一种基于组合式梁片的机械臂制造技术

一种基于组合式梁片的机械臂，属于伸展臂技术领域，本发明专利技术为解决现有机械臂结构数量多、控制系统复杂、操作难度大、制备加工困难的问题。它包括：臂体和安装在臂体末端的末端执行器，臂体由阵列设置的三维结构单元构成，三维结构单元包括单向阵列堆叠的多个扭转结构单元和多个弯曲结构单元，末端执行器安装在最末端的弯曲结构单元上；扭转结构单元通过组合式梁片的形变能够产生扭转形变，弯曲结构单元通过组合式梁片的形变能够产生弯曲形变；通过控制扭转结构单元和弯曲结构单元中的至少一个产生形变，对末端执行器的空间位置进行调整。本发明专利技术用于伸展臂。本发明专利技术用于伸展臂。本发明专利技术用于伸展臂。

【技术实现步骤摘要】
一种基于组合式梁片的机械臂


[0001]本专利技术涉及一种机械臂，属于伸展臂


技术介绍

[0002]机械臂是一种高精度、多输入多输出、高度非线性、强耦合的复杂结构和系统，机械臂具有很高的操作灵活性，在航天器、工业装配、机器人等领域得到广泛应用。但机械臂存在如下问题：
[0003]1、末端姿态控制困难、控制系统复杂、操作难度大，对于不同的任务，需要规划机械臂关节空间的运动轨迹，从而级联构成末端位姿；
[0004]2、机械臂机构和关节数量多，难以加工制备。
[0005]3、在微纳尺度领域，机械臂的多机构复杂系统很难甚至无法通过3D打印手段制备，成为制约其推广使用的关键因素。

