一种可升降式变刚度柔性连续体机器人制造技术

公开了一种可升降式变刚度柔性连续体机器人，机器人中，总体包括机器人移动平台

【技术实现步骤摘要】
一种可升降式变刚度柔性连续体机器人


[0001]本专利技术涉及超长柔性连续体机器人
，特别是一种可升降式变刚度柔性连续体机器人
。

技术介绍

[0002]航空发动机是飞机的“心脏”，它能否安全可靠地工作直接决定着飞机的整体性能，作为航空发动机核心部件的发动机叶片，人们对其工作安全性与可靠性提出了更高的要求
。
因此，快速
、
高效的发动机叶片原位检测与维护对保障发动机的安全性与可靠性至关重要
。
现有发动机叶片检测手段有拆卸检测
、
目视检测以及孔探检测三种
。
其中，拆卸检测检测效率低
、
经济性差
、
在拆卸的过程中易造成二次损伤；目视检测检测效率低
、
可靠性差
、
易造成漏检；孔探检测在一定程度上提高了检测的准确性
、
效率，但对技术人员要求较高
、
主观性较强
。
由于现有叶片检测手段存在低效
、
主观
、
费事费力等问题，急需探索一种新型的检测手段
。
作为机器人研究领域的一个分支，连续体机器人由于其超冗余的自由度而具有结构的柔顺性，极大拓展了其运动的灵活性和灵巧性，非常适用于复杂和有限的非结构化空间环境作业，因此也被广泛应用于航空发动机叶片原位检测
。
目前常见的连续体机器人驱动方式通常有线驱动，气动
、
液压驱动
>、
和
SMA
等多种驱动方式
。
其中线驱动与气
、
液压驱动发展较早，线驱动依靠线缆牵引各节机械臂
。
其中，驱动线缆沿连续体结构轴向延伸，末端固定，对基座处的线缆施加拉力，会使末端的力矩发生变化，从而导致结构弯曲运动
。
未外加辅助机构的线驱动连续体机器人难以实现超大的长径比；气
、
液压驱动的连续体机器人由于驱动模块体积大，微型化难度高；
SMA
驱动的连续体机器人受到形状记忆合金冷却方式限制，导致运动响应偏慢
、
控制精度较低
、
弯曲能力差
、
难以实现对末端的实时控制，这大大限制了它们在航空发动机叶片狭窄空间作业的能力
。
[0003]在
技术介绍
部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本专利技术背景的理解，因此可能包含不构成本领域普通技术人员公知的现有技术的信息
。

