一种伸缩式机械臂制造技术

一种伸缩式机械臂为一种机械臂。该机械臂包括伸缩链条、同步带、末端器、支撑转台、支撑嘴、蜗杆及电机，伸缩链条由一系列相互铰接的链节组成，且伸缩链条具有弯曲单向性；同步带位于伸缩链条的上部，同步带的首端固定于链首，同步带与链节上部的齿形沟槽啮合，促使两相邻链节紧密接触，伸出的链节依次形成长度可变的机械臂。各链节下部具有蜗轮齿，蜗轮齿与蜗杆啮合，紧密接触的链节下部形成连续的蜗轮齿廓，通过电机驱动蜗杆转动，实现机械臂沿蜗杆轴向伸出或收回。同步带和伸缩链条经刮板强制分离后存储在竖直的圆筒内，机械臂能够随支撑转台绕圆筒中心线在水平面内旋转。本发明专利技术解决了机械臂在约束空间中长距离伸缩的难题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种机械臂，具体说，涉及一种伸缩式机械臂。
技术介绍
机械臂是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器装置，它能自动执行工作，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器设备。工业机器人等机械臂在自动化生产线中广泛应用，机械臂一般由多个转动关节组成，关节处容易夹持物品等，工业类机械臂难以应用在与人共融的服务机器人领域。服务于人类的机器手臂需满足安全性高、占用空间小、操作空间大的要求，本专利技术的伸缩式机械臂占用空间小、伸缩距离大，并且不存在转动关节，在人类周围工作时安全性高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种截面小、伸缩距离长的伸缩式机械臂，以解决上述问题。一种伸缩式机械臂，其特征在于，包括伸缩链条、同步带、末端器、支撑转台、支撑嘴、蜗杆及电机，伸缩链条由一系列链节组成；同步带位于伸缩链条的上部，同步带的首端固定于链首，同步带与链节上部的齿形沟槽啮合，促使两相邻链节紧密接触，伸出的链节依次形成长度可变的机械臂。链节的两端面平行且垂直于底面，链节的顶面均匀分布有齿形沟槽，链节的底面均匀分布有蜗轮齿；支撑嘴包括刮板、支撑壳板、压紧轮、支撑轮和导向板，导向板上方设有刮板，同步带和伸缩链条经支撑嘴伸出，支撑轮支撑伸出的伸缩链条和末端器，压紧轮强制同步带与链节的齿形沟槽配合，且确保同步带与链节之间不产生相对位移。在支撑嘴处的链节呈直线排列，链节底面的蜗轮齿组成连续的蜗轮齿组，蜗轮齿组与蜗杆啮合，电机经一级齿轮连接蜗杆。进一步，伸缩链条由一系列规格相同的链节交替铰接而成，在链节的下部含有两个通孔，销轴穿过通孔将所有链节连接为一体；链节采用中空结构。进一步，末端器安装在机械臂末端，末端器与链首连接并相对固定，末端器含有两个转动关节和抓手。进一步，机械臂安装在支撑转台上，能够支撑绕转台的轴线旋转。电机经一级齿轮减速将动力传递至蜗杆，蜗杆驱动伸缩链条沿蜗杆轴线方向伸出和收回；当蜗杆驱动伸缩链条沿蜗杆轴向收回时，刮板强制将同步带和伸缩链条剥离，机械臂中的链节由端面彼此紧密接触状态变换为彼此自由状态，伸缩链条能够向下弯曲；在重力和蜗杆驱动力的作用下，彼此分离的同步带和伸缩链条向下运动。进一步，伸缩链条由一系列规格相同的链节交替铰接而成，在链节的下部含有两个通孔，销轴穿过通孔将所有链节连接为一体；链节的两端面平行且垂直于底面，链节的顶面均匀分布有齿形沟槽，链节的底面均匀分布有蜗轮齿。