CN114734479A - 一种伸展机构及高真空机械臂 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种伸展机构及高真空机械臂，所述伸展机构应用于高真空机械臂中，用于分别连接机械手及驱动机构，所述伸展机构包括：多个活动臂，所述多个活动臂呈一字型排列，并相互依次活动式套接，其中位于最内侧的活动臂与所述驱动机构、机械手相连；第一滑动组件，包括分别配合设于相互套接的两个所述活动臂上的第一滑动件和第二滑动件，所述第一滑动件与第二滑动件相互配合，以减少所述活动臂沿其长度方向滑动时的阻力。本发明的伸展机构能够在高真空环境下使用，且滑动阻力较小，增加伸展范围。

Description

一种伸展机构及高真空机械臂

技术领域

本发明实施例涉及机械臂领域，特别涉及一种伸展机构及高真空机械臂。

背景技术

机械手是一种能模仿人手和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。其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。

机械手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。

在真正应用机械手的过程中，机械手会结合机械臂进行配合作业。机械臂是指高精度，多输入多输出、高度非线性、强耦合的复杂系统。因其独特的操作灵活性，已在工业装配、安全防爆等领域得到广泛应用。由于机械臂是一个复杂系统，存在着参数摄动、外界干扰及未建模动态等不确定性。因而机械臂的建模模型也存在着不确定性，对于不同的任务，需要规划机械臂关节空间的运动轨迹，从而级联构成末端位姿。

目前，有些作业需求是需要机械臂在高真空环境下进行的，但是高真空环境下由于无法使用润滑油等润滑用的材料，因此常会使机械臂无法按需伸展至目标位置，且伸展过程不够顺畅，易于出现卡顿现象。同时还会引起机械臂中的驱动器件运行时产生较大误差，降低机械臂的性能及用户的使用体验。

发明内容

本发明提供了一种伸展机构及高真空机械臂，所述伸展机构能够在高真空环境下使用，且滑动阻力较小，增加伸展范围。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种伸展机构，应用于高真空机械臂中，用于分别连接机械手及驱动机构，所述伸展机构包括：

多个活动臂，所述多个活动臂呈一字型排列，并相互依次活动式套接，其中位于最内侧的活动臂与所述驱动机构、机械手相连；

第一滑动组件，包括分别配合设于相互套接的两个所述活动臂上的第一滑动件和第二滑动件，所述第一滑动件与第二滑动件相互配合，以减少所述活动臂沿其长度方向滑动时的阻力。

作为一可选实施例，所述第一滑动件包括分别对应设置在两个相互调节的所述活动臂上的条形滑槽，两个所述滑槽配合插接并能够相对滑动，位于内侧的所述活动臂上设置的滑槽的长度小于位于外侧的所述活动臂上的滑槽的长度，所述第二滑动件位于两个滑槽配合插接所形成的四周封闭的第一腔室内。

作为一可选实施例，所述第二滑动件包括多个第一滚珠。

作为一可选实施例，所述活动臂呈管状。

本发明另一实施例同时提供一种高真空机械臂，包括驱动机构、机械手，以及分别与所述驱动机构及机械手相连的如上述任一项所述的伸展机构。

作为一可选实施例，还包括转动机构，所述转动机构与所述伸展机构相连，以用于带动所述伸展机构转动,所述转动机构包括轴座、转动设于所述轴座上的转轴及与所述转轴相连的电机，所述转轴与所述轴座间设有用于减少转动摩擦的第二滑动组件。

作为一可选实施例，所述第二滑动组件包括分别设置在所述转轴及轴座上并对应插接的弧形滑轨，所述转轴上的弧形滑轨的长度短于所述轴座上的弧形滑轨，所述第二滑动组件还包括多个第二滚珠，所述多个第二滚珠设置在两个所述弧形滑轨配合插接所形成的四周封闭的第二腔室内。

