本發(fā)明涉及一種超彈性合金片機械臂及其結(jié)構(gòu)，屬于機器人技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

機械臂作為自動化領(lǐng)域的代表性產(chǎn)品，越來越多的應(yīng)用于各個工作環(huán)境，它的出現(xiàn)不僅替代了人工勞動，提高了工作效率，而且在高危險、高要求的工作環(huán)境中，體現(xiàn)了獨特的優(yōu)勢。傳統(tǒng)的工業(yè)用機械臂體積龐大，轉(zhuǎn)動自由度有限，其柔性度不高，不能應(yīng)用在狹窄空間作業(yè)，因此出現(xiàn)了多自由度的蛇形機械臂。蛇形機械臂由于其仿蛇的結(jié)構(gòu)特點，使其具有較高的自由度，能夠輕易的通過彎管道、狹窄空間等，從而引起了研究者的興趣。但是目前大多數(shù)蛇形機械臂，尤其是線驅(qū)動形式的蛇形機械臂，存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、控制難度大、驅(qū)動機構(gòu)笨重、拉線運動耦合性嚴重等問題，這也限制了蛇形機械臂的進一步研究與普及。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對現(xiàn)有結(jié)構(gòu)存在的缺陷，提出了一種采用超彈性合金片連接的、具有新型布線形式的、驅(qū)動機構(gòu)精簡的多關(guān)節(jié)機械臂。該機械臂采用杠桿結(jié)構(gòu)驅(qū)動，驅(qū)動器采用塔式結(jié)構(gòu)安裝，有效減少驅(qū)動機構(gòu)的數(shù)量；拉線采用十字形的排線形式，有效減小拉線運動時的耦合問題。

本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：一種超彈性合金片機械臂，包括機械臂關(guān)節(jié)體和驅(qū)動機構(gòu)，機械臂關(guān)節(jié)體和驅(qū)動機構(gòu)通過拉線機械連接。

所述機械臂關(guān)節(jié)體包括小關(guān)節(jié)體、大關(guān)節(jié)體、超彈性合金片、前端攝像頭以及鉚釘。

所述驅(qū)動機構(gòu)包括驅(qū)動機構(gòu)外殼、底盤、電動推桿、杠桿和連接件。

所述前端攝像頭安裝在機械臂關(guān)節(jié)體的最前端，可實時采集并傳輸工作環(huán)境的圖像，前端攝像頭可以根據(jù)工作需要替換為機械手等工具。

所述機械臂關(guān)節(jié)體包括小關(guān)節(jié)體和大關(guān)節(jié)體兩種型號，其中機械臂的前半部分由于所穿過的拉線的數(shù)量較少，同時為了減輕整體機械臂的重量，采用半徑較小的小關(guān)節(jié)體；機械臂的后半部分由于穿過的拉線數(shù)量較多，采用半徑較大的大關(guān)節(jié)體。

所述小關(guān)節(jié)體和大關(guān)節(jié)體又包括主動關(guān)節(jié)和從動關(guān)節(jié)，每相鄰的兩個主動關(guān)節(jié)之間安裝有N個(N≥1)從動關(guān)節(jié)，各個主動關(guān)節(jié)之間采用正交連接的形式，主動關(guān)節(jié)和從動關(guān)節(jié)之間通過超彈性合金片實現(xiàn)平行連接，超彈性合金片與主動關(guān)節(jié)和從動關(guān)節(jié)之間通過鉚釘穿過軸孔進行固定。

所述小關(guān)節(jié)體和大關(guān)節(jié)體上均有十字型的拉線過孔，每個主動關(guān)節(jié)由兩根對稱固定的拉線進行驅(qū)動，從動關(guān)節(jié)只有拉線穿過，當主動關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動時，從動關(guān)節(jié)通過超彈性合金片的彎曲變形，跟隨主動關(guān)節(jié)在同一平面內(nèi)轉(zhuǎn)動。

所述驅(qū)動機構(gòu)的電動推桿通過安裝環(huán)固定在底盤上，每個電動推桿的推桿通過推桿連接孔與杠桿連接，杠桿又通過轉(zhuǎn)軸孔與連接件上的轉(zhuǎn)軸相連，各個連接件層疊連接，并通過中心柱固定在底盤上，從而使得各個杠桿的轉(zhuǎn)軸處于同一軸線上。

