一種蛇形機械臂的製作方法

2023-04-30 21:34:21

專利名稱：一種蛇形機械臂的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及機械自動化產品技術領域，特指一種可實現任意方向轉動、扭曲的蛇形機械臂。
技術背景在自動化生產、加工過程中經常需要使用機械臂來完成一些工作，常見的機械臂包括以下幾種方式第一種是採用X/Y/Z三軸運行機構，即該機械臂安裝在一個X/Y/Z三軸疊加運行的平臺上，通過該平臺在X/Y/Z方向上的運行，帶動機械臂實現在三維空間中的運行。第二種是在上述第一種基礎上增加旋轉機構，以增加一個旋轉方向上的運行。第三種是採用連杆機構，即該機械臂採用多連杆樞接，通過控制連杆的伸縮從而控制機械臂在各個方向上的運行。另外，還可將上述幾種模式相互結合，組合形成多用途機械臂。但是上述機械臂存在一個最大的問題就是，機械臂自身難以實現任意角度的彎曲。雖然通過連杆機構可以實現一定的彎曲功能，但是這種機構僅僅適用於較大的機械臂，對於一些體積較小的精密產品而言，連杆機構的結構複雜，難以適應
實用新型內容
本實用新型所要解決的技術問題就在於克服現有技術的不足，提供一種體積小、可實現任意方向轉動、扭曲的蛇形機械臂。為了解決上述技術問題，本實用新型採用了下述技術方案該蛇形機械臂包括一臂體，該臂體由多數個骨節依次活動連接形；一驅動部，該驅動部包括多數個驅動單元和承載驅動單元的支撐板；一連接部，該連接部位於臂體和驅動部之間，所述的驅動部固定連接於連接部的後端，所述的臂體中第一個骨節連接於連接部的前端；所述的臂體中兩相鄰骨節之間採用十字軸連接，兩相鄰骨節之間通過十字軸實現上下、左右方向的自由擺動；除第一個骨節外，其餘骨節同時與兩個驅動單元連動，其中每個驅動單元設置有一組牽引線，每組牽引線分別連接在所述骨節的兩個相對方向，通過兩組牽引線的牽動驅動與之對應的骨節實現上下、左右方向擺動。進一步而言，上述技術方案中，所述的骨節包括一套管、固定在套管端部的法蘭以及與法蘭固定連接的連接件；沿套管的管壁軸向均勻開設有供牽引線穿過的穿孔；所述的法蘭上對應穿孔的位置開設有與之對應的通孔；所述的連接件上成型有與十字軸中一組相對樞軸樞接的耳板。進一步而言，上述技術方案中，所述的套管靠近端部的側壁上開設有固定孔；所述的法蘭包括開設有通孔的端蓋和插入套管內的內緣，其中於該內緣的側壁形成有與固定孔位置對應的卡槽；通過穿過法蘭上的通孔的螺釘與卡槽的卡扣將法蘭固定在套管的端面。[0011]進一步而言，上述技術方案中，所述套管端部的內部形成有一凸緣，所述的連接件插入法蘭中心孔後放置於該凸緣的端面，連接件通過螺釘固定在凸緣的端面上。進一步而言，上述技術方案中，所述的驅動單元包括馬達、牽引線、滑塊、絲杆和與滑塊配合的導軌，其中馬達通過聯軸器與絲杆連動，所述的滑塊套設於絲杆上、並與絲杆螺紋配合，通過馬達驅動絲杆旋轉，驅動滑塊沿導軌運行；每組驅動單元上設置兩根牽引線，其中一根牽引線起始端固定在滑塊上，另一根牽引線的起始端固定在驅動部的支撐板上，兩根牽引線的末端分別連接於一個骨節的相對兩端。進一步而言，上述技術方案中，所述起始端固定在支撐板上的牽引線中間連接有一脹緊器，通過該脹緊器令該牽引線保持在脹緊狀態。進一步而言，上述技術方案中，所述起始端固定在滑塊上的牽引線繞過一固定在支撐板上的定滑輪。進一步而言，上述技術方案中，所述的連接部包括與驅動部中支撐板固定的固定部、與臂體中第一個骨節固定連接的緊固部，其中固定部與緊固部相互固定連接，並且在固定部和緊固部上均開設有供牽引線穿過的通孔。