作为一可选实施例，还包括定位组件及控制部件，所述定位组件包括多个具有不同功能的传感器，所述多个传感器分别设置在所述伸展机构及转动机构上，以用于感测所述伸展机构的移动距离、移动位置，以及感测所述转轴的转动角度、当前角度位置；

所述控制部件与所述多个传感器、驱动机构及电机相连，以基于所述多个传感器的感测数据而控制所述驱动机构及电机运行。

作为一可选实施例，所述控制部件还用于定时生成用于控制所述驱动机构驱动所述伸展机构伸展至目标位置的第一信号、通过所述传感器获得所述伸展机构在所述驱动机构基于所述第一信号的驱动下的实际伸展位置，以及基于所述实际伸展位置、目标位置的位置差而校准所述驱动机构。

作为一可选实施例，所述控制部件还用于定时生成用于控制所述电机驱动所述转轴转动至目标角度位置的第二信号、通过所述传感器获得所述转轴在所述电机基于第二信号的驱动下的实际角度位置，以及基于所述实际角度位置、目标角度位置的位置差而校准所述电机。

基于上述实施例的公开可以获知，本发明实施例具备的有益效果包括伸展机构整体结构简单，易于制备，通过设置第一滑动组件便可使相互依次套接的活动臂能够减少滑动摩擦，使在高真空环境下，无润滑油的情况下依然可以顺畅地相互滑动，提升伸展机构的伸展范围，使其支持更长距离的伸展，进而满足高真空机械臂的不同作业需求。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明实施例中的伸展机构的结构示意图。

图2为本发明实施例中的伸展机构的部分结构示意图。

图3为本发明实施例中的高真空机械臂的结构示意图。

附图标记：

1-活动臂；2-驱动机构；3-第一滑动件；4-第二滑动件；5-传感器；6-转轴；7-轴座；8-机械手

具体实施方式

下面，结合附图对本发明的具体实施例进行详细的描述，但不作为本发明的限定。

应理解的是，可以对此处公开的实施例做出各种修改。因此，下述说明书不应该视为限制，而仅是作为实施例的范例。本领域的技术人员将想到在本公开的范围和精神内的其他修改。

包含在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本公开的实施例，并且与上面给出的对本公开的大致描述以及下面给出的对实施例的详细描述一起用于解释本公开的原理。

通过下面参照附图对给定为非限制性实例的实施例的优选形式的描述，本发明的这些和其它特性将会变得显而易见。

还应当理解，尽管已经参照一些具体实例对本发明进行了描述，但本领域技术人员能够确定地实现本发明的很多其它等效形式，它们具有如权利要求所述的特征并因此都位于借此所限定的保护范围内。

当结合附图时，鉴于以下详细说明，本公开的上述和其他方面、特征和优势将变得更为显而易见。

此后参照附图描述本公开的具体实施例；然而，应当理解，所公开的实施例仅仅是本公开的实例，其可采用多种方式实施。熟知和/或重复的功能和结构并未详细描述以避免不必要或多余的细节使得本公开模糊不清。因此，本文所公开的具体的结构性和功能性细节并非意在限定，而是仅仅作为权利要求的基础和代表性基础用于教导本领域技术人员以实质上任意合适的详细结构多样地使用本公开。

本说明书可使用词组“在一种实施例中”、“在另一个实施例中”、“在又一实施例中”或“在其他实施例中”，其均可指代根据本公开的相同或不同实施例中的一个或多个。

下面，结合附图详细的说明本发明实施例。

如图1和图2所示，本发明实施例提供一种伸展机构，应用于高真空机械臂中，用于分别连接机械手8及驱动机构2，所述伸展机构包括：

多个活动臂1，所述多个活动臂1呈一字型排列，并相互依次活动式套接，其中位于最内侧的活动臂1与所述驱动机构2、机械手8相连；

第一滑动组件，包括分别配合设于相互套接的两个所述活动臂1上的第一滑动件3和第二滑动件4，所述第一滑动件3与第二滑动件4相互配合，以减少所述活动臂1沿其长度方向滑动时的阻力。

