CN113183134A - 一种w型卷尺弹簧两平移自由度并联可伸缩机械臂 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种W型卷尺弹簧两平移自由度并联可伸缩机械臂，涉及可伸缩柔性机械臂技术领域，包括承重架、底部工作平台和W型卷尺驱动单元；承重架设于W型卷尺驱动单元顶部，底部工作平台设于W型卷尺驱动单元底部。通过W型卷尺运动单元与底部驱动电机单元联动，使机械臂具备两自由度，保证机械臂全平面内的工作范围，提高了机械臂运动的灵活性，且整体结构简单、质量轻。采用具有自动收缩特性的柔性卷尺弹簧作为连杆臂，满足机械臂刚度需求，便于携带及进行搭载作业。采用三个连接架搭配单工作平台的方式，可以通过控制三连接架的间距和卷尺弹簧的长度，可任意设置工作平面范围的大小，极大地提高工作的灵活性和被搭载设备的多样性。

Description

一种W型卷尺弹簧两平移自由度并联可伸缩机械臂

技术领域

本发明涉及可伸缩柔性机械臂技术领域，特别是涉及一种W型卷尺弹簧两平移自由度并联可伸缩机械臂。

背景技术

出于车间工作环境或者日常生活的工作所需，某些设备需要装配机械臂完成作业，例如无人机需要搭载机械臂完成对目标物的抓取、物流拣货***需要搭载机械臂完成对货物的拣取等。这种机械臂必须具备一定刚度、结构简单、便于携带、适应性强、伸展范围广等特点。目前可伸缩的机械臂大多采用传统的刚性结构，虽然具有精度高、承载力大等特点，但结构比较复杂、操作麻烦、体积和重量较大。由于无人机的载荷能力有限以及拣货***的载荷要求低，需要一种新型的轻质可伸缩机械臂。

当前可满足这种实际需求的技术方案多是可操作性不强的柔性机械臂，主要存在以下不足：

(1)机械臂功能无法做到兼顾柔性和灵活性，单电机驱动的两自由度机械臂一般结构简单但只能按特定线路移动，而且稳定性较差，整体工作空间范围偏小；多自由度机械臂装置结构又过于复杂，质量较重，不适合无人机等搭载作业；

(2)采用柔性度过强的材料作为伸缩臂，稳定性不好，容易晃动导致目标物脱落而且刚度不足容易变形；

(3)对于类似采用卷尺弹簧的机械臂，多采用单电机控制弹簧的伸长，柔性臂的结构较为稳定，但机构的操作空间只能在竖直平面上伸缩，不能实现左右平面移动。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明提供一种W型卷尺弹簧两平移自由度并联可伸缩机械臂，以解决上述现有技术存在的问题，用卷尺弹簧制成柔性并联机械臂，不仅结构简单、质量低、伸缩比大，而且基于卷尺自身特性，保证了机械臂整体刚度，该并联机械臂具有两个自由度，可实现上下伸缩、左右平移，工作范围广泛，下方平台可搭载机械手以完成对目标物的抓取作业。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种W型卷尺弹簧两平移自由度并联可伸缩机械臂，包括承重架、底部工作平台和W型卷尺驱动单元；所述承重架设置于所述W型卷尺驱动单元顶部，所述底部工作平台设置于所述W型卷尺驱动单元底部。

可选的，所述W型卷尺驱动单元包括一个上部驱动机构、两个下部驱动机构和两个卷尺弹簧，所述承重架底部中间位置设置有所述上部驱动机构，所述底部工作平台顶部两侧分别设置有一所述下部驱动机构，所述卷尺弹簧的一端与所述承重架底部一侧相连接，所述卷尺弹簧中部与一个所述下部驱动机构传动连接，所述卷尺弹簧另一端与所述上部驱动机构传动连接。

可选的，所述承重架底部中间位置设置有第二连接架，所述承重架底部两侧分别设置有一第一连接架；两个所述卷尺弹簧的一端分别与对应侧的所述第一连接架的底部相连接；所述上部驱动机构设置于所述第二连接架上。

可选的，所述卷尺弹簧的一端与所述第一连接架的底部可转动连接。

可选的，所述第一连接架的底部设置有一轮毂半轴，所述轮毂半轴为半圆柱型结构，所述轮毂半轴可转动的设置于所述第一连接架的底部；所述卷尺弹簧的一端与所述轮毂半轴相连接。

