一种狭窄环境下宽度可变操作运动一体模块机械臂制造技术

本发明专利技术公开了一种狭窄环境下宽度可变运动操作一体模块机械臂，此机械臂以模块化为基础，多个可变宽度模块与关节模块组合而成。在关节模块中驱动电机带动每个可变宽度模块进行两个方向的摆动，从而使机械臂向任意方向弯曲以完成各个场景下的作业。本发明专利技术在各个可变宽度模块上具有柔性伸缩机构且多节联动，快速实现机身宽度的变化，同时具有附加运动模块，通过凸轮连杆机构使尖端末端按照既定曲线运动。各个可变宽度模块采用传动轴传动实现可变宽度功能与附加运动功能实现联动，控制简单重量轻，相对传统机械臂，可以在必要场景下使机械臂独立运动到指定位置进行作业无需人为搬运，机身采用特殊机构设计，在轻量化的同时保证结构强度，提高稳定性。提高稳定性。提高稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种狭窄环境下宽度可变操作运动一体模块机械臂


[0001]本专利技术属于机器人领域，是一种狭窄环境下机身宽度可变操作运动一体模块机械臂，具体来说，机械臂以模块化设计为基础，可自由改变机身宽度及长度以适应不同的狭窄环境下操作的要求，同时通过在每个模块的机身上附加腿部结构以增加运动功能，使得其可以脱离底座独立运动到指定位置进行作业。

技术介绍

[0002]随着机械臂应用场景的多元化，其任务难度也在不断提升，对于机械臂功能上的要求也不断增多，同时机械臂代替人在各种更为恶劣或极端环境下完成复杂作业的需求也日益增高。为此，设计出具有更好复杂环境适应性的特种机械臂，是机械臂领域研究的重点和难点。在许多特殊应用场景下，机械臂的底座不便安装，从而导致无法发挥机械臂的优势，因此提升机械臂的独立运动能力和灵活性显得尤为重要。
[0003]对于现有的机械臂的设计，申请号为CN202121744443.3的专利技术专利《一种仿生机械臂》，相对于传统机械臂主体组件质量小、机构简单，但是底座设计复杂，占地面积大，不易安装与移动，运动能力较低。此外，申请号为CN201810275023.1的专利技术专利《模块化仿生机械臂及其工作方法》，采用模块化设计思想，机构设计简单、合理，但是机械臂主体尺寸固定，作业范围受限，难以在狭窄不规则的环境下作业。
[0004]针对上述设计中存在的问题，我们设计了一种狭窄环境下宽度可变操作运动一体模块机械臂，其由多模块组成，相邻模块之间可实现左右相对摆动和上下相对摆动。同时，通过一个驱动装置可实现多模块宽度的同时改变，使其能够在狭窄环境下完成操作任务。在此基础上，利用各模块的附加腿部机构，可实现自由移动，大幅扩大机械臂的操作能力。