技术实现思路

[0004]为了解决上述问题，本专利技术提供了可升降式变刚度柔性连续体机器人，具有超长柔顺的机械臂本体结构，附加以辅助变刚度的多级剪叉辅助支撑机构，可以通过多级剪叉机构的伸缩来支撑超长连续体机械臂本体，实现机械臂的变刚度，辅助机械臂伸入伸出；机械臂控制箱安装于具有两级剪叉机构组成的
150mm
行程升降平台上，可以满足不同高度检测作业需求；机器人移动平台采用麦克纳姆轮四轮移动平台，提供了连续体机械臂伸入伸出的源动力，同时实现了机器人整体在狭窄环境的全方位灵活移位，具有环境适应性强，机动灵活，可控性好，检测范围广，续航能力强等特点
。
[0005]本专利技术的目的是通过以下技术方案予以实现
。
[0006]可升降式变刚度柔性连续体机器人包括，
[0007]底板；
[0008]两级剪叉升降模块，其设于所述底板以可控地升降；
[0009]机器人驱动控制箱模块，其设于所述两级剪叉升降模块顶部，机器人驱动控制箱模块包括：
[0010]驱动电机安装板，其具有机械臂驱动丝杠步进电机安装位和升降驱动丝杠步进电机安装板安装位，
[0011]机械臂安装板，其具有机械臂基座安装位
、
定滑轮轴承固定底座安装位
、
出线定滑轮固定底座安装位
、
辅助支撑模块安装位
、
出线孔连接法兰安装位和分线槽连接法兰安装位，
[0012]升降驱动丝杠步进电机安装板，其固定在所述升降驱动丝杠步进电机安装板安装位，升降驱动丝杠步进电机安装板具有升降驱动丝杠步进电机安装位，
[0013]多个定滑轮轴承固定底座，其包括第一定滑轮安装位和第一轴承安装位，所述定滑轮轴承固定底座固定于所述定滑轮轴承固定底座安装位，
[0014]多个出线定滑轮固定底座，其固定于所述的出线定滑轮固定底座安装位，其包括第二定滑轮安装位和第二轴承安装位，
[0015]分线槽连接法兰，其中心位置开有第三轴承安装位，所述分线槽连接法兰固定于所述分线槽连接法兰安装位，
[0016]多个导线定滑轮，其包括多个第一导线定滑轮和多个第二导线定滑轮，其中，所述第一导线定滑轮设于所述第一定滑轮安装位，所述第二导线定滑轮设于所述第二定滑轮安装位，
[0017]多个机械臂驱动丝杠步进电机，其安装于所述机械臂驱动丝杠步进电机安装位，
[0018]升降驱动丝杠步进电机，其设于所述升降驱动丝杠步进电机安装位，
[0019]多个线缆固定滑块，其固定于所述机械臂驱动丝杠步进电机的螺母上，
[0020]回转支承轴承，其包括升降驱动丝杠回转支承轴承和多个机械臂驱动丝杠回转支承轴承，所述升降驱动丝杠回转支承轴承设于所述第三轴承安装位，其内圈与升降驱动丝杠步进电机丝杠的自由端固定，所述机械臂驱动丝杠回转支承轴承设于所述第一轴承安装位，其内圈与机械臂驱动丝杠步进电机的丝杠的自由端固定，
[0021]限位滑轨，其包括前限位滑轨连接件
、
后限位滑轨连接件和水平滑轨，其中，所述前限位滑轨连接件固定于定滑轮轴承固定底座，所述后限位滑轨连接件固定于驱动电机安装板，所述水平滑轨固定于前限位滑轨连接件上表面和后限位滑轨连接件上表面，
[0022]线缆固定滑块，其沿所述限位滑轨滑动且所述限位滑轨滑动限制线缆固定滑块的转动，
[0023]多个连接型材，其两端分别与所述机械臂安装板和驱动电机安装板，
[0024]出线孔连接法兰，其安装于所述出线孔连接法兰安装位；
[0025]多级剪叉辅助支撑模块，其设于所述机械臂安装板，多级剪叉辅助支撑模块包括：
[0026]齿轮箱，其具有多个轴承安装位和恒力弹簧安装位，所述齿轮箱固定于所述辅助支撑模块安装位，
[0027]驱动舵机，其设于所述齿轮箱；驱动舵机具有舵机输出轴和舵盘，
[0028]舵机安装支撑，其上具有第四轴承安装位，所述舵机安装支撑安装于所述齿轮箱上，
[0029]丝杠安装支撑，其包括具有第五轴承安装位的左丝杠安装支撑和具有第六轴承安装位的右丝杠安装支撑，所述丝杠安装支撑安装于所述机械臂安装板，
[0030]回转支撑轴承，其包括输入连接轴支撑轴承和多个中间传动轴支撑轴承，所述中间传动轴支撑轴承安装于齿轮箱，
[0031]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种可升降式变刚度柔性连续体机器人，其包括，底板；两级剪叉升降模块，其设于所述底板以可控地升降；机器人驱动控制箱模块，其设于所述两级剪叉升降模块顶部，机器人驱动控制箱模块包括：驱动电机安装板，其具有机械臂驱动丝杠步进电机安装位和升降驱动丝杠步进电机安装板安装位；机械臂安装板，其具有机械臂基座安装位