可选的，所述上部驱动机构包括上部电机、差速器和两个收卷辊；所述上部电机的动力输出轴与所述差速器的动力输入端传动连接，所述差速器的两个动力输出端分别与一个所述收卷辊传动连接，所述卷尺弹簧的一端分别与一个所述收卷辊相连接。

可选的，所述下部驱动机构包括下部电机、主动轮和从动轮；所述下部电机的动力输出轴与所述主动轮传动连接，所述卷尺弹簧的中部设置于所述主动轮与所述从动轮之间，且所述卷尺弹簧被所述主动轮和所述从动轮夹紧。

可选的，所述底部工作平台下方设置有机械手抓，所述机械手抓包括两个卡爪，所述两个卡爪通过电机控制开合。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

1、本发明提供的W型卷尺弹簧两平移自由度并联可伸缩机械臂，通过W型卷尺运动单元与底部驱动电机单元的联动作用，使得并联机械臂工作具备两自由度，保证机械臂全平面内的工作范围，提高了机械臂运动的灵活性，且整体结构简单、质量轻。此外，底部平台双驱动电机的设置有效保证了工作平台平稳快速地移动。

2、本发明提供的W型卷尺弹簧两平移自由度并联可伸缩机械臂，采用具有自动收缩特性的柔性卷尺弹簧作为连杆臂，不仅满足机械臂刚度需求，而且其灵活的可伸缩性致使该机械臂伸缩比极大，机械臂完全收缩后，所占用体积极小，便于携带及进行搭载作业。

3、本发明提供的W型卷尺弹簧两平移自由度并联可伸缩机械臂，采用三个连接架搭配单工作平台的方式，可以通过控制三连接架的间距和卷尺弹簧的长度，可任意设置工作平面范围的大小，极大地提高工作的灵活性和被搭载设备的多样性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明中W型卷尺弹簧两平移自由度并联可伸缩机械臂的立体结构示意图；

图2为本发明W型卷尺弹簧两平移自由度并联可伸缩机械臂中的上部驱动机构的结构示意图；

图3为本发明W型卷尺弹簧两平移自由度并联可伸缩机械臂中的下部驱动机构的结构示意图；

图4为本发明W型卷尺弹簧两平移自由度并联可伸缩机械臂中的W型卷尺驱动单元的结构示意图；

图5为本发明W型卷尺弹簧两平移自由度并联可伸缩机械臂中的上部驱动机构中差速器的结构示意图。

附图标记说明：1、承重架；2、第一连接架；3、第二连接架；5、上部驱动机构；6、轮毂半轴；7、底部工作平台；8、卷尺弹簧；9、下部驱动机构；10、机械手抓；11、竖向板；12、收卷辊；13、上部电机；14、第一联轴器；15、差速器；16、U型框架；17、从动轮；18、主动轮；19、第二联轴器；20、L型弯板；21、下部电机。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1至5所示，本实施例提供一种W型卷尺弹簧两平移自由度并联可伸缩机械臂，包括承重架1、底部工作平台7和W型卷尺驱动单元；所述承重架1设置于所述W型卷尺驱动单元顶部，所述底部工作平台7设置于所述W型卷尺驱动单元底部。

于本具体实施例中，承重架1为长方形框架结构，承重架1用于与被搭载装置相连接。

所述W型卷尺驱动单元包括一个上部驱动机构5、两个下部驱动机构9和两个卷尺弹簧8，所述承重架1底部中间位置设置有所述上部驱动机构5，所述底部工作平台7顶部两侧分别设置有一所述下部驱动机构9，所述卷尺弹簧8的一端与所述承重架1底部一侧相连接，所述卷尺弹簧8中部与一个所述下部驱动机构9传动连接，所述卷尺弹簧8另一端与所述上部驱动机构5传动连接。

所述承重架1底部中间位置设置有第二连接架3，所述承重架1底部两侧分别设置有一第一连接架2；两个所述卷尺弹簧8的一端分别与对应侧的所述第一连接架2的底部相连接；所述上部驱动机构5设置于所述第二连接架3上。

所述第一连接架2的底部设置有一轮毂半轴6，所述轮毂半轴6为半圆柱型结构，所述轮毂半轴6可转动的设置于所述第一连接架2的底部；所述卷尺弹簧8的一端与所述轮毂半轴6通过螺栓连接。

