CN203919086U - 一种新的机器人碳纤维臂杆结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种新的机器人碳纤维臂杆结构。该碳纤维臂杆结构由一根碳纤维杆、两个钛合金连接件构成。其中，钛合金连接件与碳纤维臂杆之间采胶接与螺钉连接这种混合连接的方式粘连。除此之外，为了满足臂杆内部走线的需要，该碳纤维臂杆结构还包括了由走线管以及走线支架构成的走线支架结构、以及在碳纤维杆、钛合金连接件进行打孔的走线通孔走线结构，最后，利用导线埋线方法设计了等电位结构。所设计制造的碳纤维臂杆可以实现内部走线，具备了很好的力学性能、等电位为几十毫欧、碳纤维复合材料同钛合金连接件的连接部分有很高的强度，可以很好的满足对碳纤维臂杆的各项要求。

Description

一种新的机器人碳纤维臂杆结构

技术领域：

本实用新型专利涉及机器人的机械臂领域，特别涉及一种适合空间机器人碳纤维臂杆结构。

背景技术：

近几十年来，机器人技术在各类科研领域方面得到了的广泛应用，开发和利用机器人成为各国高科技和军事发展的焦点，机械臂作为机器人技术的重要一环得到了越来越多的关注。目前机械臂已经可用于生产、加工、装配、维护和修理工作等等。在未来，随着机器人的研究和应用，尤其是特种机器人的研究将会变得更加广泛和深入，臂杆作为机器人的重要组成部分，在军事、民用和工业领域都具有广阔的发展前景。

随着机器人技术的发展，要求臂杆所选用的材料使用量少、质量轻、成本低，同时要求其承载能力大、精度高、空间适应性好，为此在臂杆制造方面对尺寸及形位精度提出了更高的要求。为了解决上述问题，先进复合材料的，特别是碳纤维增强复合材料----以其轻质、高强度、耐高温、耐腐蚀、热力学性能优良、热膨胀系数微小、具备可设计性等特点得到了广泛关注。在复合材料的实际工程应用中，不可避免的出现复合材料构件与金属等材质的零部件相连接的情况，且连接部位往往是整体结构的薄弱环节，据有关资料介绍，在复合材料结构件中有一半以上的破坏都发生在连接部位。现有的机器人碳纤维臂杆存在的主要缺陷是：

1)碳纤维臂杆的力学性能不高。

2)钛合金连接件同碳纤维杆连接不牢固。

3)机器人碳纤维臂杆精度不够。

4)机器人碳纤维臂杆走线固定方式不好。

5)对等电位设计较少。

本专利针对上述缺陷，设计了一种新的机器人碳纤维臂杆结构，该结构由碳纤维杆及钛合金连接件构成，并针对该结构提出来对碳纤维杆与钛合金连接件的连接工艺、碳纤维杆走线、等电位等进行了设计。

发明内容：

本实用新型专利的目的是为了克服现有碳纤维臂杆设计的不足，提出一种新型的机器人碳纤维臂杆结构。

本实用新型专利的采用如下技术方案：

本实用新型一种新的机器人碳纤维臂杆结构，碳纤维臂杆为圆柱体结构，包括2个钛合金 连接件a、b以及1根碳纤维杆；并包含有碳纤维臂杆走线结构、等电位埋线构造；

一种新型的碳纤维臂杆，所述的碳纤维杆以碳纤维/环氧树脂为材料，钛合金连接件a、b通过采用胶接及螺钉连接相结合的混合连接结构安装在碳纤维杆两侧。碳纤维杆两端各沿圆周等间距分布6个螺钉连接孔，分别对应2个钛合金连接件a、b的螺钉连接孔。

钛合金连接件a、b上沿圆周均匀分布有12个螺栓孔，用于配合安装其它部件；同时钛合金连接件a、b内部还有2个定位销孔和1个等电位固定螺纹孔；安装定位销后用以验证2个钛合金连接件a、b的定位和对齐。所述的第一个螺栓孔设在定位销孔逆时针方向旋转45°处；其余螺栓孔沿圆周均匀分布；同理，等电位固定螺纹孔设在定位销孔逆时针方向旋转60°处；

该碳纤维臂杆的发明内容还包含了两种内部走线结构，一种是可以固定在碳纤维臂杆内部的一种的走线支架结构，另一种是直接在碳纤维杆及钛合金连接件a、b进行打孔的走线通孔结构。除此之外，还含有一种用于实现碳纤维杆等电位的等电位埋线构造。

方案一：在碳纤维杆内部放入一个走线结构，该走线结构由支撑用的钛合金支架及具有走线孔的碳纤维走线管组成；碳纤维走线管固紧在钛合金支架的通孔中，钛合金支架采用三面支撑的形状，并在边缘部分开孔的结构，采用三面支撑的形状可以起到减重作用；在钛合金支架上开孔，在一定程度上为了减小其自身重量，线缆固定于碳纤维走线管内，通过柔性细线进行捆扎，沿碳纤维走线管的内壁固定。