技术实现思路

[0005]本专利技术设计了一种狭窄环境下宽度可变操作运动一体模块机械臂，其特征在于：由多个可自由摆动和收展的模块构成。每个模块由变宽度模块(1)，附加运动机构(2)，摆动关节(3)组成。
[0006]在变宽度模块中，支架(1
‑
11)与碳纤维顶板(1
‑
10)固连，法兰轴承1(1
‑
8)与碳纤维顶板(1
‑
10)固连，凸轮副轴(1
‑
1)可在法兰轴承1(1
‑
8)中转动，固定环1(1
‑
7)与固定环2(1
‑
9)使凸轮副轴(1
‑
1)轴向固定在法兰轴承1(1
‑
8)中。主动件为伞齿轮2(1
‑
13)转动带动伞齿轮1(1
‑
12)，伞齿轮1(1
‑
12)与凸轮副轴(1
‑
1)固连并带动凸轮副轴(1
‑
1)旋转。柔性梁架(1
‑
2)与支架(1
‑
11)固连，柔性梁(1
‑
3)一端与柔性梁架(1
‑
2)固连，一端与柔性梁滑块(1
‑
6)固连。轴承盖板(1
‑
4)分别与柔性梁滑块(1
‑
6)与滑块轴承(1
‑
5)固连。收窄时，凸轮副轴(1
‑
1)旋转通过绳子牵引滑块轴承(1
‑
5)带动柔性梁滑块(1
‑
6)向内引动，从而使柔性梁(1
‑
3)变形，当运动到一定距离时，柔性梁(1
‑
3)变形力将两侧附加运动模块(2)迅速拉回完成收窄。伸展时，凸轮副轴(1
‑
1)旋转推动滑块轴承(1
‑
5)带动柔性梁滑块(1
‑
6)移动。从而使从而使柔性梁(1
‑
3)变形，当运动到一定距离时，柔性梁(1
‑
3)变形力将两侧附加运动模
块(2)迅速弹出完成伸展，相对传统齿轮齿条等直线运动机构，反应迅速，重量更轻。
[0007]在附加运动机构中，法兰轴承2(2
‑
11)与外凸轮支架(2
‑
2)固连，摆动转轴(2
‑
10)穿到两侧法兰轴承(2
‑
11)中并可转动并与摆动滑轨(2
‑
4)固连，摆动滑块(2
‑
5)与运动滑块(2
‑
6)固连并可沿摆动滑轨(2
‑
4)滑动。凸轮随动器(2
‑
14)与滑槽轴承(2
‑
15)与运动滑块(2
‑
6)固连。腿部转动轴(2
‑
13)与转动滑槽(2
‑
3)固连，花键轴承(2
‑
12)与腿部转动轴(2
‑
13)固连并可旋转。主动件为斜齿轮1(2
‑
7)带动斜齿轮2(2
‑
8)转动，斜齿轮2(2
‑
8)与花键轴(2
‑
9)固连并旋转，花键轴(2
‑
9)带动花键轴承(2
‑
12)旋转，最终带动摆动滑槽(2
‑
3)旋转，使滑槽轴承(2
‑
15)带动凸轮随动器(2
‑
14)可沿外凸轮支架(2
‑
1)与内凸轮(2
‑
2)组成的凸轮滑槽中滑动，从而使尖端按预定轨迹运动。
[0008]在关节模块中，同步轮1(3
‑
2)与关节摆动轴(3
‑
3)固连，关节摆动轴(3
‑
3)与法兰联轴器(3
‑
6)固连，法兰联轴器(3
‑
6)与法兰联轴器套筒(3
‑
5)固连并可在法兰轴承3(3
‑
4)中旋转。直流电机(3
‑
8)用蜗轮蜗杆减速器(3
‑
8)减速后驱动同步轮2(3
‑
7)旋转，同步轮2(3
‑
7)带动同步轮1(3
‑
2)转动最终带动法兰联轴器(3
‑
6)转动，法兰联轴器(3
‑
6)与关节摆动碳纤维板(5)固连,关节摆动碳纤维板(5)与可变宽度模块(1)固连，即最终带动可变宽度模块(1)左右摆动。可变宽度模块(1)的上下抬起与左右摆动结构类似不再赘述，即一个关节模块可实现两个自由度的运动，每个关节模块(3)通过关节抬起碳纤维板(5)与关节摆动碳纤维板(6)与前后的可变宽度模块(1)固连，当多个模块叠加在一起时，机械臂即可实现多自由度的运动。
[0009]在传动结构中，传动轴部件1(4
‑
5)与传动轴部件2(4
‑
6)构成传动副，传动轴部件2(4
‑
6)与传动轴部件3(4
‑
7)构成转动副共同组成传动轴。主轴1(4
