CN114750203B - 一种刚性驱动的直径连续可调机械臂 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机械臂技术领域，且公开了一种刚性驱动的直径连续可调机械臂，包括底座，所述底座的一侧设置有中伞骨架变形机构，底座的一侧且位于中伞骨架变形机构的外侧设置有驱动机构，底座的一侧设置有环形阵列排布的滑动机构，所述中伞骨架变形机构包括第一支撑圆盘、第二支撑圆盘、骨架本体、支撑块和螺纹杆，该装置结构简单，设计新颖，实现机械臂各节同步伸缩，以及机械臂直径同步变化，同时机械臂刚性随之改变，适应环境需求,方便、精准控制机械臂关节伸缩以及直径的改变，驱动结构结构简单,驱动结构具有自锁功能，保证机械臂运动精度，时刻保证机械臂的刚性要求，适合广泛推广。

Description

一种刚性驱动的直径连续可调机械臂

技术领域

本发明涉及机械臂技术领域，具体为一种刚性驱动的直径连续可调机械臂。

背景技术

机器作业时当面对内径小于自身外形直径的管道，这种非结构化环境复杂多工况任务需求，机器人以及长度不变的连续体机械臂，其机械臂自身的操作空间范围是固定的，当操作目标超出自己的工作范围或臂长限制时，将无法完成该任务，若要适应复杂环境工作需求，要求连续体机械臂一方面需具备较强的自主变形控制能力，另一方面需要具备较高的智能化作业能力。为了实现该目标，需要解决智能变形连续体机械臂变形设计、智能感知与规划等方面难题。

现有的机械臂不便于适用不同的需求环境，适应性较差，操作不便，不便于与对机械臂的长度和直径进行同步调整，不能保证机械臂运动的精度，且不便于蚀刻保证机械臂刚性的要求。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种刚性驱动的直径连续可调机械臂，具备实现机械臂各节同步伸缩，以及机械臂直径同步变化，同时机械臂刚性随之改变，适应环境需求,方便、精准控制机械臂关节伸缩以及直径的改变，驱动结构结构简单,驱动结构具有自锁功能，保证机械臂运动精度，时刻保证机械臂刚性要求的优点，解决了现有的机械臂不便于适用不同的需求环境，适应性较差，操作不便，不便于与对机械臂的长度和直径进行同步调整，不能保证机械臂运动的精度，且不便于蚀刻保证机械臂刚性要求的问题。

(二)技术方案

为实现上述实现机械臂各节同步伸缩，以及机械臂直径同步变化，同时机械臂刚性随之改变，适应环境需求,方便、精准控制机械臂关节伸缩以及直径的改变，驱动结构结构简单,驱动结构具有自锁功能，保证机械臂运动精度，时刻保证机械臂刚性要求的目的，本发明提供如下技术方案：一种刚性驱动的直径连续可调机械臂，包括底座，所述底座的一侧设置有中伞骨架变形机构，底座的一侧且位于中伞骨架变形机构的外侧设置有驱动机构，底座的一侧设置有环形阵列排布的滑动机构；

所述中伞骨架变形机构包括第一支撑圆盘、第二支撑圆盘、骨架本体、支撑块和螺纹杆，第一支撑圆盘和第二支撑圆盘分别设置在螺纹杆的两端，支撑块的内侧底部和内侧顶部分别与骨架本体相互靠近的一侧铰接，骨架本体相互远离的一侧分别与第一支撑圆盘和第二支撑圆盘相互靠近的一侧铰接。

优选的，所述螺纹杆的一端与第一支撑圆盘的一侧转动连接，螺纹杆的另一端与第二支撑圆盘的一侧螺纹连接。

优选的，所述中伞骨架变形机构还包括开设在支撑块一侧的第一通孔和下绳孔，所述下绳孔位于支撑块的一侧中部。

优选的，所述中伞骨架变形机构包括三组支撑块和骨架本体，且均以螺纹杆的中轴线呈环形阵列排布，每组设有一个支撑块和四个骨架本体，支撑块呈弧形设计。

优选的，所述驱动机构包括电机和支架，支架远离电机的一侧与底座的一侧固定连接，支架远离底座的一侧固定连接有驱动箱，驱动箱的内壁与电机的外壁固定连接，电机的输出端与螺纹杆靠近第一支撑圆盘的一端固定连接。

