一種可變長彎曲全柔性機械臂結構的制作方法
【專利摘要】本發明公開一種可變長彎曲全柔性機械臂結構，該結構為一種由彈性棒控制姿態，可以伸縮并且可末端位置達到360°上任意一點的全柔性機械臂裝置。本柔性機械臂裝置由彈性棒，基座，彈簧，金屬節片，扎帶和U形扣組成。通過伺服電機滑臺驅動四根彈性棒，從而實現該柔性機械臂的姿態控制與頂部自由端的位置控制。該結構穩定性可靠，功能完善，末端位置能夠達到外包絡面內的任意位置。
【專利說明】
一種可變長彎曲全柔性機械臂結構
技術領域
[0001]本發明涉及控制末端位置及整體姿態的全柔性機械臂結構，尤其是一種可變長的全柔性機械臂結構。【背景技術】
[0002]柔性機械結構在國內外都曾被提出過，通常是為了適應復雜的工作環境和操作要求。傳統的機械臂多采用剛性桿進行連接，運動過程中占用空間較大。全柔性機械臂的優勢在于，不僅可以對末端位置進行操作，同時可以控制主體姿態，大大提高了工作的靈活性。 本發明采用了彈性棒作為支撐結構，金屬節片來限制彈性棒的中段姿態，同時，利用彈性棒外套上的彈簧來分隔開各個節片，提高了整體結構的穩定性并使得全柔性機械臂在收縮和舒張后各節片間的距離保持一定。
【發明內容】

[0003]本發明依據要解決的技術問題是提出一種可變長彎曲全柔性機械臂結構。傳統的機械手臂采用剛性結構，由于剛性機械手臂通常由重型材料設計制造，無法避免的會出現負載-自重比低、能耗高、結構復雜、響應速度慢、定位精度低等諸多問題，而柔性機械手臂具有可實現高速操作的能力、較高的負載自重比、較低的能耗和較低的生產成本以及具有更大的工作空間等優點。由于全柔性機械臂的自由度高，其操作空間能夠達到更廣闊的區域，并節省設備占用空間。該結構穩定性可靠，功能完善，末端位置能夠達到外包絡面內的任意位置。
[0004]為實現上述目的，主要機械難點解決方案如下:一般機械結構材料均采用金屬材料作為框架，雖然剛性較強，但韌性卻比較弱，本發明采用了彈性棒加金屬節片為主體結構材料，大大提高了全柔性臂的韌性和靈活度;在每層金屬節片間加入彈簧，保持了各節片間有一定距離，提高了穩定性并防止彈性棒與金屬節片間卡死；
[0005]本發明的具體技術方案:一種可變長彎曲全柔性機械臂結構，包括彈性棒1、基座 2、金屬節片3、彈簧4、扎帶5、U型扣6。
[0006]彈性棒1、基座2、金屬節片3為該結構的柔性支撐部分，彈簧4為該結構的柔性變形部分，扎帶5、U型扣6為該結構的緊固鎖緊部分。
[0007]各金屬節片3為中空的圓形節片，各金屬節片3沿豎直方向布置，金屬節片3的圓周上設有能夠穿過彈性棒1的安裝孔。
[0008]各豎向布置的彈性棒1分別穿過金屬節片3上的安裝孔，相鄰金屬節片3上的彈性棒1上外包有彈簧4;金屬節片3上的安裝孔的內側設有弧形槽，相鄰的彈簧4之間通過扎帶5 連接固定;扎帶5穿過弧形槽，將上下相鄰的彈簧4兩端。
[0009]彈性棒1的底部從基座2的各通孔穿過，且每根彈性棒1分別由下部的伺服電機滑臺單獨驅動。U型扣6通過U型雙頭螺栓固定在彈性棒1的頂部。
[0010]彈性棒1為玻璃纖維棒或碳纖維棒或鋼絲。[0011 ]彈簧4的內徑大于彈性棒1的內徑。
[0012]U型扣通過U型雙頭螺栓固定在彈性棒的頂端；四根彈性棒通過每個金屬節片的均布的四個小孔和彈簧中央穿出；上層彈簧的下端和下層彈簧的上端由一根從金屬節片弧形槽穿過的扎帶捆扎固定；四根彈性棒末端從基座的四個孔穿過，每一根彈性棒分別由下部的伺服電機滑臺驅動。【附圖說明】
[0013]圖1是本發明整體結構圖；
[0014]圖2是本發明連接結構圖；[0〇15]圖3是本發明伸縮過程不意圖；
[0016]圖中:1、彈性棒，2、基座，3、金屬節片，4、彈簧，5、扎帶，6、U型扣。【具體實施方式】
[0017]下面結合附圖對本發明作進一步說明:
[0018]如圖1所示，一種可變長彎曲全柔性機械臂結構，包括彈性棒1、基座2、金屬節片3、 彈簧4、扎帶5、U型扣6。
