有直径不同的两个通孔，直径较小的通孔上包含内齿，刚好与滑动齿轮4034外齿啮合，远离内齿的圆柱上包含在圆周上均匀分布的四个通孔；滑动齿轮4034的外齿与转动外筒4035底部的内齿相互啮合，滑动齿轮4034的内齿通过螺纹连接栓4033与内轴4041的外齿相啮合；

转动内筒4037整体形状呈圆柱形，内部有两直径不同的圆孔贯通两边，大圆孔直径与伸缩杆4021的第三个圆柱直径相同，小圆孔直径与第二个圆柱直径相同，大圆孔内壁上含有四组凹槽，四组凹槽刚好与伸缩杆4021的四组凸起形成配合，凹槽长度与大圆孔深度相同，凹槽间含有两个相对的直槽口，直槽口长度比凹槽短些，直槽口内部含有滚珠循环闭路；

转动外筒4035与转动内筒4037固定连接；伸缩杆4021和滑动滚珠4036位于转动内筒4037内部，且转动内筒4037内部设置的凹槽和伸缩杆4021上设置的凸起相互啮合，伸缩杆4021通过转动内筒4037内部的凹槽进行滑动，也通过凹槽控制伸缩杆4021的转动；伸缩旋转装置403实现伸缩旋转功能的具体方式是通过转动内筒4037内部设置的凹槽和伸缩杆4021上设置的凸起相互啮合实现的；具体地，滑动滚珠4036位于直槽口内部，且可以露出，保证滑动滚珠4036在直槽口内循环滚动而不掉落，滑动滚珠4036露出部分可以减小摩擦力，帮助伸缩杆前进；

第四步进电机4011的轴穿过直线电机4031、CRB轴承4032和内轴4041，并通过第一顶丝4038顶住内轴4041使内轴4041无法发生相对运动；内轴4041表面有大凹槽和小凹槽，小凹槽在圆周方向上阵列分布，呈三等分，大凹槽位于两个小凹槽中间，弹片4043通过螺栓螺纹固定在大凹槽底部，大凹槽两侧设有圆柱金属，杠杆4042整体呈L形，90°夹角处通有一圆孔，圆柱金属穿过杠杆4042上的圆孔；内轴4041穿过橡胶垫片4044、外摩擦片4045和内摩擦片4046的内圆，且两片橡胶垫片4044将外摩擦片4045和内摩擦片4046夹在中间，内摩擦片4046与外摩擦片4045相互间隔排列，杠杆4042的L形短柄压在距离L形短柄最近的橡胶垫片4044上；内摩擦片4046内圆上和外摩擦片4045外圆上均具有凸起，内摩擦片4046内圆的凸起卡在内轴4041的小凹槽上，离合器左外壳4047和离合器右外壳4048内部均具有凹槽，凹槽的方位和外摩擦片凸起的方位相同，均在圆周方向上阵列分布，呈三等分，凹槽的长度等于一个橡胶垫片4044和外摩擦片4045、内摩擦片4046的厚度之和；离合器左外壳4047和离合器右外壳4048通过六边形螺母4049相互固定在一起；离合器左外壳4047、离合器右外壳4048大小形状基本相同，都是由两个半径不同的半圆柱状壳体组成，半径较大的半圆柱壳体底部进行了倒角处理，半径较大的半圆壳体内部具有凹槽，凹槽的形状和大小与外摩擦片4045的凸起一致，半径较小的半圆柱壳体表面有螺纹；

上臂伸缩部分402还包括上臂前体4022、第五步进电机4023、第三带轮4024、第三轴4026、第二同步带4027和第四带轮4028；伸缩杆4021通过螺栓螺母与上臂前体4022固连，第五步进电机4023的前端盖通过螺丝固定在上臂前体4022的内壁上，第三带轮4024与第五步进电机4023的轴通过键与键槽相连接，第二同步带4027连接第三带轮4024与第四带轮4028，第四带轮4028通过键与键槽与第三轴4026相连接，第三轴4026与连接法兰501固连；打磨机构5通过第二同步带4027的传送并相对上臂前体4022做转动运动；

