CN220741227U - 一种线驱动柔性机械臂 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种线驱动柔性机械臂，涉及机器人领域和机械工程技术领域。该线驱动柔性机械臂，包括机械臂主体和驱动箱，所述机械臂主体包括球型关节和伸缩关节，所述球型关节和伸缩关节均由三条贯穿前关节的控制线控制，所述驱动箱的外缘按圆形排布有驱动装置，所述驱动装置包括电机装置和丝杆滑块装置，所述电机装置包括步进电机和长条板。本实用新型可以通过增加或减少关节的数量来适用不同工作的需要，机械臂主体上的关节可分别独立完成伸缩和转向动作,使得该机械臂结构具有良好的拓展性和二次开发性，伸缩关节上加入剪式折叠结构，使得柔性机械臂在伸缩运动时更加平稳，且具有一定的刚性。

Description

一种线驱动柔性机械臂

技术领域

本实用新型涉及机器人领域和机械工程技术领域，尤其涉及一种线驱动柔性机械臂。

背景技术

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。

专利号为CN202210335861.X的中国专利公开了一种高刚性机械臂，包括第一结构梁、手臂滑板、移动驱动机构、传动组件及第二结构梁，第一结构梁可滑动地设置于手臂滑板上；移动驱动机构设置于手臂滑板上并与第一结构梁连接；传动组件包括惰轮组及同步传动件，两个惰轮组呈间隔地设置于第一结构梁上，同步传动件绕设于两个惰轮组上，手臂滑板与同步传动件的下传动段固定连接；增加机械臂的整体刚性，同时加强了第一滑块和第二滑块螺钉的受力，保护了第一结构梁和第二结构梁的结构稳固性。

但此类机械臂为刚性结构对于许多狭小复杂地形以及大型机器内部空间自检作业无从下手，所以设计一种具有一定刚性的可伸缩软体机械臂，能实现狭窄复杂空间中的作业和设备监测及维护具有重要意义。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种线驱动柔性机械臂，解决了上述背景技术中提出的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种线驱动柔性机械臂，包括机械臂主体和驱动箱，所述机械臂主体包括球型关节和伸缩关节，所述球型关节和伸缩关节均由三条贯穿前关节的控制线控制；

所述驱动箱的外缘按圆形排布有驱动装置，所述驱动装置包括电机装置和丝杆滑块装置，所述电机装置包括步进电机和长条板，所述丝杆滑块装置包括滑块、丝杆、卡线器、控制线张紧机构、张紧弹簧以及两个支撑，所述步进电机和丝杆通过螺钉被固定长条板上，所述步进电机的输出轴固定连接有丝杆，所述丝杆的外壁螺纹连接有滑块，所述滑块的顶部外壁设置有固定控制线的卡线器；

所述球型关节包括球铰头、关节圆板、立柱和控制线，所述关节圆板与立柱为一体化铸造，所述立柱与球铰头通过螺纹连接；

所述伸缩关节包括伸缩弹簧、剪式伸缩结构、光孔、螺纹孔，所述关节圆板上小孔中预留的三个螺纹孔，其余小孔均为供线穿过的光孔，所述伸缩关节的中心部位设置有用于在关节被压缩时提供弹力的伸缩弹簧，所述伸缩关节单元环内每隔°设置一个剪式伸缩结构。

优选地，所述驱动箱圆板中心位置设置有用于留出放置控制线以及控制线拉伸空间的镂空圆，所述驱动箱圆板大小与关节圆板一致。

优选地，所述驱动箱由驱动装置、躯壳和驱动箱圆板构成，所述躯壳是由长条板组成的类圆柱体底座架壳，架壳与驱动箱圆板通过紧定螺钉连接。

优选地，所述伸缩关节是圆柱形镂空结构，每两个伸缩关节依靠球型关节连接形成机械臂主体。

优选地，所述球型关节属于半球铰结构，其球铰头的球形部分只有一半位于孔洞内，其拥有一个球形的头部，它的球头能够在内凹的孔洞中旋转，所述球型关节支撑、连接两个关节单元。