所述驅(qū)動機構(gòu)采用塔式結(jié)構(gòu)，各個杠桿通過中心連接件層次疊加，杠桿呈現(xiàn)旋轉(zhuǎn)梯次均勻排布結(jié)構(gòu)，各個中心連接件可以任意疊加，通過固定螺栓連接，連接件螺絲孔呈圓周均勻排布，且連接件螺絲孔個數(shù)與中心連接件個數(shù)相對應(yīng)，每相鄰兩個中心連接件安裝后，其槽孔均有一定角度的錯角，這樣當中心連接件全部連接后，所有槽孔在360度圓周上均勻錯開。

所述拉線通過端帽固定于主動關(guān)節(jié)上，拉線穿過驅(qū)動機構(gòu)外殼上的拉線孔，卡扣安裝在杠桿拉線孔的上方，拉線卡帽卡在卡扣上，拉線穿過杠桿拉線孔固定在杠桿上，當電動推桿工作時，帶動杠桿轉(zhuǎn)動，從而驅(qū)動拉線，進而驅(qū)動對應(yīng)的主動關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動。

由于上述技術(shù)方案運用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點和效果：

本發(fā)明的一個效果在于，通過超彈性合金片代替軸承連接各個關(guān)節(jié)，減輕重量，沒有機械間隙，運動精度高，結(jié)構(gòu)簡單；

本發(fā)明的一個效果在于，關(guān)節(jié)之間正交連接，相鄰主動關(guān)節(jié)之間有若干從動關(guān)節(jié)片，增加機械臂彎曲的柔性；

本發(fā)明的一個效果在于，關(guān)節(jié)驅(qū)動拉線的拉線孔采用十字形，有效的減小了拉線之間運動時的耦合性，提高控制精確性；

本發(fā)明的一個效果在于，驅(qū)動機構(gòu)采用杠桿驅(qū)動，且各個杠桿的轉(zhuǎn)軸處于軸對齊的形式，杠桿旋轉(zhuǎn)梯次均勻排布，能夠減少驅(qū)動單元的數(shù)量，縮小驅(qū)動機構(gòu)的體積；

本發(fā)明的一個效果在于，采用塔式驅(qū)動器結(jié)構(gòu)，各個中心連接件采用模塊化形式，可任意層疊，便于增減驅(qū)動單元。

附圖說明

圖1是機械臂整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是機械臂關(guān)節(jié)體分單元示意圖；

圖3是機械臂一組正交關(guān)節(jié)體示意圖；

圖4是機械臂關(guān)節(jié)體示意圖；

圖5是機械臂關(guān)節(jié)體彎曲示意圖；

圖6是驅(qū)動機構(gòu)剖視圖；

圖7是驅(qū)動機構(gòu)固定支架與末端關(guān)節(jié)示意圖；

圖8是驅(qū)動機構(gòu)外殼示意圖；

圖9是驅(qū)動機構(gòu)固定支架與外殼示意圖；

圖10是末端關(guān)節(jié)與驅(qū)動機構(gòu)外殼安裝示意圖；

圖11是單關(guān)節(jié)安裝示意圖；

圖12是驅(qū)動機構(gòu)示意圖；

圖13是驅(qū)動機構(gòu)俯視圖；

圖14是驅(qū)動機構(gòu)局部放大示意圖；

圖15是中心連接件裝配體側(cè)視圖；

圖16是中心連接件裝配體俯視圖；

圖17是杠桿示意圖；

圖18是底盤示意圖；

圖19是拉線示意圖；

圖20是攝像頭連接示意圖。

附圖中，各標號所代表的部件：1、機械臂關(guān)節(jié)體 2、驅(qū)動機構(gòu) 3、小關(guān)節(jié)體 4、大關(guān)節(jié)體 5、主動關(guān)節(jié) 6、從動關(guān)節(jié) 7、拉線過孔 8、軸孔 9、前端攝像頭 10、驅(qū)動機構(gòu)外殼 11、電動推桿 12、杠桿 13、底盤 14、拉線孔 15、推桿 16、安裝支座 17、卡扣 18、中心連接件 19、轉(zhuǎn)軸 20、推桿連接孔 21、轉(zhuǎn)軸孔 22、杠桿拉線孔 23、中心柱 24、鉚釘 25、拉線 26、拉線卡帽 27、端帽 28、超彈性合金片 29、槽孔 30、固定螺栓 31、連接件螺絲孔 32、固定支架 33、安裝孔 34、末端關(guān)節(jié)

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步的介紹。

如圖1所示，一種超彈性合金片機械臂，其特征在于，包括機械臂關(guān)節(jié)體1和驅(qū)動機構(gòu)2，機械臂關(guān)節(jié)體1和驅(qū)動機構(gòu)2通過拉線25機械連接。