上臂前体4022内有用来测量上臂后体4012与上臂前体4022之间距离的红外测距仪4025，且红外测距仪4025固定在上臂前体4022的内壁上；

打磨机构5包括连接法兰501、工业相机502、转动电机503和砂轮504；打磨机构5通过连接法兰501与机械臂上臂4固定连接；连接法兰501与工业相机502通过螺栓螺母相连接，转动电机503固定在砂轮504的支架上，转动电机503的轴与砂轮504连接。

打磨机实现伸缩和旋转的功能的具体过程：第四步进电机4011的轴与内轴4041固定连接，滚轴丝杠4013与离合器右外壳4048固定，内摩擦片4046内圆的凸齿卡在内轴4041的凹槽内，内摩擦片4046可沿内轴4041作轴向运动，但限制住其旋转运动；同理，外摩擦片4045外圆的凸齿卡在离合器左外壳4047和离合器右外壳4048的凹槽内，离合器左右外壳通过六边形螺母4049进行固定连接；杠杆4042和弹片4043均固定在内轴4041上，内外摩擦片交互间隔排列。

正常情况下，即滑动齿轮4034的内齿和内轴4041的外齿相互啮合，杠杆4042的L形长柄不会受到滑动齿轮4034内齿轮的压迫，弹片4043会给杠杆4042的L形长柄提供一个远离弹片4043的力，相应的杠杆的L形短柄会沿着摩擦片相反的方向运动，内轴4041转动时，内轴4041表面的凹槽带动与凹槽啮合的内摩擦片4046一起运动，由于所有的外摩擦片4045与内摩擦片4046间会有间隙，因此外摩擦片4045不会跟着内摩擦片4046一起运动，进而与外摩擦片4045外圆上凸起相啮合的离合器左右外壳也不会一起运动，导致与离合器右外壳4048相互固定的滚轴丝杠4013也不会一起运动，故滚轴丝杠4013不会受到第四步进电机4011的轴转动的影响，滚轴丝杠4013不转动，即伸缩杆4021不会受到滚轴丝杠4013旋转的力而向前运动，因此实现了旋转功能与伸缩功能的独立。此时滑动齿轮4034的内齿和内轴4041的外齿相互啮合，滑动齿轮4034的外齿与转动外筒4035的内齿相互啮合，第四步进电机4011的轴带动与转动外筒4035固定的转动内筒4037的转动，转动内筒4037的凹槽与伸缩杆4021的外齿相互啮合，由于啮合关系，伸缩杆4021的外齿可以传递轴向扭矩给转动内筒4037的凹槽，进而带动与转动内筒4037相互啮合的伸缩杆4021相互转动，至此实现伸缩杆4021的旋转功能；

进一步的，当滑动齿轮4034向摩擦片方向运动时，杠杆4042的L形长柄受到滑动齿轮4034的压迫，杠杆4042的L形短柄会对摩擦片施加力的作用，外摩擦片4045和内摩擦片4046受到杠杆4042力的作用时相互贴合，内外摩擦片受到彼此间摩擦力的作用会共同运动，由于外摩擦片4045外圆的凸起与离合器左外壳4047、离合器右外壳4048内表面的凹槽相互啮合、内摩擦片4046内圆的凸起与内轴4041表面的凹槽相互啮合，此时离合器左外壳4047、离合器右外壳4048和内轴4041在内外摩擦片的影响下共同运动，即通过第二顶丝4039固定在离合器右外壳4048的滚轴丝杠4013与通过第一顶丝4038相互固定内轴4041的第四步进电机4011的轴会一同转动，伸缩杆4021内滚珠与滚轴丝杠4013的螺旋槽相互滑动，滚轴丝杠将旋转运动转化为直线运动，伸缩杆4021表面的凸起可沿着转动内筒4037内部凹槽的方向运动，实现伸缩杆纵向运动，至此实现伸缩杆4021的伸缩功能。当滑动齿轮4034向摩擦片方向运动，滑动齿轮4034的内齿与内轴4041的外齿不再啮合，内轴4041的转动不会带动滑动齿轮4034以及与滑动齿轮4034外齿啮合的转动外筒4035的转动，故也不会影响与转动外筒4035相固定的转动内筒4037的转动，即与转动内筒4037内部凹槽相互啮合的伸缩杆4021不会在轴向方向运动，因此实现了旋转功能与伸缩功能的独立。

