一种可变长弯曲全柔性机械臂结构制造技术

本发明专利技术公开一种可变长弯曲全柔性机械臂结构，该结构为一种由弹性棒控制姿态，可以伸缩并且可末端位置达到360°上任意一点的全柔性机械臂装置。本柔性机械臂装置由弹性棒，基座，弹簧，金属节片，扎带和U形扣组成。通过伺服电机滑台驱动四根弹性棒，从而实现该柔性机械臂的姿态控制与顶部自由端的位置控制。该结构稳定性可靠，功能完善，末端位置能够达到外包络面内的任意位置。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及控制末端位置及整体姿态的全柔性机械臂结构，尤其是一种可变长的全柔性机械臂结构。
技术介绍
柔性机械结构在国内外都曾被提出过，通常是为了适应复杂的工作环境和操作要求。传统的机械臂多采用刚性杆进行连接，运动过程中占用空间较大。全柔性机械臂的优势在于，不仅可以对末端位置进行操作，同时可以控制主体姿态，大大提高了工作的灵活性。本专利技术采用了弹性棒作为支撑结构，金属节片来限制弹性棒的中段姿态，同时，利用弹性棒外套上的弹簧来分隔开各个节片，提高了整体结构的稳定性并使得全柔性机械臂在收缩和舒张后各节片间的距离保持一定。
技术实现思路
本专利技术依据要解决的技术问题是提出一种可变长弯曲全柔性机械臂结构。传统的机械手臂采用刚性结构，由于刚性机械手臂通常由重型材料设计制造，无法避免的会出现负载-自重比低、能耗高、结构复杂、响应速度慢、定位精度低等诸多问题，而柔性机械手臂具有可实现高速操作的能力、较高的负载自重比、较低的能耗和较低的生产成本以及具有更大的工作空间等优点。由于全柔性机械臂的自由度高，其操作空间能够达到更广阔的区域，并节省设备占用空间。该结构稳定性可靠，功能完善，末端位置能够达到外包络面内的任意位置。为实现上述目的，主要机械难点解决方案如下：一般机械结构材料均采用金属材料作为框架，虽然刚性较强，但韧性却比较弱，本专利技术采用了弹性棒加金属节片为主体结构材料，大大提高了全柔性臂的韧性和灵活度；在每层金属节片间加入弹簧，保持了各节片间有一定距离，提高了稳定性并防止弹性棒与金属节片间卡死；本专利技术的具体技术方案：一种可变长弯曲全柔性机械臂结构，包括弹性棒1、基座2、金属节片3、弹簧4、扎带5、U型扣6。弹性棒1、基座2、金属节片3为该结构的柔性支撑部分，弹簧4为该结构的柔性变形部分，扎带5、U型扣6为该结构的紧固锁紧部分。各金属节片3为中空的圆形节片，各金属节片3沿竖直方向布置，金属节片3的圆周上设有能够穿过弹性棒1的安装孔。各竖向布置的弹性棒1分别穿过金属节片3上的安装孔，相邻金属节片3上的弹性棒1上外包有弹簧4；金属节片3上的安装孔的内侧设有弧形槽，相邻的弹簧4之间通过扎带5连接固定；扎带5穿过弧形槽，将上下相邻的弹簧4两端。弹性棒1的底部从基座2的各通孔穿过，且每根弹性棒1分别由下部的伺服电机滑台单独驱动。U型扣6通过U型双头螺栓固定在弹性棒1的顶部。弹性棒1为玻璃纤维棒或碳纤维棒或钢丝。弹簧4的内径大于弹性棒1的内径。U型扣通过U型双头螺栓固定在弹性棒的顶端；四根弹性棒通过
每个金属节片的均布的四个小孔和弹簧中央穿出；上层弹簧的下端和下层弹簧的上端由一根从金属节片弧形槽穿过的扎带捆扎固定；四根弹性棒末端从基座的四个孔穿过，每一根弹性棒分别由下部的伺服电机滑台驱动。附图说明图1是本专利技术整体结构图；图2是本专利技术连接结构图；图3是本专利技术伸缩过程示意图；图中：1、弹性棒，2、基座，3、金属节片，4、弹簧，5、扎带，6、U型扣。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步说明：如图1所示，一种可变长弯曲全柔性机械臂结构，包括弹性棒1、基座2、金属节片3、弹簧4、扎带5、U型扣6。弹性棒1、基座2、金属节片3为该结构的柔性支撑部分，弹簧4为该结构的柔性变形部分，扎带5、U型扣6为该结构的紧固锁紧部分。各金属节片3为中空的圆形节片，各金属节片3沿竖直方向布置，金属节片3的圆周上设有能够穿过弹性棒1的安装孔。各竖向布置的弹性棒1分别穿过金属节片3上的安装孔，相邻金属节片3上的弹性棒1上外包有弹簧4；金属节片3上的安装孔的内侧设有弧形槽，相邻的弹簧4之间通过扎带5连接固定；扎带5穿过弧形槽，
将上下相邻的弹簧4两端。弹性棒1的底部从基座2的各通孔穿过，且每根弹性棒1分别由下部的伺服电机滑台单独驱动。U型扣6通过U型双头螺栓固定在弹性棒1的顶部。弹性棒1为玻璃纤维棒或碳纤维棒或钢丝。弹簧4的内径大于弹性棒1的内径。如图1-3所示。U型扣6通过U型双头螺栓固定在弹性棒1的顶端；弹性棒1通过每个金属节片3上均布的四个小孔和弹簧4中央穿出；上层弹簧4的下端和下层弹簧4的上端由一根从金属节片3弧形槽穿过的扎带5捆扎固定；四根弹性棒1末端从基座2的四个孔穿过，每一根弹性棒1分别由下部的伺服电机滑台驱动。金属节片3为环形中空结构，弹性棒1从四周的小孔穿出，这种结构可以在柔性臂中央加入输送装置或手爪，以增加其使用功能。初始状态下，底部驱动的伺服电机滑台静止，全柔性机械臂长度最长。当需要全柔性机械臂的末端达到指定点或全柔性机械臂需要被压缩时，四个伺服电机滑台运动，带动弹性棒1向下运动，全柔性机械臂的铝合金节3片间距变小，弹簧4压缩，使得整体结构压缩。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可变长弯曲全柔性机械臂结构，其特征在于：该结构包括弹性棒(1)、基座(2)、金属节片(3)、弹簧(4)、扎带(5)、U型扣(6)；弹性棒(1)、基座(2)、金属节片(3)为该结构的柔性支撑部分，弹簧(4)为该结构的柔性变形部分，扎带(5)、U型扣(6)为该结构的紧固锁紧部分；各金属节片(3)为中空的圆形节片，各金属节片(3)沿竖直方向布置，金属节片(3)的圆周上设有能够穿过弹性棒1的安装孔；各竖向布置的弹性棒(1)分别穿过金属节片(3)上的安装孔，相邻金属节片(3)上的弹性棒(1)上外包有弹簧(4)；金属节片(3)上的安装孔的内侧设有弧形槽，相邻的弹簧(4)之间通过扎带(5)连接固定；扎带(5)穿过弧形槽，将上下相邻的弹簧(4)两端；弹性棒(1)的底部从基座(2)的各通孔穿过，且每根弹性棒(1)分别由下部的伺服电机滑台单独驱动；U型扣(6)通过U型双头螺栓固定在弹性棒(1)的顶部。