如圖2～圖5所示，所述機械臂關(guān)節(jié)體1包括小關(guān)節(jié)體3、大關(guān)節(jié)體4、超彈性合金片28、前端攝像頭9以及鉚釘24；其中機械臂的前半部分由于所穿過的拉線25的數(shù)量較少，同時為了減輕整體機械臂的重量，采用半徑較小的小關(guān)節(jié)體3；機械臂的后半部分由于穿過的拉線25數(shù)量較多，采用半徑較大的大關(guān)節(jié)體4。如圖20所示，前端攝像頭9可以替換為機械手等其他工具。

如圖4所示，所述小關(guān)節(jié)體3和大關(guān)節(jié)體4又包括主動關(guān)節(jié)5和從動關(guān)節(jié)6，每相鄰的兩個主動關(guān)節(jié)5之間安裝有N個(N≥1)從動關(guān)節(jié)6，各個主動關(guān)節(jié)5之間采用正交連接的形式，主動關(guān)節(jié)5和從動關(guān)節(jié)6之間通過超彈性合金片28實現(xiàn)平行連接。超彈性合金片28與主動關(guān)節(jié)5和從動關(guān)節(jié)6之間通過鉚釘24穿過軸孔8進行固定，如圖5所示。

所述小關(guān)節(jié)體3和大關(guān)節(jié)體4上均有十字型的拉線過孔7，如圖4所示，每個主動關(guān)節(jié)5由兩根對稱固定的拉線25進行驅(qū)動，拉線25通過端帽27固定于主動關(guān)節(jié)5上，從動關(guān)節(jié)6只有拉線25穿過，當主動關(guān)節(jié)5轉(zhuǎn)動時，從動關(guān)節(jié)6通過超彈性合金片28的彎曲變形，跟隨主動關(guān)節(jié)5在同一平面內(nèi)轉(zhuǎn)動。

如圖6、圖8、圖9、圖12、圖13、圖14、圖15所示，所述驅(qū)動機構(gòu)2主要包括驅(qū)動機構(gòu)外殼10、底盤13、電動推桿11、杠桿12、底盤13、拉線孔14、安裝支座16、卡扣17、中心連接件18、固定支架32、安裝孔33。所述驅(qū)動機構(gòu)2的電動推桿11通過安裝支座16固定在底盤13上，每個電動推桿11的推桿15通過杠桿12的推桿連接孔20與杠桿12連接，杠桿12又通過轉(zhuǎn)軸孔21 與中心連接件18上的轉(zhuǎn)軸19相連，轉(zhuǎn)軸19的位置如圖16所示，卡扣17安裝在杠桿拉線孔22的上方。各個中心連接件18層疊連接，并通過底盤13的中心柱23固定在底盤13上，如圖19所示，從而使得各個杠桿12的轉(zhuǎn)軸19處于同一軸線上。杠桿12的示意圖如圖18所示。

所述驅(qū)動機構(gòu)2采用塔式結(jié)構(gòu)，各個杠桿12通過中心連接件18層次疊加，杠桿13呈現(xiàn)旋轉(zhuǎn)梯次均勻排布結(jié)構(gòu)，各個中心連接件18可以任意疊加，通過固定螺栓30連接，連接件螺絲孔31呈圓周均勻排布，且連接件螺絲孔31個數(shù)與中心連接件18個數(shù)相對應(yīng)，每相鄰兩個中心連接件18安裝后，其槽孔29均有一定角度的錯角。槽孔29的位置如圖15所示，固定螺栓30、連接件螺絲孔31的位置如圖17所示。

如圖7～11所示，所述機械臂關(guān)節(jié)體1通過末端關(guān)節(jié)34與驅(qū)動機構(gòu)外殼10相連，末端關(guān)節(jié)34安裝在固定支架32上，固定支架32通過安裝孔33與驅(qū)動機構(gòu)外殼10固定，其中所述末端關(guān)節(jié)34具有一定高度，使得驅(qū)動拉線25在通過驅(qū)動機構(gòu)外殼10的拉線孔14時，具有一定的弧度過渡。

如圖20所示，拉線25穿過驅(qū)動機構(gòu)外殼10上的拉線孔14，拉線孔14位置如圖8所示。驅(qū)動機構(gòu)2的卡扣17安裝在杠桿拉線孔22的上方，拉線卡帽26卡在卡扣17上，拉線25穿過杠桿拉線孔22固定在杠桿12上，當電動推桿11工作時，帶動杠桿12轉(zhuǎn)動，從而驅(qū)動拉線25，進而驅(qū)動對應(yīng)的主動關(guān)節(jié)5轉(zhuǎn)動。

對所公開的實施例的上述說明，僅用于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，因此本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和創(chuàng)新點相一致的最寬的范圍。