技术实现思路

[0006]本专利技术目的是为了解决现有机械臂结构数量多、控制系统复杂、操作难度大、制备加工困难的问题，提供了一种基于组合式梁片的机械臂。
[0007]本专利技术提出了一种基于组合式梁片的机械臂，它包括臂体和安装在臂体末端的末端执行器，所述臂体由阵列设置的三维结构单元构成，所述三维结构单元包括单向阵列堆叠的多个扭转结构单元和多个弯曲结构单元，末端执行器安装在最末端的弯曲结构单元上；
[0008]扭转结构单元通过组合式梁片的形变能够产生扭转形变，弯曲结构单元通过组合式梁片的形变能够产生弯曲形变；
[0009]通过控制扭转结构单元和弯曲结构单元中的至少一个产生形变，对末端执行器的空间位置进行调整。
[0010]优选的，所述组合式梁片包括两个第一梁片和两个第二梁片；
[0011]第一梁片和第二梁片收尾相接构成单层梁片，两个单层梁片贴合构成组合式梁片，且两层梁片中的第一梁片和第二梁片交错设置。
[0012]优选的，所述第一梁片和第二梁片采用两种不同热膨胀系数材料制成，通过不同的热激励信号产生不同的形变结构，使得组合式梁片产生形变；
[0013]所述第一梁片和第二梁片采用两种不同介电常数材料制成，通过不同的电激励信号产生不同的形变结构，使得组合式梁片产生形变；
[0014]所述第一梁片和第二梁片采用两种不同磁化强度材料制成，通过不同的磁激励信号产生不同的形变结构，使得组合式梁片产生形变；
[0015]进而控制扭转结构单元产生扭转形变、弯曲结构单元产生弯曲形变。
[0016]优选的，所述弯曲结构单元包括第一上柱体、第一下柱体和弯曲支撑梁；
[0017]第一上柱体和第一下柱体相对设置，且通过弯曲支撑梁进行连接；
[0018]所述弯曲支撑梁包括四个组合式梁片和连接杆；
[0019]第一个组合式梁片的一端通过连接杆安装在第一上柱体下端面的左侧，
[0020]第二个组合式梁片的一端通过连接杆安装在第一上柱体下端面的右侧，
[0021]第三个组合式梁片的一端通过连接杆安装在第一下柱体上端面的左侧，
[0022]第四个组合式梁片的一端通过连接杆安装在第一下柱体上端面的右侧，
[0023]第一个组合式梁片的另一端与第三个组合式梁片的另一端通过连接杆安装连接，
[0024]第二个组合式梁片的另一端与第四个组合式梁片的另一端通过连接杆安装连接，
[0025]四个组合式梁片在未发生形变时，与第一上柱体、第一下柱体均平行设置。
[0026]优选的，所述第一个组合式梁片和第二个组合式梁片为同向设置，所述第三个组合式梁片和第四个组合式梁片为同向设置，所述第一个组合式梁片和第三个组合式梁片为反向设置。
[0027]优选的，所述连接杆采用第一梁片或第二梁片相同的材料制成。
[0028]优选的，所述扭转结构单元包括第二上柱体、第二下柱体和扭转支撑梁；
[0029]第二上柱体和第二下柱体相对设置，且通过扭转支撑梁进行连接；
[0030]所述扭转支撑梁包括多个组合式梁片；
[0031]组合式梁片的一端与第二上柱体的下端面固定连接，组合式梁片的另一端与第二下柱体的上端面固定连接；
[0032]组合式梁片在未发生形变时，与第二上柱体、第二下柱体均垂直设置。
[0033]优选的，所述控制扭转结构单元和弯曲结构单元中的至少一个产生的形变包括：
[0034]通过控制扭转结构单元产生的扭转形变；
[0035]控制弯曲结构单元产生的弯曲形变；
[0036]同时控制扭转结构单元和弯曲结构单元产生的组合形变。
[0037]优选的，所述臂体的阵列设置方式包括：
[0038]单一方向堆叠相同的三维结构单元、单一方向堆叠不同的三维结构单元、多个方向堆叠相同的三维结构单元、多个方向堆叠不同的三维结构单元。
[0039]优选的，所述末端执行器包括相机、抓手和天线；
[0040]当末端执行器为相机时，通过臂体实现拍摄角度和拍摄位置的调整；
[0041]当末端执行器为抓手时，通过臂体实现太空捕捉的位置的调整；
[0042]当末端执行器为天线时，通过臂体实现接收信号和发射信号位置的调整。
[0043]本专利技术提出的一种基于组合式梁片的机械臂，存在如下优点：
[0044]1、采用两种不同热/电/磁性质的材料贴合制成双层组合式梁片，进一步构成扭转结构单元和弯曲结构单元，在热/电/磁激励下，扭转结构单元产生扭转形变，弯曲结构单元产生弯曲形变，进而使得臂体产生弯曲形变、组合形变或二者的组合形变，末端执行器的空间位置由于臂体产生的形变而发生改变，臂体形变具有幅度大、可逆性和易于控制的优点，通过控制外界热/电/磁激励的大小和施加位置，可以灵活的调整机械臂局部的形变模式和幅度，进而调控末端执行器的空间位置。
[0045]2、结构简单、易于加工制备、形变控制方式灵活。
[0046]3、微纳尺度的机械臂因不需要额外机构，而可以通过3D打印方式直接制备。
附图说明
[0047]图1是本专利技术所述一种基于组合式梁片的机械臂的结构示意图；
[0048]图2是本专利技术所述弯曲结构单元的结构示意图；
[0049]图3是本专利技术所述弯曲结构单元产生弯曲形变的示意图；
[0050]图4是本专利技术所述弯曲结构单元的四个组合式梁片的设置关系示意图；
[0051]图5是本专利技术所述扭转结构单元的结构示意图；
[0052]图6是本专利技术所述扭转结构单元产生扭转形变的示意图；
[0053]图7是本专利技术所述组合式梁片的结构示意图；
[0054]图8是本专利技术所述组合式梁片产生形变的示意图。
具体实施方式
[0055]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0056]需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于组合式梁片的机械臂，其特征在于，它包括臂体和安装在臂体末端的末端执行器(1)，所述臂体由阵列设置的三维结构单元构成，所述三维结构单元包括单向阵列堆叠的多个扭转结构单元(2)和多个弯曲结构单元(3)，末端执行器(1)安装在最末端的弯曲结构单元(3)上；扭转结构单元(2)通过组合式梁片(4)的形变能够产生扭转形变，弯曲结构单元(3)通过组合式梁片(4)的形变能够产生弯曲形变；通过控制扭转结构单元(2)和弯曲结构单元(3)中的至少一个产生形变，对末端执行器(1)的空间位置进行调整。2.根据权利要求1所述的一种基于组合式梁片的机械臂，其特征在于，所述组合式梁片(4)包括两个第一梁片(4
‑
1)和两个第二梁片(4
‑
2)；第一梁片(4
‑
1)和第二梁片(4
‑
2)收尾相接构成单层梁片，两个单层梁片贴合构成组合式梁片(4)，且两层梁片中的第一梁片(4
‑
1)和第二梁片(4
‑
2)交错设置。3.根据权利要求2所述的一种基于组合式梁片的机械臂，其特征在于，所述第一梁片(4
‑
1)和第二梁片(4
‑
2)采用两种不同热膨胀系数材料制成，通过不同的热激励信号产生不同的形变结构，使得组合式梁片(4)产生形变；所述第一梁片(4
‑
1)和第二梁片(4
‑
2)采用两种不同介电常数材料制成，通过不同的电激励信号产生不同的形变结构，使得组合式梁片(4)产生形变；所述第一梁片(4
‑
1)和第二梁片(4
‑
2)采用两种不同磁化强度材料制成，通过不同的磁激励信号产生不同的形变结构，使得组合式梁片(4)产生形变；进而控制扭转结构单元(2)产生扭转形变、弯曲结构单元(3)产生弯曲形变。4.根据权利要求3所述的一种基于组合式梁片的机械臂，其特征在于，所述弯曲结构单元(3)包括第一上柱体(3
‑
1)、第一下柱体(3
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2)和弯曲支撑梁；第一上柱体(3
‑
1)和第一下柱体(3
‑
2)相对设置，且通过弯曲支撑梁进行连接；所述弯曲支撑梁包括四个组合式梁片(4)和连接杆(5)；第一个组合式梁片(4)的一端通过连接杆(5)安装在第一上柱体(3
‑
1)下端面的左侧，第二个组合式梁片(4)的一端通过连接杆(5)安装在第一上柱体(3
‑
1)下端面的右侧，第三个组合式梁片(4)的一端通过连接杆(5)安装在第一下柱体(3
‑
2)上端面的左侧，第四个组合式梁片(4)的一端通过...

【专利技术属性】
技术研发人员：王长国，吉庆祥，王金良，王珂，张藻旭，刘远鹏，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：