方案二：在碳纤维杆一侧上开有5对走线孔，右端的钛合金连接件b上开有2个走线孔，与碳纤维杆上最右边的一对走线孔相对应；走线孔沿碳纤维杆等间隔设置；每对走线孔采用间隔为20°的开孔方法设置。走线时将线缆扎成一股放入碳纤维杆，再利用柔性细线穿过走线孔对碳纤维杆内部的线缆进行捆扎，可以保证线缆沿固定于碳纤维杆内壁，并进行轴向定位。

本专利的优点有：

1)采用了碳纤维/环氧树脂作为碳纤维杆材料与钛合金作为连接件材料构成了碳纤维臂杆，具备质量轻，精度高，结构强度、刚度等力学性能优越，温度变化对结构影响小等特点。

2)提出了两种碳纤维臂杆内部走线结构：

方案一：采用了一种走线支架结构，该结构可放置在碳纤维臂杆内部，由走线管、钛合金支架两部分构成，其中，走线管固紧在钛合金支架的通孔中，钛合金支架采用三面支撑的形状，并在边缘部分开孔的结构，能够避免了对碳纤维杆的进一步加工，在有效的固定内部走线的同时，加强了臂杆的强度。

方案二：采用了一种走线通孔结构，该结构是一种直接在碳纤维杆以及钛合金结构件进行打孔的结构，利用柔性细线捆扎内部线团，其特点在于易于加工实现，可在满足臂杆各项性能的前提下实现对各类线簇的固定。

3)碳纤维杆与钛合金连接件的连接方式采用胶接连接与螺钉连接的混合连接方式，强化 了连接效果，有效保证了碳纤维臂杆结构的安全可靠性。

4)对碳纤维臂杆进行了等电位设计，且等电位值为几十毫欧。

附图说明：

图1是本发明提出的碳纤维臂杆结构示意图。

图2是本发明提出的碳纤维臂杆结构示意剖面图。

图3是本发明提出的走线支架方案的结构图。

图4是本发明提出的走线支架方案结构的截面图。

图5是本发明提出的走线通孔结构的截面图。

图6是本发明提出的走线通孔结构的通孔截面图。

图7是本发明提出的走线通孔结构的通孔截面图。

图8是本发明提出的走线通孔结构的通孔截面图。

图9是本发明提出的针对第一种走线方案的碳纤维臂杆结构图。

图10是本发明提出的钛合金连接件a的剖视图。

图11是本发明提出的钛合金连接件a的正视图。

图12是本发明提出的钛合金连接件a的剖视图。

图13是本发明提出的钛合金连接件b的剖视图。

图14是本发明提出的钛合金连接件b的正视图。

图15是本发明提出的钛合金连接件b的剖视图。

图16是本发明提出的碳纤维臂杆结构的剖视图。

图17是本发明提出的碳纤维臂杆结构的端面视图。

图18是本发明提出的碳纤维臂杆结构的端面视图。

1-连接件a；101-螺钉连接孔c；102-螺栓孔a；104-定位销孔a；105-等电位固定螺纹孔a；2-连接件b；201-螺钉连接孔d；202-螺栓孔b；203-走线孔a；204-定位销孔b；205-等电位固定螺纹孔b；3-碳纤维杆；301-螺钉连接孔a；302-螺钉连接孔b；303-走线孔c；304-走线孔d；4-支架；401-支架孔；5-走线管；

具体实施方式：

下面结合附图对本实用新型专利进行进一步说明：

如图1所示为本发明所述的碳纤维臂杆的结构示意图。该臂杆包括：连接件a1、连接件b2以及碳纤维杆3构成。其装配关系如图2所示，本发明中，为了确保碳纤维杆3同连接件a1与连接件b2的连接性能，在经过胶接连接后，又通过螺钉连接相结合的混合连接结构方式将碳纤维杆3与两个连接件a1、b2进行连接，因此，需要在碳纤维杆3两端各开有6个螺 钉连接孔a301与螺钉连接孔b302，呈等间距沿圆周均匀分布，连接件a1也应同样开有螺钉连接孔c101和螺钉连接孔d201，除此之外，为了能使钛合金连接件a1、b2同其他机构相连接，还需留有相配合的螺栓孔a102与螺栓孔b202。

碳纤维杆内部走线设计可采用如图3、图4所示的走线支架结构，也可采用如图5至图8所示的走线通孔结构。

碳纤维臂杆内部走线方案一：走线支架结构如图3、图4所示：在碳纤维杆内部放入一个走线结构，该结构由支撑用的支架4及具有走线孔的碳纤维走线管5构成，其中，走线管5固紧在支架4的通孔中，支架4采用三面支撑的形状，并且钛合金支架上开有支架孔401，起到减重作用；同时在一定程度上减小支架4的自身重量，线缆固定于走线管5内，通过柔性细线进行捆扎，沿走线管5的内壁固定。