进一步，支撑嘴包含三个压紧轮和两个支撑轮，同步带和伸缩链条经支撑嘴伸出，支撑轮支撑伸出的伸缩链条和末端器，压紧轮强制同步带与链节的齿形沟槽配合，且确保同步带与链节之间不产生相对位移。进一步，同步带与伸出的链节啮合后，相邻两链节顶部被同步带拉紧，伸出的相邻两链节保持紧密接触，因此，紧密接触的链节形成具有一定刚度的机械臂，机械臂由支撑嘴的压紧轮和支撑轮共同支撑。进一步，末端器安装机械臂末端，末端器与伸缩链连接并相对固定，末端器含有两个转动关节和抓手。进一步，在支撑嘴处的链节呈直线排列，链节底面的蜗轮齿组成连续的蜗轮齿组，蜗轮齿组与蜗杆啮合，电机经一级齿轮减速将动力传递至蜗杆，蜗杆驱动伸缩链条沿蜗杆轴线方向伸出和收回。进一步，当蜗杆驱动伸缩链条沿蜗杆轴向收回时，刮板强制将同步带和伸缩链条剥离，机械臂中的链节由端面彼此紧密接触状态变换为彼此自由状态，伸缩链条能够向下弯曲。与现有技术相比本专利技术的有益效果是：该伸缩式机械臂具有缩回占用空间小、安全性高、伸缩距离长的优点，且伸缩链条所形成的机械臂截面小；采用蜗轮蜗杆传动方式，机械臂伸出和收回运动速度平稳。同时，所形成的机械臂能够承受任意方向的作用力，适用于伸缩式服务机器人领域。附图说明图1是本专利技术一种伸缩式机械臂的轴侧视图；图2是本专利技术一种伸缩式机械臂的剖视图；图3是本专利技术一种伸缩式机械臂的最大伸展状态；图4是本专利技术的同步带和伸缩链条的轴侧视图；图5是本专利技术的蜗轮蜗杆驱动示意图。具体实施方式下面结合附图所示的各实施方式对本专利技术进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本专利技术的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本专利技术的保护范围之内。参图1至图5所示，图1是本专利技术一种伸缩式机械臂的轴侧视图，图2是本专利技术一种伸缩式机械臂的剖视图，图3是本专利技术一种伸缩式机械臂的最大伸展状态，图4是本专利技术的同步带和伸缩链条的轴侧视图，图5是本专利技术的蜗轮蜗杆驱动示意图本实施例提供了一种伸缩式机械臂，该该机械臂包括伸缩链条100、同步带2、末端器4、支撑转台6、支撑嘴、蜗杆16及电机19，所述伸缩链条100由一系列链节1组成；所述同步带2位于所述伸缩链条的上部，所述同步带2的首端固定于链首3，所述同步带2与所述链节1上部的齿形沟槽啮合，促使两相邻链节紧密接触，伸出的所述链节1依次形成长度可变的机械臂21。在本实施例中，参图2和图4所示，所述伸缩链条100由一系列规格相同的所述链节1交替铰接而成，在所述链节1的下部含有两个通孔，销轴11穿过通孔将所有所述链节1连接为一体，所述伸缩链条100的所述链节1彼此在一定范围内可相互转动。所述链节1的两端面平行且垂直于底面，所述链节1的顶面均匀分布有齿形沟槽，所述链节1的底面均匀分布有蜗轮齿，所述链节1采用中空结构，以减轻所述伸缩链条100及所述机械臂21的重量。在本实施例中，本专利技术的支撑嘴包括支撑壳板5、压紧轮8、支撑轮9和导向板10，所述压紧轮8和所述支撑轮9安装在所述支撑壳板5上，三个所述压紧轮8共同压紧所述同步带2和所述伸缩链条100，两个支撑轮9共同支撑所述伸缩链条100。当所述同步带2和所述伸缩链条100经支撑嘴伸出时，所述支撑轮9支撑伸出的伸缩链条和所述末端器4，所述压紧轮8强制所述同步带2与所述链节1的齿形沟槽配合，且确保所述同步带2与所述链节1之间不产生相对位移。