优选地，所述机械臂控制线连接到底座驱动箱中。

与相关技术相比较，本实用新型提供的一种线驱动柔性机械臂具有如下有益效果：

1、本实用新型可以通过增加或减少关节的数量来适用不同工作的需要，机械臂主体上的关节可分别独立完成伸缩和转向动作,使得该机械臂结构具有良好的拓展性和二次开发性。伸缩关节上加入剪式折叠结构，使得柔性机械臂在伸缩运动时更加平稳，且具有一定的刚性。

2、本实用新型的驱动部分均安装在底座驱动箱内，通过使滑块上的控制线伸缩，实现机械臂的各关节运动，避免了传统类型关节多含电机的机械臂结构，在减轻主体重量的同时大大缩小了占用的空间，便于适应在狭小非结构化空间中作业。

3、本实用新型采用线驱动的驱动方式，输出力更大，响应更快，在轻便的同时又不乏灵活，相对于不同工作环境的需求，也可对驱动电机型号，关节数量和种类进行更换以达到工作目的要求，维护简单可靠、方便快捷。所以本实用新型完全具备解决在复杂狭小空间以及非结构化空间状态下的进行作业的难题。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是图1中驱动装置的放大图。

图3是图1中伸缩关节的放大图。

图4是图1中球型关节的放大图。

图中：1、驱动箱；11、驱动箱圆板；12、驱动装置；121、步进电机；122、滑块；123、长条板；124、卡线器；125、控制线张紧机构；126、张紧弹簧；127、丝杆；2、机械臂主体；21、球型关节；211、球铰头；212、关节圆板；213、立柱；214、控制线；22、伸缩关节；221、弹簧；222、剪式伸缩结构；223、光孔；224、螺纹孔。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

实施例：

请参阅图1-图4，本实用新型提供一种技术方案：一种线驱动柔性机械臂，应用在狭小环境及非结构化空间结构作业，包括机械臂主体2和驱动箱1，机械臂主体2包括球型关节21和伸缩关节22，球型关节21和伸缩关节22均由三条贯穿前关节的控制线214控制；

驱动箱1的外缘按圆形排布有驱动装置12，驱动装置12包括电机装置和丝杆滑块装置，电机装置包括步进电机121和长条板123，丝杆滑块装置包括滑块122、丝杆127、卡线器124、控制线张紧机构125、张紧弹簧126以及两个支撑，步进电机121和丝杆127通过螺钉被固定长条板123上，步进电机121的输出轴固定连接有丝杆127，丝杆127的外壁螺纹连接有滑块122，滑块122的顶部外壁设置有固定控制线214的卡线器124；

在本实例中，步进电机121用于提供扭矩力驱动丝杆转动，由于控制线214一端固定在驱动装置12内滑块122上，另一端固定在关节上，线的长度不能变化，以此改变丝杆滑块的位置来使控制线214产生拉力，控制伸缩关节22的收缩和改变球型关节21的角度，通过放松控制线214和利用伸缩关节22中间伸缩弹簧221的弹力来使伸缩关节22伸长，从而控制机械臂主体2运动。丝杆滑块122上装有卡线器124来卡紧控制线214。控制线张紧机构125用于运动导向和增加系统抗干扰性。

具体的，在丝杆滑块装置上设置控制线张紧机构125以补偿运动延迟所产生的力及位移，控制线张紧机构125中张紧轮可由张紧弹簧126控制进行横向位移运动，当控制线214拉力过大时，张紧弹簧126发生形变，滑轮位置随之浮动，从而进行控制线214进给量补偿。

具体的，驱动箱1至少需要27个驱动装置12，而每根控制线214由单个驱动独立控制，每三根控制线214共同控制一个关节。多个关节相互配合，能够实现对机械臂主体2的广范围多角度控制，使其可以在狭小的空间中执行任务。

球型关节21包括球铰头211、关节圆板212、立柱213和控制线214，关节圆板212与立柱213为一体化铸造，立柱213与球铰头211通过螺纹连接；

伸缩关节22包括伸缩弹簧221、剪式伸缩结构222、光孔223、螺纹孔224，关节圆板212上小孔中预留的三个螺纹孔224，其余小孔均为供线穿过的光孔223，伸缩关节22的中心部位设置有用于在关节被压缩时提供弹力的伸缩弹簧221，伸缩关节22单元环内每隔120°设置一个剪式伸缩结构222，为系统增加了一定的刚性。