碳纤维臂杆内部走线方案二所指的走线通孔结构如图5至图8所示：在碳纤维杆上开有螺钉连接孔a301与螺钉连接孔b302、走线孔c303、d304，其中走线孔c303与d304沿碳纤维杆3开在碳纤维杆3的一侧，等间隔设置；每对走线孔采用间隔为20°的开孔方法设置。在走线时，将线缆扎成一股放入碳纤维杆3，再利用柔性细线穿过走线孔c303与d304对碳纤维杆3内部的线缆进行捆扎，可以保证线缆沿固定于碳纤维杆内壁，并进行轴向定位。

碳纤维臂杆内部走线方案二：走线通孔结构，对碳纤维杆3及2个连接件a1、b2进行了详细设计，其结构如图9所示，因此，需要在碳纤维杆进行打孔的基础上，在连接件b2上也开有一对走线孔a203。

连接件a1的设计图如图10至图12所示，包含螺钉连接孔c101、螺栓孔a102、定位销孔a104、等电位固定螺纹孔a105。连接件b2除包含螺钉连接孔d201、螺栓孔b202、定位销孔b204、等电位固定螺纹孔b205以外，针对走线通孔结构方案，如图13至图15所示，还开有走线孔a203。

除此之外，针对等电位设计中采用了埋线的结构，该结构通过两端带有中心通孔的垫片的导线将连接件a1的等电位固定螺纹孔a105与连接件b2的等电位固定螺纹孔b205进行连接，并利用螺钉螺钉固定于钛合金连接件a1、b2上，导线的中间部分则采用螺旋方式通过在碳纤维杆3内壁，并采用点胶的工艺将其固定于内壁上。

该碳纤维臂杆在加工装配时还具备以下特点，如图16至18所示，需要保证的是连接件a1、b2的止口内圆面和外圆面同轴，两法兰端面与其轴线的垂直度要求，以及定位销孔a104与b204、螺栓孔a102与螺栓孔b202的位置度要求。

Claims (4)

1.一种新的机器人碳纤维臂杆结构，其特征在于，碳纤维臂杆为圆柱体结构，包括2个钛合金连接件a、b以及1根碳纤维杆；并包含有碳纤维臂杆走线结构、等电位埋线构造；

一种新型的碳纤维臂杆，所述的碳纤维杆以碳纤维/环氧树脂为材料，钛合金连接件a、b通过采用胶接及螺钉连接相结合的混合连接结构安装在碳纤维杆两侧；碳纤维杆两端各沿圆周等间距分布6个螺钉连接孔，分别对应2个钛合金连接件a、b的螺钉连接孔；

钛合金连接件a、b上沿圆周均匀分布有12个螺栓孔，用于配合安装其它部件；同时钛合金连接件a、b内部还有2个定位销孔和1个等电位固定螺纹孔；安装定位销后用以验证2个钛合金连接件a、b的定位和对齐；所述的第一个螺栓孔设在定位销孔逆时针方向旋转45°处；其余螺栓孔沿圆周均匀分布；同理，等电位固定螺纹孔设在定位销孔逆时针方向旋转60°处；

该碳纤维臂杆的发明内容还包含了两种内部走线结构，一种是可以固定在碳纤维臂杆内部的一种的走线支架结构，另一种是直接在碳纤维杆及钛合金连接件a、b进行打孔的走线通孔结构；除此之外，还含有一种用于实现碳纤维杆等电位的等电位埋线构造；

方案一：在碳纤维杆内部放入一个走线结构，该走线结构由支撑用的钛合金支架及具有走线孔的碳纤维走线管组成；碳纤维走线管固紧在钛合金支架的通孔中，钛合金支架采用三面支撑的形状，并在边缘部分开孔的结构，采用三面支撑的形状可以起到减重作用；在钛合金支架上开孔，在一定程度上为了减小其自身重量，线缆固定于碳纤维走线管内，通过柔性细线进行捆扎，沿碳纤维走线管的内壁固定；

方案二：在碳纤维杆一侧上开有5对走线孔，右端的钛合金连接件b上开有2个走线孔，与碳纤维杆上最右边的一对走线孔相对应；走线孔沿碳纤维杆等间隔设置；每对走线孔采用间隔为20°的开孔方法设置；走线时将线缆扎成一股放入碳纤维杆，再利用柔性细线穿过走线孔对碳纤维杆内部的线缆进行捆扎，可以保证线缆沿固定于碳纤维杆内壁，并进行轴向定位。

2.如权利要求1所述的碳纤维臂杆结构，其特征在于，在钛合金连接件a、b与碳纤维杆的连接处留有螺纹孔。

3.如权利要求1所述的碳纤维臂杆结构，其特征在于，设计了一种走线支架结构，该结构由走线管、支架两部分构成，走线管固紧在支架的通孔中，支架采用三面支撑的形状，并在支架边缘部分上开孔；

具体为：碳纤维杆内部放入一个走线结构，线缆固定于碳纤维走线管内，柔性细线捆扎线缆，固定在碳纤维走线管的内壁。

4.如权利要求1所述的碳纤维臂杆结构，其特征在于，设计了一种走线通孔结构，在碳纤维杆与连接件b以20°为间隔进行打孔，柔性细线穿孔捆扎固紧。