【技术实现步骤摘要】
一种恶劣环境用紧凑型蛇形机械臂
[0001]本专利技术涉及一种机械臂，具体涉及一种恶劣环境用紧凑型蛇形机械臂。
技术介绍
[0002]蛇形机械臂的臂体具有蛇形结构，是一类超冗余自由度机械臂，目前国内外已有多家机构进行相关领域的研究，如OC Robotics公司研制的II
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X125型蛇形臂机器臂，特斯拉公司研制的电动汽车自动充电蛇形臂，新松公司研制的双闭环控制超冗余绳驱动机器人以及浙江大学研制的可检测关节姿态的绳驱动高冗余柔性机械臂。这类机械臂运动灵活，非常适合代替人类进入狭小非结构化作业环境进行检测任务，但当前该机械臂结构尚存在如下不足之处：
[0003]1)结构不够紧凑，不论是基座还是机械臂的臂体部分都有进一步紧凑化的空间。
[0004]2)防护要求考虑不足，欠缺对臂体部分少量电子元器件的防护措施。蛇形机械臂普遍采用驱动元件后置方式，所以机械臂的臂体只有少量电子元器件，这是适应恶劣环境的天然优势，但少量的电子元器件仍然需要做好防护。
[0005]事实上，众多使用场合都在进一步挑战蛇形机械臂紧凑化的极限，而且狭小空间往往伴随着恶劣的作业环境，如盾构刀盘密封舱，飞机油箱、空间站舱段、核电站等等。
技术实现思路
[0006]为了解决
技术介绍
中存在的问题，本专利技术的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种恶劣环境用紧凑型蛇形机械臂，该机械臂不仅结构轻型紧凑，能适应恶劣作业环境，同时可搭载丰富的自身状态检测装置与作业工具，适用于狭小非结构化的恶劣作业环境。>[0007]本专利技术采用的技术方案是：
[0008]本专利技术包括水平滑台、基座、中间机械臂、末端连杆组件，基座滑动嵌装在水平滑台上，中间机械臂的根端连接在基座上，中间机械臂的末端同轴安装有末端连杆组件；
[0009]所述的基座包括多个驱动组件、电机安装板、后面板和前面板，电机安装板、后面板和前面板沿根端到末端方向依次布置，电机安装板、后面板和前面板之间贯穿安装多个驱动组件，多个驱动组件沿圆周周向布置；
[0010]所述的驱动组件包括电机、联轴器、钢丝绳驱动块、丝杆和导轨，电机安装在电机安装板远离后面板的一侧面，联轴器安装在电机安装板和后面板之间，电机输出轴穿过电机安装板后经联轴器和丝杠的一端同轴连接，丝杠装在后面板和前面板之间，丝杠通过螺纹套装有钢丝绳驱动块，在钢丝绳驱动块靠近径向内侧的后面板和前面板之间通过导轨安装座固定装有平行于丝杠的导轨，钢丝绳驱动块滑动嵌装在导轨上并沿导轨移动，钢丝绳驱动块径向内端为一个钢丝绳扣，钢丝绳扣用于连接一根中间机械臂上的钢丝绳的一端；
[0011]所述的中间机械臂包括多根钢丝绳、多个钢丝绳座盘、多个支撑筒和多个万向节中空环，中间机械臂的外侧壁均圆周周向分布有多根钢丝绳，每根钢丝绳沿中间机械臂轴
向延伸布置；所有支撑筒沿机械臂臂长方向依次串联，除了中间机械臂根端的一个支撑筒直接与基座连接，其它支撑筒的端部均固定安装有钢丝绳座盘，相邻两个支撑筒端部的钢丝绳座盘之间通过一个万向节中空环形成铰接，末端连杆组件根端安装有钢丝绳座盘，末端连杆组件的钢丝绳座盘和中间机械臂末端的一个支撑筒的钢丝绳座盘之间通过一个万向节中空环形成铰接；每个钢丝绳座盘的外侧面沿圆周周向间隔均匀设有多个锡青铜套，每个锡青铜套中穿插或固定有一根钢丝绳；
[0012]所述的每个钢丝绳座盘的对称两侧分别设有一个轴瓦座，该两个对称的轴瓦座的轴向保持同轴布置，每个万向节中空环四个外侧面的中心均设有一个轴，每个轴上套有一个锡青铜轴瓦，一个支撑筒端部的钢丝绳座盘的两个轴瓦座活动套装在万向节中空环其中两个对称布置的锡青铜轴瓦上，另一个支撑筒端部钢丝绳座盘的两个轴瓦座活动套装在万向节中空环另外两个对称布置的锡青铜轴瓦上，使得相邻两个支撑筒的钢丝绳座盘两个轴瓦座的同轴方向相垂直；