其中，驱动箱圆板11中心位置设置有用于留出放置控制线214以及控制线214拉伸空间的镂空圆，驱动箱圆板11大小与关节圆板212一致。

其中，驱动箱1由驱动装置12、躯壳和驱动箱圆板11构成，躯壳是由多个长条板123组成的类圆柱体底座架壳，架壳与驱动箱圆板11通过紧定螺钉连接。

其中，伸缩关节22是圆柱形镂空结构，每两个伸缩关节22依靠球型关节21连接形成机械臂主体2。

其中，球型关节21属于半球铰结构，其球铰头211的球形部分只有一半位于孔洞内，其拥有一个球形的头部，它的球头能够在内凹的孔洞中旋转，球型关节21支撑、连接两个关节单元。球型关节21实现连接，并可以灵活的改变连接方向能够有效地支撑、连接两个关节单元。

其中，机械臂控制线214连接到底座驱动箱1中。

工作原理：首先，通过转动步进电机121改变滑块122上的卡线器124的位置来使控制线214产生拉力，使伸缩关节22长度缩短，实现机械臂的直线后退；放松控制线214后，利用伸缩弹簧221的弹力伸长伸缩关节22，实现机械臂的直线前进。当需要转弯时，控制相对应的电机转动使滑块122远离(或靠近)关节，从而改变固定在球型关节21上的三条控制线214长度(如图4所示)，达到机械臂弯曲方向的改变。

Claims (6)

1.一种线驱动柔性机械臂，包括机械臂主体(2)和驱动箱(1)，其特征在于：所述机械臂主体(2)包括球型关节(21)和伸缩关节(22)，所述球型关节(21)和伸缩关节(22)均由三条贯穿前关节的控制线控制；

所述驱动箱(1)的外缘按圆形排布有驱动装置(12)，所述驱动装置(12)包括电机装置和丝杆滑块装置，所述电机装置包括步进电机(121)和长条板(123)，所述丝杆滑块装置包括滑块(122)、丝杆(127)、卡线器(124)、控制线张紧机构(125)、张紧弹簧(126)以及两个支撑，所述步进电机(121)和丝杆(127)通过螺钉被固定长条板(123)上，所述步进电机(121)的输出轴固定连接有丝杆(127)，所述丝杆(127)的外壁螺纹连接有滑块(122)，所述滑块(122)的顶部外壁设置有固定控制线的卡线器(124)；

所述球型关节(21)包括球铰头(211)、关节圆板(212)、立柱(213)和控制线(214)，所述关节圆板(212)与立柱(213)为一体化铸造，所述立柱(213)与球铰头(211)通过螺纹连接；

所述伸缩关节(22)包括伸缩弹簧(221)、剪式伸缩结构(222)、光孔(223)、螺纹孔(224)，所述关节圆板(212)上小孔中预留的三个螺纹孔(224)，其余小孔均为供线穿过的光孔(223)，所述伸缩关节(22)的中心部位设置有用于在关节被压缩时提供弹力的伸缩弹簧(221)，所述伸缩关节(22)单元环内每隔120°设置一个剪式伸缩结构(222)。

2.根据权利要求1所述的一种线驱动柔性机械臂，其特征在于：所述驱动箱(1)由驱动装置(12)、躯壳和驱动箱圆板(11)构成，所述躯壳是由长条板(123)组成的类圆柱体底座架壳，架壳与驱动箱圆板(11)通过紧定螺钉连接。

3.根据权利要求2所述的一种线驱动柔性机械臂，其特征在于：所述驱动箱圆板(11)中心位置设置有用于留出放置控制线(214)以及控制线(214)拉伸空间的镂空圆，所述驱动箱圆板(11)大小与关节圆板(212)一致。

4.根据权利要求1所述的一种线驱动柔性机械臂，其特征在于：所述伸缩关节(22)是圆柱形镂空结构，每两个伸缩关节(22)依靠球型关节(21)连接形成机械臂主体(2)。

5.根据权利要求1所述的一种线驱动柔性机械臂，其特征在于：所述球型关节(21)属于半球铰结构，其球铰头(211)的球形部分只有一半位于孔洞内，其拥有一个球形的头部，它的球头能够在内凹的孔洞中旋转，所述球型关节(21)支撑、连接两个关节单元。

6.根据权利要求1所述的一种线驱动柔性机械臂，其特征在于：所述机械臂控制线(214)连接到底座驱动箱(1)中。