進一步而言，上述技術方案中，所述驅動單元的數量為骨節數量-I後的兩倍。本實用新型是模擬蛇設計而成，整個機械臂由若干個骨節相互樞接構成，骨節與骨節之間採用雙向的樞接結構，即兩骨節之間可實現上下、左右擺動。每一個可轉動的骨節都通過一組牽引線拉牽弓I，牽引線通過驅動單元驅動，從而可實現骨節之間的相互擺動。該設計理念是兩相鄰骨節結合部具有兩個自由度，通過雙電機驅動分別驅動其中一個自由度。這種單個骨節的擺動疊加起來就形成了整個機械臂任意方向擺動、機械臂自身也可形成任意角度的彎曲，並且機械臂可形成三維空間曲形彎曲。本實用新型採用這種蛇形設計，可使整個機械臂的結合儘可能緊湊，同時確保機械臂具有足夠和較大的彎曲範圍。

圖I是本實用新型的立體圖；圖2是本實用新型的主視圖；圖3是本實用新型的裝配示意圖；圖4是本實用新型中臂體起始端的立體分解圖；圖5是圖4另一視角的立體圖；圖6是本實用新型中法蘭的立體圖；圖7是本實用新型中連接件的立體圖；圖8是本實用新型中驅動部的立體圖；圖9是圖8的主視圖；圖10是本實用新型另一實施例中驅動部的後視圖。
具體實施方式
下面結合具體實施例和附圖對本實用新型進一步說明。見圖1-9所示，本實用新型為一種蛇形機械臂，該機械臂有臂體10、驅動部20和連接部3構成，其中連接部3位於臂體10和驅動部20之間，所述的驅動部20固定連接於連接部3的後端，所述的臂體10連接於連接部3的前端。通過驅動部20來驅動臂體10實現彎曲、擺動。見圖1、2、3所示，臂體10由多個骨節I相互連接形成，本實施例中採用了 5個骨節，兩個相鄰骨節I之間均可具有上下、左右方向上的兩個自由度。其中第一個骨節直接固定連接在連接部3上，而最後一個骨節用於與工作部(如機械手、探頭等)連接。除第一個骨節外，其餘骨節I同時與驅動部3中的兩個驅動單元2連動，其中每個驅動單元2設置有一組牽引線22，每組牽引線22分別連接在所述骨節I的兩個相對方向，通過兩組牽引線22的牽動驅動與之對應的骨節I實現上下、左右方向擺動。見圖4、5、6、7所示，所述的骨節I包括一套管11、固定在套管11端部的法蘭12以及與法蘭12固定連接的連接件13 ;沿套管11的管壁軸向均勻開設有供牽引線22穿過的穿孔110 ;所述的法蘭12上對應穿孔110的位置開設有與之對應的通孔120 ;所述的連接件13上成型有與十字軸5中一組相對樞軸樞接的耳板130。兩個相鄰骨節I之間通過十字軸5與兩耳板130連接實現雙自由度轉動。臂體10中第一個骨節與連接部3連接的一端無需設置法蘭12和連接件13，臂體10最後一個骨節的末端與工作部連接，無需設置法蘭12和連接件13。所述的套管11靠近端部的側壁上開設有固定孔111 ;所述的法蘭12包括開設有通孔120的端蓋121和插入套管11內的內緣122，其中於該內緣122的側壁形成有與固定孔111位置對應的卡槽123 ;通過穿過法蘭12上的通孔120的螺釘與卡槽123的卡扣將法蘭12固定在套管11的端面。所述套管11端部的內部形成有一凸緣112，所述的連接件13插入法蘭12中心孔後放置於該凸緣112的端面，連接件13通過螺釘固定在凸緣112的端面上。見圖8、9所示，所述的驅動部20包括若干個驅動單元2和承載驅動單元2的支撐板4。每個驅動單元2包括馬達21、牽引線22、滑塊23、絲杆24和與滑塊23配合的導軌25，其中馬達21通過聯軸器與絲杆24連動，所述的滑塊23套設於絲杆24上、並與絲杆24螺紋配合，通過馬達21驅動絲杆24旋轉，驅動滑塊23沿導軌25運行；每組驅動單元2上設置兩根牽引線22，其中一根牽引線22起始端固定在滑塊23上，另一根牽引線22的起始端固定在驅動部20的支撐板4上，兩根牽引線22的末端分別連接於一個骨節I的相對兩端。