例如，伸展机构具有多个活动臂1，该活动臂1的具体结构不限，但均呈长条形。多个活动臂1依次呈一字型排列，本实施例中的多个活动臂1的径向尺寸沿其排列方向依次递减，以使得多个活动臂1能够依次活动式套接，也即依次相互套接，并能够相对套接的活动臂1滑动。其中，位于最内侧的活动臂1分别与高真空机械臂中的驱动机构2及机械手8相连，以在驱动机构2的驱动下控制多个活动臂1相对滑动以伸展或收缩，进而带动机械手8移动至较远位置或较近位置。本实施例中的伸展机构还包括第一滑动组件，其包括分别配合设于相互套接的两个活动臂1上的第一滑动件3及第二滑动件4，也就是任意相邻的两个相互套接的活动臂1相对的一侧之间便设有第一滑动件3和第二滑动件4。该第一滑动件3与第二滑动件4能够在活动臂1滑动时产生动配合，以减少活动臂1沿其长度方向滑动时的阻力。

基于上述实施例的公开可以获知，本实施例具备的有益效果包括伸展机构整体结构简单，易于制备，通过设置第一滑动组件便可使相互依次套接的活动臂1能够减少滑动摩擦，使在高真空环境下，无润滑油的情况下依然可以顺畅地相互滑动，提升伸展机构的伸展范围，使其支持更长距离的伸展，进而满足高真空机械臂的不同作业需求。

可选地，本实施例中的活动臂1呈管状，如圆管，方管等等，均可。当然也可以为其他结构形式的活动臂1，具体不唯一。

进一步地，本实施例中的第一滑动件3包括分别对应设置在两个相互调节的所述活动臂1上的条形滑槽，该条形滑槽可以是通过设置一圈围板而形成，也可以是其中一个条形滑槽为内凹形成的槽体，另一条形槽为通过一圈围板设置形成的槽体等，具体设置方式不限。本实施例中的两个所述滑槽配合插接并能够相对滑动，其中位于内侧的所述活动臂1上设置的滑槽的长度小于位于外侧的所述活动臂1上的滑槽的长度，而两个滑槽的具体长度不限，可以根据实际需要活动臂1伸展的长度范围而定。而所述第二滑动件4则设置在由两个滑槽配合插接所形成的四周封闭的第一腔室内。

可选地，本实施例中的第二滑动件4包括多个第一滚珠。当伸展机构做伸展动作，或回缩动作时，长度较短的滑槽会沿长度较长的滑槽滑动，同时带动多个第一滚珠滚动，以减少滑动摩擦，使得即使不添加润滑油，依然可以保证伸展机构顺畅滑动。

可选地，实际应用时，可以在相邻两个相互套接的活动臂1间配合设置多个第一滑动组件，具体设置数量及位置可以根据实际活动臂1的尺寸而定。若尺寸较大，则多设置，若尺寸较小，则少设置。

如图3所示，本发明另一实施例同时提供一种高真空机械臂，包括驱动机构2、机械手8，以及分别与所述驱动机构2及机械手8相连的如上述任一项实施例中所述的伸展机构。

本实施例具备的有益效果包括高真空机械臂整体结构简单，易于制备，其中设置的伸展机构，其通过设置具有第一滑动组件可使相互依次套接的活动臂1能够减少滑动摩擦，使在高真空环境下，无润滑油的情况下高真空机械臂依然可以顺畅地相互滑动，提升伸展机构的伸展范围，使其支持更长距离的伸展，进而满足高真空机械臂的不同作业需求。

可选地，本实施例中的高真空机械臂还包括转动机构，所述转动机构与所述伸展机构相连，以用于带动所述伸展机构转动,所述转动机构包括轴座7、转动设于所述轴座7上的转轴6及与所述转轴6相连的电机，所述转轴6与所述轴座7间设有用于减少转动摩擦的第二滑动组件。