所述导向板10用于对所述伸缩链条100导向，便于所述伸缩链条100平稳进入支撑嘴。在本实施例中，所述同步带2与伸出的所述链节1啮合后，相邻两链节顶部被所述同步带2拉紧，伸出的相邻两链节保持紧密接触且具有较强的刚度，因此，伸出的所述链节1形成具有一定刚度的所述机械臂21。所述机械臂21的截面形态由所述链节1决定，所述机械臂21水平伸出后呈直线形态，且所述机械臂21的长度可任意变化。所述压紧轮8和所述支撑轮9共同支撑所述机械臂21，在所述伸缩链条100伸出过程中，所述机械臂21与支撑嘴之间为滚动摩擦，从材料力学角度看，所述机械臂21为悬臂梁结构。图5为所述机械臂21的最大伸展状态，所述伸缩链条100的所有所述链节1彼此保持近似刚性链节，所述同步带2位于所述机械臂21的上部，所述同步带2一端固定在所述链首3，另一端被所述压紧轮8压紧，所述同步带2拉紧所有所述链节1，以保持所述机械臂21具有足够的刚度。在本实施例中，所述末端器4安装所述机械臂21末端，所述末端器4与链首2连接并相对固定，所述链首2与所述机械臂21最前端的所述链节1连接并固定。所述末端器4包含一级关节12、二级关节13和抓手14，三者呈串联分布，所述抓手14能够在局部球面内任意位置可达，辅助所述机械臂21完成精细操作。在本实施例中，参图1和图2所示，所述机械臂21、所述支撑壳板5本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种伸缩式机械臂，其特征在于，包括伸缩链条、同步带、末端器、支撑转台、支撑嘴、蜗杆及电机，伸缩链条由一系列链节组成；同步带位于伸缩链条的上部，同步带的首端固定于链首，同步带与链节上部的齿形沟槽啮合，促使两相邻链节紧密接触，伸出的链节依次形成长度可变的机械臂；链节的两端面平行且垂直于底面，链节的顶面均匀分布有齿形沟槽，链节的底面均匀分布有蜗轮齿；支撑嘴包括刮板、支撑壳板、压紧轮、支撑轮和导向板，导向板上方设有刮板，同步带和伸缩链条经支撑嘴伸出，支撑轮支撑伸出的伸缩链条和末端器，压紧轮强制同步带与链节的齿形沟槽配合，且确保同步带与链节之间不产生相对位移；在支撑嘴处的链节呈直线排列，链节底面的蜗轮齿组成连续的蜗轮齿组，蜗轮齿组与蜗杆啮合，电机经一级齿轮连接蜗杆。

【技术特征摘要】
1.一种伸缩式机械臂，其特征在于，包括伸缩链条、同步带、末端器、支撑转台、支撑嘴、蜗杆及电机，伸缩链条由一系列链节组成；同步带位于伸缩链条的上部，同步带的首端固定于链首，同步带与链节上部的齿形沟槽啮合，促使两相邻链节紧密接触，伸出的链节依次形成长度可变的机械臂；链节的两端面平行且垂直于底面，链节的顶面均匀分布有齿形沟槽，链节的底面均匀分布有蜗轮齿；支撑嘴包括刮板、支撑壳板、压紧轮、支撑轮和导向板，导向板上方设有刮板，同步带和伸缩链条经支撑嘴伸出，支撑轮支撑伸出的伸缩链条和末端器，压紧轮强制同步带与链节的齿形沟槽配合，且确保同步带与链节之间不产生相对位移；在支撑嘴处的链节呈直线排列，链节底面的蜗轮齿组成连续的蜗轮齿组，蜗轮齿组与蜗杆啮合，电机经一级齿轮连接蜗杆。2.根据权利要求1所述的一种伸缩式机械臂，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张雷雨，李剑锋，赵霞，高亚楠，刘钧辉，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11