[0013]所述的电机驱动丝杠绕自身旋转轴转动，带动钢丝绳驱动块在丝杠和导轨上移动，带动并调节钢丝绳的位置，进而控制中间机械臂和末端连杆组件转动至指定位置。
[0014]所述的末端连杆组件包括外筒、末端连杆面板、镜头玻璃、自动变焦相机和激光器，外筒的根端连接中间机械臂的末端，外筒的末端安装有末端连杆面板，外筒的内部安装有激光器和自动变焦相机，自动变焦相机通过末端连杆面板上的镜头玻璃观察外部待检测物体。
[0015]所述的基座还包括电机护罩、联轴器护罩、主护罩和基座底板，电机安装板、后面板和前面板安装在基座底板上，电机护罩安装在电机安装板上并罩住电机，联轴器护罩安装在电机安装板和后面板之间并罩住所有联轴器，主护罩安装在后面板和前面板之间并罩住后面板和前面板内部。
[0016]驱动组件的数量和钢丝绳的数量一致，且均为支撑筒数量的三倍，所述的每个支撑筒均经过三根钢丝绳和基座上各自对应的三个驱动组件连接，末端连杆组件也经三根钢丝绳和基座上对应的三个驱动组件连接，三根钢丝绳的另一端均同时连接至该支撑筒根端的钢丝绳座盘上，其中三根钢丝绳同时连接至末端连杆组件根端的钢丝绳座盘上。
[0017]所述的中间机械臂还包括多个角度传感器，每个角度传感器安装在各自对应的一个钢丝绳座盘上，中间机械臂的相邻两个支撑筒之间以及中间机械臂根端和末端连杆组件之间均为所述装置的关节，相邻的两个角度传感器分别检测关节位置处的两个自由度的角度姿态。
[0018]所述的中间机械臂和末端连杆组件外侧壁上套装有防护波纹管。
[0019]所述的末端连杆组件还包括气刀、两个补光灯和高压喷嘴接头，两个补光灯位于镜头玻璃的左右两侧，气刀和高压喷嘴接头分别位于镜头玻璃的上下两侧并安装在末端连杆面板外侧面。
[0020]所述的气刀的喷射口朝向镜头玻璃，气刀连接高压气管，气刀朝有污渍的镜头玻璃喷射高压气体；所述的高压喷嘴接头垂直于末端连杆面板朝外，高压喷嘴接头内端连接高压水管，外端连接高压喷嘴，高压喷嘴朝有污渍的外部待检测物体表面喷射高压水体。
[0021]所述的末端关节组件还包括密封航空插头、密封筒支座、密封筒、相机保持架和激光器座，密封筒位于外筒内，密封筒的一端连接末端连杆面板的内侧面，密封筒内安装有相
机保持架和激光器座，相机保持架内安装有自动变焦相机，激光器座内安装有激光器；密封筒的另一端连接密封筒支座的一侧面，密封筒支座的另一侧面上设有密封航空插头，自动变焦相机和激光器通过密封航空插头电连接外部电源。
[0022]所述的外筒边缘开设外筒法兰缺口Ⅰ和外筒法兰缺口Ⅲ，两个补光灯分别露出外筒法兰缺口Ⅰ和外筒法兰缺口Ⅲ，外筒边缘开设外筒法兰缺口Ⅱ，密封筒露出外筒法兰缺口Ⅱ；两个补光灯靠近密封筒的边缘均开设补光灯法兰缺口，密封筒靠近高压喷嘴接头的边缘开设密封筒法兰缺口。
[0023]本专利技术的有益效果是：
[0024]1)环境适应性高，在高温高压高湿狭小空间非结构化作业环境下仍能正常工作。
[0025]2)结构轻型紧凑，减轻了机械臂中各部件的重量，使得机械臂整体重量超过40kg(不包括水平滑台)，本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种恶劣环境用紧凑型蛇形机械臂，其特征在于：包括水平滑台(1)、基座(2)、中间机械臂(3)、末端连杆组件(4)，基座(2)滑动嵌装在水平滑台(1)上，中间机械臂(3)的根端连接在基座(2)上，中间机械臂(3)的末端同轴安装有末端连杆组件(4)；所述的基座(2)包括多个驱动组件、电机安装板(208)、后面板(209)和前面板(210)，电机安装板(208)、后面板(209)和前面板