[0019]彈性棒1、基座2、金屬節片3為該結構的柔性支撐部分，彈簧4為該結構的柔性變形部分，扎帶5、U型扣6為該結構的緊固鎖緊部分。
[0020]各金屬節片3為中空的圓形節片，各金屬節片3沿豎直方向布置，金屬節片3的圓周上設有能夠穿過彈性棒1的安裝孔。
[0021]各豎向布置的彈性棒1分別穿過金屬節片3上的安裝孔，相鄰金屬節片3上的彈性棒1上外包有彈簧4;金屬節片3上的安裝孔的內側設有弧形槽，相鄰的彈簧4之間通過扎帶5 連接固定;扎帶5穿過弧形槽，將上下相鄰的彈簧4兩端。
[0022]彈性棒1的底部從基座2的各通孔穿過，且每根彈性棒1分別由下部的伺服電機滑臺單獨驅動。U型扣6通過U型雙頭螺栓固定在彈性棒1的頂部。[〇〇23] 彈性棒1為玻璃纖維棒或碳纖維棒或鋼絲。[〇〇24]彈簧4的內徑大于彈性棒1的內徑。
[0025]如圖1-3所示。U型扣6通過U型雙頭螺栓固定在彈性棒1的頂端;彈性棒1通過每個金屬節片3上均布的四個小孔和彈簧4中央穿出；上層彈簧4的下端和下層彈簧4的上端由一根從金屬節片3弧形槽穿過的扎帶5捆扎固定；四根彈性棒1末端從基座2的四個孔穿過，每一根彈性棒1分別由下部的伺服電機滑臺驅動。
[0026]金屬節片3為環形中空結構，彈性棒1從四周的小孔穿出，這種結構可以在柔性臂中央加入輸送裝置或手爪，以增加其使用功能。初始狀態下，底部驅動的伺服電機滑臺靜止，全柔性機械臂長度最長。當需要全柔性機械臂的末端達到指定點或全柔性機械臂需要被壓縮時，四個伺服電機滑臺運動，帶動彈性棒1向下運動，全柔性機械臂的鋁合金節3片間距變小，彈簧4壓縮，使得整體結構壓縮。
【主權項】
1.一種可變長彎曲全柔性機械臂結構，其特征在于:該結構包括彈性棒(1)、基座(2)、 金屬節片(3)、彈簧(4)、扎帶(5)、U型扣(6);彈性棒(1)、基座(2)、金屬節片(3)為該結構的柔性支撐部分，彈簧(4)為該結構的柔性 變形部分，扎帶(5)、U型扣(6)為該結構的緊固鎖緊部分；各金屬節片(3)為中空的圓形節片，各金屬節片(3)沿豎直方向布置，金屬節片(3)的圓 周上設有能夠穿過彈性棒1的安裝孔；各豎向布置的彈性棒(1)分別穿過金屬節片(3)上的安裝孔，相鄰金屬節片(3)上的彈 性棒(1)上外包有彈簧(4);金屬節片(3)上的安裝孔的內側設有弧形槽，相鄰的彈簧(4)之 間通過扎帶(5)連接固定;扎帶(5)穿過弧形槽，將上下相鄰的彈簧(4)兩端；彈性棒(1)的底部從基座(2)的各通孔穿過，且每根彈性棒(1)分別由下部的伺服電機 滑臺單獨驅動;U型扣(6)通過U型雙頭螺栓固定在彈性棒(1)的頂部。2.根據權利要求1所述的一種可變長彎曲全柔性機械臂結構，其特征在于:彈性棒(1) 為玻璃纖維棒或碳纖維棒或鋼絲。3.根據權利要求1所述的一種可變長彎曲全柔性機械臂結構，其特征在于:彈簧(4)的 內徑大于彈性棒(1)的內徑。4.根據權利要求1所述的一種可變長彎曲全柔性機械臂結構，其特征在于:U型扣(6)通 過U型雙頭螺栓固定在彈性棒1的頂端;彈性棒(1)通過每個金屬節片(3)上均布的四個小孔 和彈簧4中央穿出；上層彈簧(4)的下端和下層彈簧(4)的上端由一根從金屬節片3弧形槽穿 過的扎帶(5)捆扎固定；四根彈性棒1末端從基座(2)的四個孔穿過，每一根彈性棒(1)分別 由下部的伺服電機滑臺驅動；金屬節片(3)為環形中空結構，彈性棒(1)從四周的小孔穿出，這種結構可以在柔性臂 中央加入輸送裝置或手爪，以增加其使用功能；初始狀態下，底部驅動的伺服電機滑臺靜 止，全柔性機械臂長度最長；當需要全柔性機械臂的末端達到指定點或全柔性機械臂需要 被壓縮時，四個伺服電機滑臺運動，帶動彈性棒(1)向下運動，全柔性機械臂的鋁合金節(3) 片間距變小，彈簧(4)壓縮，使得整體結構壓縮。
【文檔編號】B25J9/06GK106002988SQ201610425595
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月15日
【發明人】高國華, 任晗, 王皓, 宋明陽, 李煉石, 董增雅
【申請人】北京工業大學