本实施例中的转动机构的具体结构并不局限于上述部件，还可包括其他用于进一步改进转动机构的结构，具体不限。本实施例中的转动机构由于同样涉及转动摩擦问题，且在高真空环境下，无法适用润滑油等材料，故本实施例中同样采用了第二滑动组件的结构，以基于第二滑动组件使得转动机构带动伸展机构转动时更为顺畅，减少转动摩擦。

具体地，本实施例中的第二滑动组件包括分别设置在所述转轴6及轴座7上并对应插接的弧形滑轨，该弧形滑轨的具体弧度不定，可以为40°等，还可以为360°等。本实施例中，所述转轴6上的弧形滑轨的长度短于所述轴座7上的弧形滑轨，例如长度较长的滑轨可以为环形滑轨，即弧度为360°，而长度较短的滑轨则可为40°，60°等等，具体不唯一。而且，该两个弧形滑轨同样可以通过设置一围板而形成，也可以也可以是其中一个条形滑槽为内凹形成的槽体，另一条形槽为通过一圈围板设置形成的槽体等，具体设置方式不限。所述第二滑动组件还包括多个第二滚珠，所述多个第二滚珠设置在两个所述弧形滑轨配合插接所形成的四周封闭的第二腔室内。当转动机构中的转轴6相对轴座7转动时，长度较短的滑轨会沿长度较长的滑轨滑动，同时带动多个第二滚珠滚动，以减少转动摩擦，使得即使不添加润滑油，依然可以保证转动机构顺畅转动。

可选地，本实施例中的高真空机械臂还包括定位组件及控制部件，所述定位组件包括多个具有不同功能的传感器5，所述多个传感器5分别设置在所述伸展机构及转动机构上，以用于感测所述伸展机构的移动距离、移动位置，以及感测所述转轴6的转动角度、当前角度位置；

所述控制部件与所述多个传感器5、驱动机构2及电机相连，以基于所述多个传感器5的感测数据而控制所述驱动机构2及电机运行。

例如，可以在伸展机构的最内侧的活动臂1上设置位置传感器5，距离传感器5，在转动机构的转轴6上设置转动角度传感器5，角度位置感测器等，该多个传感器5均与控制部件相连，以用于将感测信息传输至控制部件中，同时控制部件可以接收外部指令，如用户输入的指令，并基于该指令而相应控制转动机构，伸展机构运动。另外，控制机构还可以基于获得的感测信息而确定转动机构，伸展机构的方位，并基于此进行调控，而且控制部件还可以基于获得的感测信息和外部指令而共同确定转动机构和/或伸展机构的实际运动参数，如当前伸展机构的伸展位置为a，用户指令是指示伸展机构伸展至位置b，b比a远，那么控制指令便可基于位置a，b来确定伸展机构实际伸展量，进而基于该实际伸展量而控制驱动机构2运行。

可选地，由于机械臂的构造较为复杂，为了达到既定的定位精度与重复精度，需要定时地对驱动机构2，电机等进行校验，校准，避免其产生较大误差而无法被及时发现，影响机械臂的作业。故为此，本实施例中的控制部件还用于定时生成用于控制所述驱动机构2驱动所述伸展机构伸展至目标位置的第一信号、通过所述传感器5获得所述伸展机构在所述驱动机构2基于所述第一信号的驱动下的实际伸展位置，以及基于所述实际伸展位置、目标位置的位置差而校准所述驱动机构2。

同时本实施例中的控制部件还可以用于定时生成用于控制所述电机驱动所述转轴6转动至目标角度位置的第二信号、通过所述传感器5获得所述转轴6在所述电机基于第二信号的驱动下的实际角度位置，以及基于所述实际角度位置、目标角度位置的位置差而校准所述电机。