优选的，所述滑动机构包括第一连接件、第一滑块、第二滑块和第二连接件，第一连接件的底部与底座的一侧固定连接，第一连接件的底部与第一滑块的顶部固定连接，第一连接件与第二滑块相互靠近的一侧滑动连接，第二连接件固定在第二滑块远离第一连接件的一侧，第二连接件远离第二滑块的一侧与支撑块的外侧固定连接。

优选的，每个所述第一连接件的底部固定连接有两个第一滑块，且呈阵列排布，第一连接件呈L形设计。

优选的，所述第一连接件靠近第二滑块的一侧固定连接有第二导轨，第二滑块放置在第二导轨内，底座的一侧固定连接有与第一滑块相适配的第一导轨。

优选的，所述支撑块的外侧均固定连接有机械臂本体，机械臂本体相互靠近的一侧均固定连接有丝杠，丝杠的外壁设置有螺母，螺母的顶部开设有上绳孔，上绳孔与下绳孔位于同轴线上。

优选的，所述第一通孔的内壁固定连接有固定杆，固定杆的外壁套设有弹簧，所述底座的一侧开设有第二通孔，第二通孔设有三个，且呈环形阵列排布。

(三)有益效果

与现有技术相比，本发明提供了一种刚性驱动的直径连续可调机械臂，具备以下有益效果：

综上所述；该装置结构简单，设计新颖，实现机械臂各节同步伸缩，以及机械臂直径同步变化，同时机械臂刚性随之改变，适应环境需求,方便、精准控制机械臂关节伸缩以及直径的改变，驱动结构结构简单,驱动结构具有自锁功能，保证机械臂运动精度，时刻保证机械臂的刚性要求，适合广泛推广。

附图说明

图1为本发明一种刚性驱动的直径连续可调机械臂的整体结构示意图；

图2为本发明一种刚性驱动的直径连续可调机械臂的中伞骨架变形机构结构示意图；

图3为本发明一种刚性驱动的直径连续可调机械臂的驱动机构和滑动机构结构示意图；

图4为本发明一种刚性驱动的直径连续可调机械臂图1中A的放大结构示意图；

图5为本发明一种刚性驱动的直径连续可调机械臂的中伞骨架变形机构示意图。

图中：1、底座；2、中伞骨架变形机构；201、第一通孔；202、下绳孔；203、第一支撑圆盘；204、骨架本体；205、支撑块；206、螺纹杆；207、第二支撑圆盘；3、机械臂本体；4、丝杠；5、驱动机构；501、电机；502、支架；6、滑动机构；601、第一连接件；602、第一滑块；603、第二滑块；604、第二连接件；7、上绳孔；8、弹簧；9、固定杆；10、第二通孔。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一；

请参阅图1-2，一种刚性驱动的直径连续可调机械臂，包括底座1，

底座1的一侧设置有中伞骨架变形机构2，通过中伞骨架变形机构2变形带动机械臂本体3变形，进而便于调整机械臂本体3的长度和直径，方便使用，中伞骨架变形机构2包括第一支撑圆盘203、第二支撑圆盘207、骨架本体204、支撑块205和螺纹杆206，第一支撑圆盘203和第二支撑圆盘207分别设置在螺纹杆206的两端，支撑块205的内侧底部和内侧顶部分别与骨架本体204相互靠近的一侧铰接，骨架本体204相互远离的一侧分别与第一支撑圆盘203和第二支撑圆盘207相互靠近的一侧铰接，电机501带动螺纹杆206转动，进而使第二支撑圆盘207通过骨架本体204带动支撑块205移动，支撑块205带动第二连接件604移动，第二连接件604通过第二滑块603沿第二导轨移动的同时推动第一连接连接件移动，第一连接件601带动第一滑块602沿第一导轨移动，进而带动机械臂移动。

进一步的，螺纹杆206的一端与第一支撑圆盘203的一侧转动连接，螺纹杆206的另一端与第二支撑圆盘207的一侧螺纹连接，通过螺纹杆206与第二支撑圆盘207螺纹连接，进而带动第二支撑圆盘207移动，通过螺旋传动方式实现伞骨架变形机构变形。

进一步的，中伞骨架变形机构2还包括开设在支撑块205一侧的第一通孔201和下绳孔202，下绳孔202位于支撑块205的一侧中部，第一通孔201的内壁固定连接有固定杆9，固定杆9的外壁套设有弹簧8，通过在固定杆9的外壁安装弹簧8，通过弹簧8的扭转力提高中伞骨架变形机构2变形的稳定性。