所述起始端固定在支撐板4上的牽引線22中間連接有一脹緊器26，通過該脹緊器26令該牽引線22保持在脹緊狀態。所述起始端固定在滑塊23上的牽引線22繞過一固定在支撐板4上的定滑輪27。每個骨節I需要兩個驅動單元2來驅動，所以驅動單元2的數量為骨節I數量- I後的兩倍。結合本實施例，驅動單元2的數量為(5-1) *2=8個。所述的連接部3包括與驅動部20中支撐板4固定的固定部31、與臂體10中第一個骨節I固定連接的緊固部32，其中固定部31與緊固部32相互固定連接，並且在固定部31和緊固部32上均開設有供牽引線22穿過的通孔。本實用新型的工作原理為驅動部3中的所有牽引線22分別穿過連接部3上對應的通孔以及骨節I中套管11上對應的穿孔110。其中兩個驅動單元2的4根牽引線22在穿過第二個骨節後就停止，並固定在該第二個骨節上，固定方向與十字軸5的樞軸方向對應。這兩個驅動單元2中其中一個驅動單元用於驅動該第二骨節相對第一骨節左右轉動，另一個驅動單元用於驅動該第二骨節相對第一骨節上下轉動。具體驅動時，驅動單元2中固定在滑塊23上的牽引線22通過馬達驅動滑塊實現拉緊，此時對應的第二骨節就會向對應方向偏轉。當該固定在滑塊23上的牽引線22停止牽引，另一根固定在支撐板4上牽引線22將通過自身的脹緊器26實現拉緊，從而實現第二骨節向相反方向偏轉。如此，兩個驅動單元就可以驅動第二個骨節在上下、左右方向上的偏轉。按照上述原理，除第一個固定的骨節以外，其他的骨節均通過兩個驅動單元2和四根牽引線22驅動，實現兩相鄰骨節的正交雙方向上的轉動。臂體10中所有骨節的擺動疊加起來就形成了整個機械臂任意方向擺動、機械臂自身也可形成任意角度的彎曲，並且機械臂可形成三維空間曲形彎曲。上述實施例中，驅動部20中8個驅動單元2採用的是上下對稱設計，即將8個驅動單元2分為上下對稱的兩組，然後固定安裝在支撐板4上。其也可採用其他固定方式，見圖10所示，本實施例中將8個驅動單元2採用環形均勻分布的方式。·當然，以上所述僅為本實用新型的具體實施例而已，並非來限制本實用新型實施範圍，凡依本實用新型申請專利範圍所述構造、特徵及原理所做的等效變化或修飾，均應包括於本實用新型申請專利範圍內。
權利要求1.一種蛇形機械臂，其特徵在於該機械臂包括 一臂體(10)，該臂體(10)由多數個骨節(I)依次活動連接形； 一驅動部(20)，該驅動部(20)包括多數個驅動單元(2)和承載驅動單元(2)的支撐板⑷; 一連接部(3 )，該連接部(3 )位於臂體(10 )和驅動部(20 )之間，所述的驅動部(20 )固定連接於連接部(3)的後端，所述的臂體(10)中第一個骨節(10連接於連接部(3)的前端； 所述的臂體(10)中兩相鄰骨節(I)之間採用十字軸(5)連接，兩相鄰骨節(I)之間通過十字軸(5)實現上下、左右方向的自由擺動； 除第一個骨節外，其餘骨節(I)同時與兩個驅動單元(2)連動，其中每個驅動單元(2)設置有一組牽弓丨線(22 )，每組牽引線(22 )分別連接在所述骨節(I)的兩個相對方向，通過兩組牽引線(22)的牽動驅動與之對應的骨節(I)實現上下、左右方向擺動。