相较于传统机械臂，本发明的可旋转伸缩打磨机械臂在传统机械上臂的基础上增加了伸缩的功能，增加了上臂的臂长，扩大了机械臂的可达空间，在同样的占地面积具有更大的工作范围，无须频繁的更换机械臂的空间坐标系，打磨过程更加完整流畅，待加工表面更加光滑。

Claims (10)

1.一种可旋转伸缩的打磨机械臂，包括机械臂基座(1)、机械臂腰部(2)、机械臂下臂(3)、机械臂上臂(4)和打磨机构(5)，其特征在于：打磨机构(5)与机械臂上臂(4)转动连接；

机械臂上臂(4)包括上臂固定部分(401)、上臂伸缩部分(402)、伸缩旋转装置(403)和摩擦式离合器(404)；

上臂固定部分(401)包括第四步进电机(4011)、上臂后体(4012)和滚轴丝杠(4013)；第四步进电机(4011)的前端盖固定在上臂后体(4012)的内壁上；

上臂伸缩部分(402)包括伸缩杆(4021)；

伸缩旋转装置(403)包括直线电机(4031)、CRB轴承(4032)、螺纹连接栓(4033)、滑动齿轮(4034)、转动外筒(4035)、滑动滚珠(4036)、转动内筒(4037)、第一顶丝(4038)和第二顶丝(4039)；螺纹连接栓(4033)分别穿过滑动齿轮(4034)和CRB轴承(4032)上的通孔并与直线电机(4031)连接，CRB轴承(4032)一面与直线电机(4031)固连，另一面与转动外筒(4035)固连，直线电机(4031)的底部固定在上臂后体(4012)的内壁上；

摩擦式离合器(404)包括内轴(4041)、杠杆(4042)、弹片(4043)、外摩擦片(4045)、内摩擦片(4046)、离合器左外壳(4047)和离合器右外壳(4048)；内轴(4041)表面有大凹槽和小凹槽，小凹槽在圆周方向上阵列分布，大凹槽位于两个小凹槽中间，弹片(4043)固定在大凹槽底部，大凹槽两侧设有圆柱金属，杠杆(4042)整体呈L形，90°夹角处设有圆孔，圆柱金属穿过圆孔；内摩擦片(4046)与外摩擦片(4045)相互间隔排列，且都位于离合器左外壳(4047)和离合器右外壳(4048)的内部；

滑动齿轮(4034)的外齿与转动外筒(4035)底部的内齿相互啮合，滑动齿轮(4034)的内齿通过螺纹连接栓(4033)与内轴(4041)的外齿相啮合；

第四步进电机(4011)的轴穿过直线电机(4031)、CRB轴承(4032)和内轴(4041)，并通过第一顶丝(4038)顶住内轴(4041)；

滚轴丝杠(4013)一端通过滑动滚珠(4036)与伸缩杆(4021)配合，另一端通过第二顶丝(4039)与离合器右外壳(4048)相互固定；

转动外筒(4035)与转动内筒(4037)固定连接；转动内筒(4037)内部设置有凹槽，伸缩杆(4021)和滑动滚珠(4036)位于转动内筒(4037)内部，且伸缩杆(4021)上设置有凸起，转动内筒(4037)内部设置的凹槽和伸缩杆(4021)上设置的凸起相互啮合。

2.根据权利要求1所述的一种可旋转伸缩的打磨机械臂，其特征在于，机械臂腰部(2)一端与机械臂基座(1)连接，另一端与机械臂下臂(3)转动连接，机械臂上臂(4)与机械臂下臂(3)连接。

3.根据权利要求2所述的一种可旋转伸缩的打磨机械臂，其特征在于，摩擦式离合器(404)还包括橡胶垫片(4044)和六边形螺母(4049)；内轴(4041)穿过橡胶垫片(4044)、外摩擦片(4045)和内摩擦片(4046)的内圆，且两片橡胶垫片(4044)将外摩擦片4045和内摩擦片4046夹在中间，杠杆(4042)的L形短柄压在距离L形短柄最近的橡胶垫片(4044)上，离合器左外壳(4047)和离合器右外壳(4048)通过六边形螺母(4049)相互固定在一起；内摩擦片(4046)内圆上和外摩擦片(4045)外圆上均具有凸起，内摩擦片(4046)内圆的凸起卡在内轴(4041)的小凹槽上；离合器左外壳(4047)和离合器右外壳(4048)内部均具有凹槽，凹槽的方位和外摩擦片凸起的方位相同，均在圆周方向上阵列分布，凹槽的长度等于一个橡胶垫片(4044)和外摩擦片(4045)、内摩擦片(4046)的厚度之和。