进一步的，中伞骨架变形机构2包括三组支撑块205和骨架本体204，且均以螺纹杆206的中轴线呈环形阵列排布，每组设有一个支撑块205和四个骨架本体204，支撑块205呈弧形设计。

实施例二；

请参阅图5，底座1的一侧设置有中伞骨架变形机构2，通过中伞骨架变形机构2变形带动机械臂本体3变形，进而便于调整机械臂本体3的长度和直径，方便使用，电机501的输出端带动螺纹杆206转动，进而使第二支撑圆盘207通过骨架本体204带动支撑块205移动，支撑块205带动第二连接件604移动，第二连接件604通过第二滑块603沿第二导轨移动的同时推动第一连接连接件移动，第一连接件601带动第一滑块602沿第一导轨移动，进而带动机械臂移动，可设置多节中伞骨架变形机构2，形成适用于不同需求的机械臂，实用性较强。

实施例三；

请参阅图3，底座1的一侧且位于中伞骨架变形机构2的外侧设置有驱动机构5，驱动机构5包括电机501和支架502，支架502远离电机501的一侧与底座1的一侧固定连接，支架502远离底座1的一侧固定连接有驱动箱，驱动箱的内壁与电机501的外壁固定连接，电机501的输出端与螺纹杆206靠近第一支撑圆盘203的一端固定连接，启动电机501，电机501的输出端带动螺纹杆206转动，螺纹杆206带动第二支撑圆盘207转动，进而带动机械臂本体3移动，电机501提供动力源。

实施例四；

请参阅图3，底座1的一侧设置有环形阵列排布的滑动机构6，滑动机构6包括第一连接件601、第一滑块602、第二滑块603和第二连接件604，第一连接件601的底部与底座1的一侧固定连接，第一连接件601的底部与第一滑块602的顶部固定连接，第一连接件601与第二滑块603相互靠近的一侧滑动连接，第二连接件604固定在第二滑块603远离第一连接件601的一侧，第二连接件604远离第二滑块603的一侧与支撑块205的外侧固定连接，第二连接件604通过第二滑块603沿第二导轨移动的同时推动第一连接连接件移动，第一连接件601带动第一滑块602沿第一导轨移动，进而带动机械臂移动，从而实现伞骨架式变形机构变形带动机械臂变形，从而改变机械臂本体3的长度和直径，便于使用。

进一步的，每个第一连接件601的底部固定连接有两个第一滑块602，且呈阵列排布，提高第一连接件601移动的稳定性，第一连接件601呈L形设计，便于第一连接件601连接第一滑块602和第二滑块603。

进一步的，第一连接件601靠近第二滑块603的一侧固定连接有第二导轨，第二滑块603沿第二导轨移动，第二滑块603放置在第二导轨内，底座1的一侧固定连接有与第一滑块602相适配的第一导轨，第一滑块602沿第一导轨移动。

实施例五；

请参阅图2-4，支撑块205的外侧均固定连接有机械臂本体3，机械臂本体3相互靠近的一侧均固定连接有丝杠4，丝杠4的外壁设置有螺母，螺母的顶部开设有上绳孔7，上绳孔7与下绳孔202位于同轴线上，底座1的一侧开设有第二通孔10，第二通孔10设有三个，且呈环形阵列排布，通过在上绳孔7和下绳孔202内设置绳索，电机501驱动螺纹杆206旋转，螺旋传动使变形机构变形，此变形运动使电机501牵引绳锁始终与上绳孔7保持同轴移动，驱动结构结构简单,使驱动结构具有自锁功能，保证机械臂运动精度，时刻保证机械臂刚性要求。

工作原理：在使用时，启动电机501，电机501的输出端带动螺纹杆206转动，螺纹杆206带动第二支撑圆盘207沿螺纹杆206导向移动，第二支撑圆盘207通过骨架本体204带动支撑块205移动，支撑块205带动第二连接件604移动，第二连接件604通过第二滑块603沿第二导轨移动的同时推动第一连接连接件移动，第一连接件601带动第一滑块602沿第一导轨移动，进而带动机械臂移动，从而实现伞骨架式变形机构变形带动机械臂变形，从而改变机械臂本体3的长度和直径，便于使用，且通过控制电机501的正反转，进而调整机械臂长度的伸长或收短、直径变大或变小。