【技术特征摘要】
1.一种可变长弯曲全柔性机械臂结构，其特征在于：该结构包括弹性棒(1)、基座(2)、金属节片(3)、弹簧(4)、扎带(5)、U型扣(6)；弹性棒(1)、基座(2)、金属节片(3)为该结构的柔性支撑部分，弹簧(4)为该结构的柔性变形部分，扎带(5)、U型扣(6)为该结构的紧固锁紧部分；各金属节片(3)为中空的圆形节片，各金属节片(3)沿竖直方向布置，金属节片(3)的圆周上设有能够穿过弹性棒1的安装孔；各竖向布置的弹性棒(1)分别穿过金属节片(3)上的安装孔，相邻金属节片(3)上的弹性棒(1)上外包有弹簧(4)；金属节片(3)上的安装孔的内侧设有弧形槽，相邻的弹簧(4)之间通过扎带(5)连接固定；扎带(5)穿过弧形槽，将上下相邻的弹簧(4)两端；弹性棒(1)的底部从基座(2)的各通孔穿过，且每根弹性棒(1)分别由下部的伺服电机滑台单独驱动；U型扣(6)通过U型双头螺栓固定在弹性棒(1)的顶部。2.根据权利要求1所述的一种可变长弯曲全柔性机械臂结构，其特征在于：弹性棒(1)为...

【专利技术属性】
技术研发人员：高国华，任晗，王皓，宋明阳，李炼石，董增雅，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11