4.根据权利要求3所述的一种可旋转伸缩的打磨机械臂，其特征在于，机械臂基座(1)包括第一步进电机(101)与基座体(102)，第一步进电机(101)与基座体(102)固定连接，且第一步进电机(101)位于基座体(102)内部。

5.根据权利要求4所述的一种可旋转伸缩的打磨机械臂，其特征在于，机械臂腰部(2)包括腰体(201)和第一RV减速器(202)，第一RV减速器(202)的输入轴与第一步进电机(101)的轴连接，第一RV减速器(202)的输出轴与腰体(201)连接。

6.根据权利要求5所述的一种可旋转伸缩的打磨机械臂，其特征在于，机械臂下臂(3)包括第二步进电机(301)、第三步进电机(303)和第二RV减速器(302)，第二RV减速器(302)的输入轴和第二步进电机(301)连接，第二RV减速器(302)的输出轴和腰体(201)连接，机械臂下臂(3)与第二RV减速器(302)的壳体连接；第三步进电机(303)固定在机械下臂(3)内。

7.根据权利要求6所述的一种可旋转伸缩的打磨机械臂，其特征在于，机械臂下臂(3)还包括行星减速器(304)、第一锥齿轮(305)、第二锥齿轮(306)、第一轴(307)、第一带轮(308)、第二带轮(309)、第一同步带(310)和第二轴(311)；第二轴(311)与机械臂上臂(4)相连，并和第二带轮(309)通过键和键槽连接；第一轴(307)与第二锥齿轮(306)相连；第一带轮(308)和第二带轮(309)均与第一同步带(310)连接；行星减速器(304)的输入轴与第三步进电机(303)相连，行星减速器(304)的输出轴与第一锥齿轮(305)相连，第一锥齿轮(305)与第二锥齿轮(306)垂直相互啮合，行星减速器(304)带动第一锥齿轮(305)转动，进而带动与第一轴(307)相连的第二锥齿轮(306)一同转动，与第一同步带(310)连接的第一带轮(308)和第二带轮(309)由第一轴(307)控制转动。

8.根据权利要求7所述的一种可旋转伸缩的打磨机械臂，其特征在于，上臂伸缩部分(402)还包括上臂前体(4022)、第五步进电机(4023)、第三带轮(4024)、第三轴(4026)、第二同步带(4027)和第四带轮(4028)；伸缩杆(4021)通过螺栓螺母与上臂前体(4022)固连，第五步进电机(4023)的前端盖通过螺丝固定在上臂前体(4022)的内壁上，第三带轮(4024)与第五步进电机(4023)的轴通过键与键槽相连接，第二同步带(4027)连接第三带轮(4024)与第四带轮(4028)，第四带轮(4028)通过键与键槽与第三轴(4026)相连接，第三轴(4026)与连接法兰(501)固连；打磨机构(5)通过第二同步带(4027)相对上臂前体(4022)做摆动运动。

9.根据权利要求8所述的一种可旋转伸缩的打磨机械臂，其特征在于，上臂前体(4022)内有用来测量上臂后体(4012)与上臂前体(4022)之间距离的红外测距仪(4025)，且红外测距仪(4025)固定在上臂前体(4022)的内壁上。

10.根据权利要求1所述的一种可旋转伸缩的打磨机械臂，其特征在于，打磨机构(5)包括连接法兰(501)、工业相机(502)、转动电机(503)和砂轮(504)；打磨机构(5)通过连接法兰(501)与机械臂上臂(4)固定连接；连接法兰(501)与工业相机(502)通过螺栓螺母相连接，转动电机(503)固定在砂轮(504)的支架上，转动电机(503)的轴与砂轮(504)连接。

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