多关节挠性机械手臂制造技术

本发明专利技术提供一种多关节挠性机械手臂，包括：驱动部，驱动部驱动多个推杆做往复直线运动；转动关节，转动关节包括正交交错连接的纵向转动关节和横向转动关节，纵向转动关节的枢轴与横向转动关节的枢轴垂直，纵向转动关节、横向转动关节能够绕各自的枢轴旋转以及停止；拉线，多根拉线从转动关节的四周依次穿过每个转动关节，每根拉线都单独与其对应的推杆连接，拉线的另一端穿出最前端的转动关节并固定；制动器，每个转动关节上都安装有制动器；结合制动器，利用推杆的往复直线运动收紧或放松拉线，从而控制转动关节的转动。取消了关节电机，降低了关节结构复杂性和电能消耗；设置推杆伸缩检测装置，可代替手臂所有关节检测装置，降低成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及机器人领域，具体地说，涉及一种多关节挠性机械手臂。
技术介绍
机械手臂为工业最为常用的机器人之一，随着工业水平以及要求不断提高，对于机械手臂机器人的要求也随着提高，自由度多的机器人具有灵活性，进而提升应用范围和工作空间，远程处理能力，能够进入狭小曲路空间进行探伤，同时具备避障能力，这是常规机器人不易达到的。另外，不需要拆装箱体，通过窥视孔进入其内部检查机器运行情况或关键件清洗、维护等动作，曲线型管道连接处密封、检测、微创技术。蛇形多关节挠性手臂通常安装在移动小车或者自动线上进行作业，在其末端装配着各种工具，例如：相机、探照灯、切割装置以及刷子，可执行密封性检查，并在飞机舱内有限空间中进行伸缩钻探式安检。目前的机械手臂多数是采用关节电机来驱动各个关节的运动，因此，每个关节都需要一个关节电机，其安装结构复杂，故障率高；并且，多电机协同控制也是极其复杂。对于以上问题，目前还未有较好的解决方案。
技术实现思路
本专利技术提供了一种多关节挠性机械手臂，以至少解决现有技术中多电机协同控制机械手臂具有安装结构复杂、耗能大、控制系统复杂等问题。根据本专利技术的一个方面，提供一种多关节挠性机械手臂，所述多关节挠性机械手臂包括：驱动部，所述驱动部驱动多个推杆做往复直线运动；转动关节，所述转动关节包括正交交错连接的纵向转动关节和横向转动关节，纵向转动关节的枢轴与横向转动关节的枢轴垂直，并且，纵向转动关节、横向转动关节能够绕各自的枢轴旋转以及停止；拉线，多根拉线从转动关节的四周依次穿过每个转动关节，并且，每根拉线都单独与其对应的推杆连接，拉线的另一端穿出最前端的转动关节并固定；制动器，每个转动关节上都安装有制动器；其中，结合制动器的功用，利用推杆的往复直线运动收紧或放松拉线，从而控制转动关节的转动。优选地，所述制动器是电磁失电式制动器。优选地，同一控制时刻，纵向转动关节或者横向转动关节中都至多仅有一个转动。优选地，在最前端的转动关节上安装有环境感知传感器。优选地，所述推杆上还设置有位置传感器。优选地，所述推杆上设置有检测推杆的电机转数的编码器。根据本专利技术的另一个方面，提供一种多关节挠性机械手臂用制动器，应用于以上所述的多关节挠性机械手臂上，所述制动器包括：定环，所述定环与转动关节同轴地固定连接，定环的两个端面为齿面；动环，两个动环通过花键与枢轴可滑动地连接在所述定环的两端，动环靠近定环的端面也为齿面，在所述动环的轴向外侧具有多个弹簧挤压动环与定环齿面啮合；电磁线圈，所述电磁线圈设置在动环的轴向外侧；其中，当电磁线圈得电时，吸引动环滑动到与定环分离的状态，转动关节处于非制动状态，当电磁线圈失电时，动环在弹簧力的作用下滑动到与定环齿面啮合的状态，转动关节处于制动状态。优选地，采用预紧螺钉调节弹簧的压缩量，从而调整动环和定环的预紧程度。根据本专利技术的再一个方面，提供一种多关节挠性机械手臂的操作方法，利用以上所述的多关节挠性机械手臂进行以下操作：制动所有转动关节，然后，解除待转动的转动关节的制动；利用推杆控制在转动平面内的两根拉线，使未制动的转动关节旋转；当转动关节转到所需角度后，制动该转动关节；依次控制纵向和/或横向的各个转动关节转动，即可完成多关节挠性机械手臂的空间动作。优选地，利用推杆上的位置传感器检测推杆的伸缩量，从而控制转动关节的转角。本专利技术设计的多关节挠性机械手臂采用推杆带动拉线，结合制动器来驱动各关节转动，并且在推杆上设置位置传感器来感知推杆的位移量，来精确控制各关节的转角。较传统工业机器人比，具有模块化设计单一性，结构紧凑、互换性好，降低了制造和维护成本；自由度多灵活性强，提升应用范围和工作空间，通过改变自身的关节角度变化达到最佳姿态适应不同工作任务和周围的环境的变化。诸如能够完成机舱、车厢、曲线管道等非结构狭小空间进行检测任务，这是常规机器人不易达到的；在手臂末端装备环境感知传感器，利用自身记忆功能完成避障，如果更换末端执行件，能对飞机内腔的涂胶、排屑、多余物取出等；此外，在未知、危险、等环境下进行远程操控作业具备更大的优势。采用拉线式多关节手臂能够提高刚度性。附图说明通过结合下面附图对其实施例进行描述，本专利技术的上述特征和技术优点将会变得更加清楚和容易理解。图1是表示本专利技术实施例涉及的多关节挠性机械手臂的立体示意图；图2是表示本专利技术实施例涉及的驱动部的立体示意图；图3是表示本专利技术实施例涉及的转动关节的立体示意图；图4是表示本专利技术实施例涉及的转动关节的剖面图；图5是表示本专利技术实施例涉及的多关节挠性机械手臂的动作示意图。具体实施方式下面将参考附图来描述本专利技术所述的多关节挠性机械手臂的实施例。本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本专利技术的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式或其组合对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。此外，在本说明书中，附图未按比例画出，并且相同的附图标记表示相同的部分。多关节机械手臂多数是采用关节电机来驱动各个关节的运动，因此，每个关节都需要一个关节电机，其安装结构复杂，并且消耗的电能大。而本专利技术是提供一种能够使用电动推杆驱动的机械手臂，其动力源集中布置，且数量少，可带动整个机械手臂完成空间运动。图1是本专利技术的实施例涉及的多关节挠性机械手臂的立体示意图。该机械手臂是安装在小车或自动化生产线上的，实现整个手臂前进移动和后退，到达指定工作范围。机械手臂的纵横关节提供转动，变换成最佳姿态，在前进方向进行避障，进而进入非结构性的狭小空间。其运动模式类似于象鼻，机械手臂后端安装在小车上，而机械手臂则可以像象鼻一样做空间动作。小车类似于大象的腿部，而电动推杆则类似于大象的头部，驱动机械手臂摆动。图1所示为正交交错连接的纵向转动关节2和横向转动关节3。在本实施例中，设定从驱动部沿着依次连接延伸的转动关节的方向为前端，与前端相反的为后端。纵向转动关节2通过关节底座4和后端的横向转动关节3连接，并通过另一关节底座4和其前端的横向转动关节3连接。关节底座4为平板状，具体地说，是外圆内方孔的平板状，关节控制电线从内方孔中通过。转动关节和关节底座4可以通过螺栓连接。所述纵向转动关节2能够绕其纵向枢轴21旋转及被制动，所述横向转动关节3能够绕其横向枢轴31旋转及被制动。关于制动器的结构在后面会描述。本实施例是以4根拉线为例，但可以使用更多的拉线，例如8根、12根等。根数越多其功率越大，转动力矩也越大。相应地，在关节底座4上，加工有和拉线数量对应的拉线孔。4个拉线孔沿关节底座的周向均匀布置，并且，对称设置的拉线孔的圆心连线分别与枢轴的轴线平行。从4个拉线孔分别穿入4根拉线，依次穿过对应的拉线孔，直到拉线将这些纵向转动关节和横向转动关节串在一起。通过以上结构连接，组成了机械手臂的动作部分，还需要驱动部来驱动拉线，即可驱动机械手臂动作。拉线穿过所有的纵向转动关节和横向转动关节后，本实施例采用12个纵向转动关节，11个横向转动关节，使得手臂可以做S形弯曲，也就能够完成多数复杂动作了。拉线的后端通过连接头12和推杆11连接，而驱动部1的输出端和推杆11连接，为推杆11提供动力，使得推杆11能够做往复直线运动。在推杆11的前端设置有电路板14、定位环13，定位环本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多关节挠性机械手臂，所述多关节挠性机械手臂包括：驱动部，所述驱动部驱动多个推杆做往复直线运动；转动关节，所述转动关节包括正交交错连接的纵向转动关节和横向转动关节，纵向转动关节的枢轴与横向转动关节的枢轴垂直，并且，纵向转动关节、横向转动关节能够绕各自的枢轴旋转以及停止；拉线，多根拉线从转动关节的四周依次穿过每个转动关节，并且，每根拉线都单独与其对应的推杆连接，拉线的另一端穿出最前端的转动关节并固定；制动器，每个转动关节上都安装有制动器；其中，结合制动器的功用，利用推杆的往复直线运动收紧或放松拉线，从而控制转动关节的转动。