、
定滑轮轴承固定底座安装位
、
出线定滑轮固定底座安装位
、
辅助支撑模块安装位
、
出线孔连接法兰安装位和分线槽连接法兰安装位；升降驱动丝杠步进电机安装板，其固定在所述升降驱动丝杠步进电机安装板安装位，升降驱动丝杠步进电机安装板具有升降驱动丝杠步进电机安装位；多个定滑轮轴承固定底座，其包括第一定滑轮安装位和第一轴承安装位，所述定滑轮轴承固定底座固定于所述定滑轮轴承固定底座安装位；多个出线定滑轮固定底座，其固定于所述的出线定滑轮固定底座安装位，其包括第二定滑轮安装位和第二轴承安装位；分线槽连接法兰，其中心位置开有第三轴承安装位，所述分线槽连接法兰固定于所述分线槽连接法兰安装位；多个导线定滑轮，其包括多个第一导线定滑轮和多个第二导线定滑轮，其中，所述第一导线定滑轮设于所述第一定滑轮安装位，所述第二导线定滑轮设于所述第二定滑轮安装位；多个机械臂驱动丝杠步进电机，其安装于所述机械臂驱动丝杠步进电机安装位；升降驱动丝杠步进电机，其设于所述升降驱动丝杠步进电机安装位；多个线缆固定滑块，其固定于所述机械臂驱动丝杠步进电机的螺母上；回转支承轴承，其包括升降驱动丝杠回转支承轴承和多个机械臂驱动丝杠回转支承轴承，所述升降驱动丝杠回转支承轴承设于所述第三轴承安装位，其内圈与升降驱动丝杠步进电机丝杠的自由端固定，所述机械臂驱动丝杠回转支承轴承设于所述第一轴承安装位，其内圈与机械臂驱动丝杠步进电机的丝杠的自由端固定；限位滑轨，其包括前限位滑轨连接件
、
后限位滑轨连接件和水平滑轨，其中，所述前限位滑轨连接件固定于定滑轮轴承固定底座，所述后限位滑轨连接件固定于驱动电机安装板，所述水平滑轨固定于前限位滑轨连接件上表面和后限位滑轨连接件上表面；线缆固定滑块，其沿所述限位滑轨滑动且所述限位滑轨滑动限制线缆固定滑块的转动；多个连接型材，其两端分别与所述机械臂安装板和驱动电机安装板；出线孔连接法兰，其安装于所述出线孔连接法兰安装位；多级剪叉辅助支撑模块，其设于所述机械臂安装板，多级剪叉辅助支撑模块包括：齿轮箱，其具有多个轴承安装位和恒力弹簧安装位，所述齿轮箱固定于所述辅助支撑模块安装位；驱动舵机，其设于所述齿轮箱；驱动舵机具有舵机输出轴和舵盘；舵机安装支撑，其上具有第四轴承安装位，所述舵机安装支撑安装于所述齿轮箱上；
丝杠安装支撑，其包括具有第五轴承安装位的左丝杠安装支撑和具有第六轴承安装位的右丝杠安装支撑，所述丝杠安装支撑安装于所述机械臂安装板；回转支撑轴承，其包括输入连接轴支撑轴承和多个中间传动轴支撑轴承，所述中间传动轴支撑轴承安装于齿轮箱；中间传动轴，其设于所述齿轮箱中且穿过所述中间传动轴支撑轴承的内圈并与之固定；输入连接轴，其安装于所述驱动舵机的舵盘上，并穿过所述输入连接轴支撑轴承的内圈，舵机输出轴经由所述输入连接轴向所述齿轮箱内输入驱动力矩；双螺母传动丝杠，其包括左侧双螺母传动丝杠和右侧双螺母传动丝杠，所述双螺母传动丝杠两端穿过所述中间传动轴支撑轴承的内圈并与之固定；锥齿轮，其包括输入锥齿轮和多个中间传动锥齿轮，所述输入锥齿轮安装于所述输入连接轴，多个中间传动锥齿轮分别安装于中间传动轴两端以及所述双螺母传动丝杠伸入所述齿轮箱的一端；恒力弹簧下侧底座，其具有恒力弹簧安装位，所述恒力弹簧下侧底座安装于所述机械臂安装板；连杆连接块，其包括上连杆连接块和下连杆连接块，所述连杆连接块安装于所述双螺母传动丝杠的螺母上；多个连杆，其铰接成多级剪叉机构，且其前端铰接连杆长度之和大于多级剪叉机构完全收缩时上下两枢轴的垂直距离位，所述多级剪叉机构后端连杆铰接于所述连杆连接块；中间定位环，其具有上下两侧恒力弹簧限位和中间位置的机械臂定位环，所述中间定位环安装于铰接的连杆的中间枢轴；前端定位环，其具有上下两侧恒力弹簧固定和中间位置的机械臂定位环，所述前端定位环安装于所述多级剪叉机构前端的连杆铰接枢轴；恒力弹簧，其安装于所述恒力弹簧安装位，其伸出端安装于所述上下两侧恒力弹簧固定；限位卡，其安装于所述前端定位环左右两侧以调整所述多级剪叉机构的收缩程度...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘金鑫，王柄权，张长龙，杨来浩，王晨希，翟智，陈雪峰，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：