第一连接架2包括两个竖板，两个竖板分别位于承重架1的两端，竖板的顶部与承重架1的底部相连接，竖板的底部之间设置有一转动轴，轮毂半轴6设置于转动轴上。

第二连接架3包括两个竖板，两个竖板分别位于承重架1的两端，竖板的顶部与承重架1的底部相连接，两个竖板的底部之间设置有上部驱动机构5

所述上部驱动机构5包括上部电机13、差速器15和两个收卷辊12；所述上部电机13的动力输出轴与所述差速器15的动力输入端之间通过第一联轴器14传动连接，所述差速器15的两个动力输出端分别与一个所述收卷辊12传动连接，所述卷尺弹簧8的一端分别与一个所述收卷辊12相连接。

差速器15的两个动力输出端分别与第二连接架3的两个竖板的底部可转动连接。

所述下部驱动机构9包括下部电机21、主动轮17和从动轮17；所述下部电机21的动力输出轴与所述主动轮17之间通过第二联轴器19传动连接，第二联轴器19通过螺栓固定于L型弯板20上，L型弯板20与U型框架16相连接；所述卷尺弹簧8的中部设置于所述主动轮17与所述从动轮17之间，且所述卷尺弹簧8被所述主动轮17和所述从动轮17夹紧。从动轮17位于主动轮17的正下方，当主动轮17转动时，由主动轮17与卷尺弹簧8之间的摩擦力以及从动轮17与卷尺弹簧8之间的摩擦力使主动轮17与从动轮17同步转动，并使卷尺弹簧8相对于主动轮17和从动轮17发生移动。

所述底部工作平台7下方设置有机械手抓10，所述机械手抓10包括两个卡爪，所述两个卡爪通过电机控制开合。

需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种W型卷尺弹簧两平移自由度并联可伸缩机械臂，其特征在于，包括承重架、底部工作平台和W型卷尺驱动单元；所述承重架设置于所述W型卷尺驱动单元顶部，所述底部工作平台设置于所述W型卷尺驱动单元底部。

2.根据权利要求1所述的W型卷尺弹簧两平移自由度并联可伸缩机械臂，其特征在于，所述W型卷尺驱动单元包括一个上部驱动机构、两个下部驱动机构和两个卷尺弹簧，所述承重架底部中间位置设置有所述上部驱动机构，所述底部工作平台顶部两侧分别设置有一所述下部驱动机构，所述卷尺弹簧的一端与所述承重架底部一侧相连接，所述卷尺弹簧中部与一个所述下部驱动机构传动连接，所述卷尺弹簧另一端与所述上部驱动机构传动连接。

3.根据权利要求2所述的W型卷尺弹簧两平移自由度并联可伸缩机械臂，其特征在于，所述承重架底部中间位置设置有第二连接架，所述承重架底部两侧分别设置有一第一连接架；两个所述卷尺弹簧的一端分别与对应侧的所述第一连接架的底部相连接；所述上部驱动机构设置于所述第二连接架上。

4.根据权利要求3所述的W型卷尺弹簧两平移自由度并联可伸缩机械臂，其特征在于，所述卷尺弹簧的一端与所述第一连接架的底部可转动连接。

5.根据权利要求3或4所述的W型卷尺弹簧两平移自由度并联可伸缩机械臂，其特征在于，所述第一连接架的底部设置有一轮毂半轴，所述轮毂半轴为半圆柱型结构，所述轮毂半轴可转动的设置于所述第一连接架的底部；所述卷尺弹簧的一端与所述轮毂半轴相连接。

6.根据权利要求2所述的W型卷尺弹簧两平移自由度并联可伸缩机械臂，其特征在于，所述上部驱动机构包括上部电机、差速器和两个收卷辊；所述上部电机的动力输出轴与所述差速器的动力输入端传动连接，所述差速器的两个动力输出端分别与一个所述收卷辊传动连接，所述卷尺弹簧的一端分别与一个所述收卷辊相连接。

7.根据权利要求2所述的W型卷尺弹簧两平移自由度并联可伸缩机械臂，其特征在于，所述下部驱动机构包括下部电机、主动轮和从动轮；所述下部电机的动力输出轴与所述主动轮传动连接，所述卷尺弹簧的中部设置于所述主动轮与所述从动轮之间，且所述卷尺弹簧被所述主动轮和所述从动轮夹紧。

8.根据权利要求1所述的W型卷尺弹簧两平移自由度并联可伸缩机械臂，其特征在于，所述底部工作平台下方设置有机械手抓，所述机械手抓包括两个卡爪，所述两个卡爪通过电机控制开合。

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