【技术特征摘要】
1.一种多关节挠性机械手臂，所述多关节挠性机械手臂包括：驱动部，所述驱动部驱动多个推杆做往复直线运动；转动关节，所述转动关节包括正交交错连接的纵向转动关节和横向转动关节，纵向转动关节的枢轴与横向转动关节的枢轴垂直，并且，纵向转动关节、横向转动关节能够绕各自的枢轴旋转以及停止；拉线，多根拉线从转动关节的四周依次穿过每个转动关节，并且，每根拉线都单独与其对应的推杆连接，拉线的另一端穿出最前端的转动关节并固定；制动器，每个转动关节上都安装有制动器；其中，结合制动器的功用，利用推杆的往复直线运动收紧或放松拉线，从而控制转动关节的转动。2.根据权利要求1所述的多关节挠性机械手臂，其中，所述制动器是电磁失电式制动器。3.根据权利要求1所述的多关节挠性机械手臂，其中，同一控制时刻，纵向转动关节或者横向转动关节中都至多仅有一个转动。4.根据权利要求1所述的多关节挠性机械手臂，其中，在最前端的转动关节上安装有环境感知传感器。5.根据权利要求1所述的多关节挠性机械手臂，其中，所述推杆上还设置有位置传感器。6.根据权利要求1所述的多关节挠性机械手臂，其中，所述推杆上设置有检测推杆的电机转数的编码器。7.一种多关节挠性机械手臂用制动器，应用于...

【专利技术属性】
技术研发人员：焦海坤，孟宪宇，贾冰，曹国华，吕琼莹，
申请(专利权)人：长春理工大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22