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种狭窄环境下宽度可变操作一体模块机械臂，其特征在于：由多个可自由摆动和收展的大模块构成；每个大模块由变宽度模块(1)、附加运动模块(2)和摆动关节(3)组成；每个大模块中，附加运动模块(2)固连在变宽度模块(2)两侧，变宽度模块(1)前后分别与关节抬起碳纤维板(5)和关节摆动碳纤维板(6)固连，摆动模块(3)分别与前后的可变宽度模块(1)所固连的关节抬起碳纤维板(5)与关节摆动碳纤维板(6)构成转动副，使前后的可变宽度模块(1)可绕摆动关节(3)上下和左右摆动；变宽度模块(1)包括支架(1
‑
11)，所述支架(1
‑
11)与碳纤维顶板(1
‑
10)固连，法兰轴承1(1
‑
8)与碳纤维顶板(1
‑
10)固连，凸轮副轴(1
‑
1)在法兰轴承1(1
‑
8)中转动，固定环1(1
‑
7)与固定环2(1
‑
9)使凸轮副轴(1
‑
1)轴向固定在法兰轴承1(1
‑
8)中；伞齿轮2(1
‑
13)转动带动伞齿轮1(1
‑
12)组成主动件，伞齿轮1(1
‑
12)与凸轮副轴(1
‑
1)固连并带动凸轮副轴(1
‑
1)旋转；柔性梁架(1
‑
2)与支架(1
‑
11)固连，柔性梁(1
‑
3)一端与柔性梁架(1
‑
2)固连，一端与柔性梁滑块(1
‑
6)固连；轴承盖板(1
‑
4)分别与柔性梁滑块(1
‑
6)与滑块轴承(1
‑
5)固连；附加运动模块(2)包括外凸轮支架(2
‑
1)，法兰轴承2(2
‑
11)与外凸轮支架(2
‑
1)固连，摆动转轴(2
‑
10)穿到两侧法兰轴承(2
‑
11)中并可转动并与摆动滑轨(2
‑
4)固连，摆动滑块(2
‑
5)与运动滑块(2
‑
6)固连并可沿摆动滑轨(2
‑
4)滑动；凸轮随动器(2
‑
14)与滑槽轴承(2
‑
15)与运动滑块(2
‑
6)固连；腿部转动轴(2
‑
13)与转动滑槽(2
‑
3)固连，花键轴承(2
‑
12)与腿部转动轴(2
‑
13)固连并可旋转；斜齿轮1(2
‑
7)带动斜齿轮2(2
‑
8)转动组成主动件，斜齿轮2(2
‑
8)与花键轴(2
‑
9)固连并旋转，花键轴(2
‑
9)带动花键轴承(2
‑
12)旋转，并带动摆动滑槽(2
‑
3)旋转，使滑槽轴承(2
‑
15)带动凸轮随动器(2
‑
14)沿外凸轮支架(2
‑
1)与内凸轮(2
‑
2)组成的凸轮滑槽中滑动，使尖端按预定轨迹运动；摆动关节(3)包括同步轮1(3
‑
2)，所述同步轮1(3
‑
2)与关节摆动轴(3
‑
3)固连，关节摆动轴(3
‑
3)与法兰联轴器(3
‑
6)固连，法兰联轴器(3
‑
6)与法兰联轴器套筒(3
‑
5)固连并在法兰轴承3(3
‑
4)中旋转；直流电机(3
‑
8)用蜗轮蜗杆减速器(3
‑
8)减速后驱动同步轮2(3
‑
7)旋转，同步轮2(3
‑
7)带动同步轮1(3
‑
2)转动带动法兰联轴器(3
‑
6)转动，法兰联轴器(3
‑
6)与关节摆动碳纤维板(6)固连，关节摆动碳纤维板(6)与可变宽度模块(1)固连，即最终带动可变宽度模块(1)左右摆动；在摆动关节底部有另外一个直流电机经蜗轮蜗杆减速器减速后驱动的同步轮组从而带动可变宽度模块(1)上下摆动，即一个关节模块包括两组蜗轮蜗杆减速电机驱动的同步轮组带动关节抬起碳纤维板(5)与关节摆动碳纤维板(6)实现两个自由度的运动；每个可变宽度模块(1)与关节抬起碳纤维板(5)与关节摆动碳纤维板(6)固连，同时前后...

【专利技术属性】
技术研发人员：张自强，刘春岐，赵越，李珺，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：