(210)沿根端到末端方向依次布置，电机安装板(208)、后面板(209)和前面板(210)之间贯穿安装多个驱动组件，多个驱动组件沿圆周周向布置；所述的驱动组件包括电机(202)、联轴器、钢丝绳驱动块(205)、丝杆(206)和导轨(211)，电机(202)安装在电机安装板(208)远离后面板(209)的一侧面，联轴器安装在电机安装板(208)和后面板(209)之间，电机(202)输出轴穿过电机安装板(208)后经联轴器和丝杠(206)的一端同轴连接，丝杠(206)装在后面板(209)和前面板(210)之间，丝杠(206)通过螺纹套装有钢丝绳驱动块(205)，在钢丝绳驱动块(205)靠近径向内侧的后面板(209)和前面板(210)之间通过导轨安装座(212)固定装有平行于丝杠(206)的导轨(211)，钢丝绳驱动块(205)滑动嵌装在导轨(211)上并沿导轨(211)移动，钢丝绳驱动块(205)径向内端为一个钢丝绳扣，钢丝绳扣用于连接一根中间机械臂(3)上的钢丝绳(301)的一端；所述的中间机械臂(3)包括多根钢丝绳(301)、多个钢丝绳座盘(303)、多个支撑筒(302)和多个万向节中空环(305)，中间机械臂(3)的外侧壁均圆周周向分布有多根钢丝绳(301)，每根钢丝绳(301)沿中间机械臂(3)轴向延伸布置；所有支撑筒(302)沿机械臂臂长方向依次串联，除了中间机械臂(3)根端的一个支撑筒(302)直接与基座(2)连接，其它支撑筒(302)的端部均固定安装有钢丝绳座盘(303)，相邻两个支撑筒(302)端部的钢丝绳座盘(303)之间通过一个万向节中空环(305)形成铰接，末端连杆组件(4)根端安装有钢丝绳座盘(303)，末端连杆组件(4)的钢丝绳座盘(303)和中间机械臂(3)末端的一个支撑筒(302)的钢丝绳座盘(303)之间通过一个万向节中空环(305)形成铰接；每个钢丝绳座盘(303)的外侧面沿圆周周向间隔均匀设有多个锡青铜套(306)，每个锡青铜套(306)中穿插或固定有一根钢丝绳(301)；所述的每个钢丝绳座盘(303)的对称两侧分别设有一个轴瓦座，该两个对称的轴瓦座的轴向保持同轴布置，每个万向节中空环(305)四个外侧面的中心均设有一个轴，每个轴上套有一个锡青铜轴瓦(307)，一个支撑筒(302)端部的钢丝绳座盘(303)的两个轴瓦座活动套装在万向节中空环(305)其中两个对称布置的锡青铜轴瓦(307)上，另一个支撑筒(302)端部钢丝绳座盘(303)的两个轴瓦座活动套装在万向节中空环(305)另外两个对称布置的锡青铜轴瓦(307)上，使得相邻两个支撑筒(302)的钢丝绳座盘(303)两个轴瓦座的同轴方向相垂直；所述的电机(202)驱动丝杠(206)绕自身旋转轴转动，带动钢丝绳驱动块(205)在丝杠(206)和导轨(211)上移动，带动并调节钢丝绳(301)的位置，进而控制中间机械臂(3)和末端连杆组件(4)转动至指定位置。2.根据权利要求1所述的一种恶劣环境用紧凑型蛇形机械臂，其特征在于：所述的末端连杆组件(4)包括外筒(401)、末端连杆面板(410)、镜头玻璃(411)、自动变焦相机和激光器，外筒(401)的根端连接中间机械臂(3)的末端，外筒(401)的末端安装有末
端连杆面板(410)，外筒(401)的内部安装有激光器和自动变焦相机，自动变焦相机通过末端连杆面板(410)上的镜头玻璃(411)观察外部待检测物体。3.根据权利要求1所述的一种恶劣环境用...
【专利技术属性】
技术研发人员：谢海波，徐贤统，王承震，王程，杨华勇，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
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