例如，控制部件可以间隔一段时间就主动获取伸展机构的第一信号，实际伸展位置等参数，然后对第一信号对应的目标位置和实际位置进行对比判断，如果误差满足第一阈值范围(该第一阈值范围是可以根据实际情况而定的数值范围)，则可确定驱动机构2无需校准，而若不满足第一阈值范围，则可确定驱动机构2需要校准，此时控制部件输出提示音，以通知用户需要为驱动机构2进行校准。另外，控制部件还可定时，或在校验驱动机构2的同时获取第二信号，实际角度位置，并基于第二信号对应的目标位置与实际位置进行比对，若误差满足第二阈值范围，则可确定电机无需校准，而若不满足第二阈值范围(该第二阈值范围是可以根据实际情况而定的数值范围，且与第一阈值范围的数值不同，或不完全相同)，则可确定电机需要校准，此时控制部件可同样输出提示音，以通知用户需要为电机进行校准。

以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种伸展机构，应用于高真空机械臂中，用于分别连接机械手及驱动机构，其特征在于，所述伸展机构包括：

多个活动臂，所述多个活动臂呈一字型排列，并相互依次活动式套接，其中位于最内侧的活动臂与所述驱动机构、机械手相连；

第一滑动组件，包括分别配合设于相互套接的两个所述活动臂上的第一滑动件和第二滑动件，所述第一滑动件与第二滑动件相互配合，以减少所述活动臂沿其长度方向滑动时的阻力。

2.根据权利要求1所述的伸展机构，其特征在于，所述第一滑动件包括分别对应设置在两个相互调节的所述活动臂上的条形滑槽，两个所述滑槽配合插接并能够相对滑动，位于内侧的所述活动臂上设置的滑槽的长度小于位于外侧的所述活动臂上的滑槽的长度，所述第二滑动件位于两个滑槽配合插接所形成的四周封闭的第一腔室内。

3.根据权利要求2所述的伸展机构，其特征在于，所述第二滑动件包括多个第一滚珠。

4.根据权利要求3所述的伸展机构，其特征在于，所述活动臂呈管状。

5.一种高真空机械臂，其特征在于，包括驱动机构、机械手，以及分别与所述驱动机构及机械手相连的如权利要求1-4中任一项所述的伸展机构。

6.根据权利要求5所述的高真空机械臂，其特征在于，还包括转动机构，所述转动机构与所述伸展机构相连，以用于带动所述伸展机构转动,所述转动机构包括轴座、转动设于所述轴座上的转轴及与所述转轴相连的电机，所述转轴与所述轴座间设有用于减少转动摩擦的第二滑动组件。

7.根据权利要求6所述的高真空机械臂，其特征在于，所述第二滑动组件包括分别设置在所述转轴及轴座上并对应插接的弧形滑轨，所述转轴上的弧形滑轨的长度短于所述轴座上的弧形滑轨，所述第二滑动组件还包括多个第二滚珠，所述多个第二滚珠设置在两个所述弧形滑轨配合插接所形成的四周封闭的第二腔室内。

8.根据权利要求6所述的高真空机械臂，其特征在于，还包括定位组件及控制部件，所述定位组件包括多个具有不同功能的传感器，所述多个传感器分别设置在所述伸展机构及转动机构上，以用于感测所述伸展机构的移动距离、移动位置，以及感测所述转轴的转动角度、当前角度位置；

所述控制部件与所述多个传感器、驱动机构及电机相连，以基于所述多个传感器的感测数据而控制所述驱动机构及电机运行。

9.根据权利要求8所述的高真空机械臂，其特征在于，所述控制部件还用于定时生成用于控制所述驱动机构驱动所述伸展机构伸展至目标位置的第一信号、通过所述传感器获得所述伸展机构在所述驱动机构基于所述第一信号的驱动下的实际伸展位置，以及基于所述实际伸展位置、目标位置的位置差而校准所述驱动机构。

10.根据权利要求8所述的高真空机械臂，其特征在于，所述控制部件还用于定时生成用于控制所述电机驱动所述转轴转动至目标角度位置的第二信号、通过所述传感器获得所述转轴在所述电机基于第二信号的驱动下的实际角度位置，以及基于所述实际角度位置、目标角度位置的位置差而校准所述电机。

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