综上所述；该装置结构简单，设计新颖，实现机械臂各节同步伸缩，以及机械臂直径同步变化，同时机械臂刚性随之改变，适应环境需求,方便、精准控制机械臂关节伸缩以及直径的改变，驱动结构结构简单,驱动结构具有自锁功能，保证机械臂运动精度，时刻保证机械臂的刚性要求，适合广泛推广。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种直径连续可调的变刚度连续体机械臂，包括底座(1)，其特征在于：所述底座(1)的一侧设置有中伞骨架变形机构(2)，底座(1)的一侧且位于中伞骨架变形机构(2)的外侧设置有驱动机构(5)，底座(1)的一侧设置有环形阵列排布的滑动机构(6)；

所述中伞骨架变形机构(2)包括第一支撑圆盘(203)、第二支撑圆盘(207)、骨架本体(204)、支撑块(205)和螺纹杆(206)，第一支撑圆盘(203)和第二支撑圆盘(207)分别设置在螺纹杆(206)的两端，支撑块(205)的内侧底部和内侧顶部分别与骨架本体(204)相互靠近的一侧铰接，骨架本体(204)相互远离的一侧分别与第一支撑圆盘(203)和第二支撑圆盘(207)相互靠近的一侧铰接，所述中伞骨架变形机构(2)包括三组支撑块(205)和骨架本体(204)，且均以螺纹杆(206)的中轴线呈环形阵列排布，每组设有一个支撑块(205)和四个骨架本体(204)，支撑块(205)呈弧形设计；

所述滑动机构(6)包括第一连接件(601)、第一滑块(602)、第二滑块(603)和第二连接件(604)，第一连接件(601)的底部与底座(1)的一侧固定连接，第一连接件(601)的底部与第一滑块(602)的顶部固定连接，第一连接件(601)与第二滑块(603)相互靠近的一侧滑动连接，第二连接件(604)固定在第二滑块(603)远离第一连接件(601)的一侧，第二连接件(604)远离第二滑块(603)的一侧与支撑块(205)的外侧固定连接，每个所述第一连接件(601)的底部固定连接有两个第一滑块(602)，且呈阵列排布，第一连接件(601)呈L形设计，所述第一连接件(601)靠近第二滑块(603)的一侧固定连接有第二导轨，第二滑块(603)放置在第二导轨内，底座(1)的一侧固定连接有与第一滑块(602)相适配的第一导轨。

2.根据权利要求1所述的一种直径连续可调的变刚度连续体机械臂，其特征在于：所述螺纹杆(206)的一端与第一支撑圆盘(203)的一侧转动连接，螺纹杆(206)的另一端与第二支撑圆盘(207)的一侧螺纹连接。

3.根据权利要求1所述的一种直径连续可调的变刚度连续体机械臂，其特征在于：所述中伞骨架变形机构(2)还包括开设在支撑块(205)一侧的第一通孔(201)和下绳孔(202)，所述下绳孔(202)位于支撑块(205)的一侧中部。

4.根据权利要求1所述的一种直径连续可调的变刚度连续体机械臂，其特征在于：所述驱动机构(5)包括电机(501)和支架(502)，支架(502)远离电机(501)的一侧与底座(1)的一侧固定连接，支架(502)远离底座(1)的一侧固定连接有驱动箱，驱动箱的内壁与电机(501)的外壁固定连接，电机(501)的输出端与螺纹杆(206)靠近第一支撑圆盘(203)的一端固定连接。

5.根据权利要求3所述的一种直径连续可调的变刚度连续体机械臂，其特征在于：所述支撑块(205)的外侧均固定连接有机械臂本体(3)，机械臂本体(3)相互靠近的一侧均固定连接有丝杠(4)，丝杠(4)的外壁设置有螺母，螺母的顶部开设有上绳孔(7)，上绳孔(7)与下绳孔(202)位于同轴线上。

6.根据权利要求3所述的一种直径连续可调的变刚度连续体机械臂，其特征在于：所述第一通孔(201)的内壁固定连接有固定杆(9)，固定杆(9)的外壁套设有弹簧(8)，所述底座(1)的一侧开设有第二通孔(10)，第二通孔(10)设有三个，且呈环形阵列排布。

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