2.根據權利要求I所述的一種蛇形機械臂，其特徵在於所述的骨節(I)包括一套管(11)、固定在套管(11)端部的法蘭(12)以及與法蘭(12)固定連接的連接件(13);沿套管(11)的管壁軸向均勻開設有供牽引線(22)穿過的穿孔(110);所述的法蘭(12)上對應穿孔(110)的位置開設有與之對應的通孔(120);所述的連接件(13)上成型有與十字軸(5)中一組相對樞軸樞接的耳板(130 )。
3.根據權利要求2所述的一種蛇形機械臂，其特徵在於所述的套管(11)靠近端部的側壁上開設有固定孔(111);所述的法蘭(12)包括開設有通孔(120)的端蓋(121)和插入套管(11)內的內緣(122)，其中於該內緣(122)的側壁形成有與固定孔(111)位置對應的卡槽(123);通過穿過法蘭(12)上的通孔(120)的螺釘與卡槽(123)的卡扣將法蘭(12)固定在套管(11)的端面。
4.根據權利要求3所述的一種蛇形機械臂，其特徵在於所述套管(11)端部的內部形成有一凸緣(112)，所述的連接件(13)插入法蘭(12)中心孔後放置於該凸緣(112)的端面，連接件(13)通過螺釘固定在凸緣(112)的端面上。
5.根據權利要求1-4中任意一項所述的一種蛇形機械臂，其特徵在於所述的驅動單元(2)包括馬達(21)、牽引線(22)、滑塊(23)、絲杆(24)和與滑塊(23)配合的導軌(25)，其中馬達(21)通過聯軸器與絲杆(24)連動，所述的滑塊(23)套設於絲杆(24)上、並與絲杆(24)螺紋配合，通過馬達(21)驅動絲杆(24)旋轉，驅動滑塊(23)沿導軌(25)運行；每組驅動單元(2)上設置兩根牽引線(22)，其中一根牽引線(22)起始端固定在滑塊(23)上，另一根牽引線(22)的起始端固定在驅動部(20)的支撐板(4)上，兩根牽引線(22)的末端分別連接於一個骨節(I)的相對兩端。
6.根據權利要求5所述的一種蛇形機械臂，其特徵在於所述起始端固定在支撐板(4)上的牽引線(22 )中間連接有一脹緊器(26 )，通過該脹緊器(26 )令該牽弓丨線(22 )保持在脹緊狀態。
7.根據權利要求5所述的一種蛇形機械臂，其特徵在於所述起始端固定在滑塊(23)上的牽引線(22 )繞過一固定在支撐板(4)上的定滑輪(27 )。
8.根據權利要求5所述的一種蛇形機械臂，其特徵在於所述的連接部(3)包括與驅動部(20)中支撐板(4)固定的固定部(31)、與臂體(10)中第一個骨節(I)固定連接的緊固部(32)，其中固定部(31)與緊固部(32)相互固定連接，並且在固定部(31)和緊固部(32)上均開設有供牽引線(22)穿過的通孔。
9.根據權利要求I所述的一種蛇形機械臂，其特徵在於所述驅動單元(2)的數量為骨節(I)數量- I後的兩倍。
專利摘要本實用新型公開了一種蛇形機械臂。該蛇形機械臂的臂體由多數個骨節依次活動連接形；所述的臂體中兩相鄰骨節之間採用十字軸連接，兩相鄰骨節之間通過十字軸實現上下、左右方向的自由擺動，通過兩組牽引線的牽動驅動與之對應的骨節實現上下、左右方向擺動。本實用新型是模擬蛇設計而成，兩相鄰骨節結合部具有兩個自由度，通過雙電機驅動分別驅動其中一個自由度。這種單個骨節的擺動疊加起來就形成了整個機械臂任意方向擺動、機械臂自身也可形成任意角度的彎曲，並且機械臂可形成三維空間曲形彎曲。本實用新型採用這種蛇形設計，可使整個機械臂的結合儘可能緊湊，同時確保機械臂具有足夠和較大的彎曲範圍。
文檔編號B25J17/00GK202726934SQ20122029368
公開日2013年2月13日 申請日期2012年6月20日 優先權日2012年6月20日
發明者許振相 申請人:東莞東聚電子電訊製品有限公司