CN114619434B - 一种机械臂 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种机械臂，涉及机械臂相关技术领域；包括多个依次串行活动连接且尺寸逐渐减小的臂杆，位于首端且尺寸最大的所述臂杆活动设置于基座上；所述臂杆的竖直截面为顶部开口的矩形结构，靠近末端的所述臂杆能够向上旋转收折到靠近首端的相邻所述臂杆内；所述臂杆靠近所述基座的一端固定设置有定轮组，所述定轮组分别通过绳索与位于所述基座上的多个绞盘一一对应连接，多个所述绞盘分别连接有控制电机。本发明提供的机械臂，能够折叠收纳，减小体积，从而便于运输和布置。

Description

一种机械臂

技术领域

本发明涉及机械臂相关技术领域，特别是涉及一种机械臂。

背景技术

在工程实践中，机械长臂、超长机械臂的设计一直是工程设计中的一个难点，这类机械臂不仅需要在长度上能够满足作业需求，同时还需要考虑机械臂的安装、运输及其存放场地要求。目前现有结构中，例如日本SuperDargon超长机械臂。这种机械臂由基座与手臂两大部分组成，该机械手臂有多节，每一节具有臂桶与关节；节与节、节与基座由关节相连。然而该机械手臂不方便收纳运输以及布置，其关节部分铰链最大活动角度为-90°至90°，同时其每节臂杆直线排列，无法折叠。

发明内容

本发明的目的是提供一种机械臂，以解决上述现有技术存在的问题，能够折叠收纳，减小体积，从而便于运输和布置。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种机械臂，包括多个依次串行活动连接且尺寸逐渐减小的臂杆，位于首端且尺寸最大的所述臂杆活动设置于基座上，在实现折叠的同时，机械臂由基座到末端尺寸逐渐减小，更符合力学规律，能够实现更长距离的伸展；所述臂杆的竖直截面为顶部开口的矩形结构，靠近末端的所述臂杆能够向上旋转收折到靠近首端的相邻所述臂杆内，臂杆截面呈顶部开口的矩形，使每一节臂杆可以折叠在前一节臂杆之内，达到了实现机械臂折叠减少外轮廓尺寸方便运输部署的目的。同时，针对圆筒截面限制了滑轮数量，本发明中提出的矩形截面臂杆，通过改变矩形边长达到了可以增加滑轮数量，使机械臂可以拥有更多关节的目的；所述臂杆靠近所述基座的一端固定设置有定轮组，所述定轮组分别通过绳索与位于所述基座上的多个绞盘一一对应连接，多个所述绞盘分别连接有控制电机。

可选的，所述臂杆包括俯仰关节臂和偏航俯仰关节臂；多个所述俯仰关节臂依次串行活动连接，位于首端的所述俯仰关节臂与所述基座活动连接，位于末端的所述俯仰关节臂远离所述基座的一端活动连接有所述偏航俯仰关节臂，多个所述偏航俯仰关节臂依次串行活动连接，靠近所述基座一端的所述偏航俯仰关节臂与远离所述基座一端的所述俯仰关节臂活动连接。

可选的，所述俯仰关节臂包括两个对称设置的侧板，两个所述侧板底部通过底板固定连接，且两个所述侧板的长度大于所述底板的长度；所述定轮组包括竖直固定设置于所述侧板首端的定轮，两个所述定轮活动穿设于固定轴上，所述固定轴两端固定设置于靠近所述基座一端的相邻所述俯仰关节臂末端，与所述基座连接的所述俯仰关节臂首端的固定轴固定设置于所述基座上；所述定轮与所述基座之间的所有所述固定轴上均分别设置有与所述定轮对应的滑轮，所述固定轴上的滑轮和定轮数量之和与靠近所述基座一端的相邻所述固定轴上的滑轮数量相等；所述定轮顶部和底部分别固定连接有一个所述绳索，所述绳索一端与所述定轮固定连接，另一端依次缠绕于所述定轮和所述基座之间所有所述固定轴上相对应的滑轮后与所述基座上相对应的绞盘固定连接。

可选的，所述俯仰关节臂的两个侧板之间设置有两个导轮，所述导轮位于所述固定轴下方，两个所述导轮分别位于所述底板两端，所述底板的竖直投影位于两个所述导轮的竖直投影之间，两个所述导轮的竖直投影位于相邻两个所述固定轴的竖直投影之间；所述绳索位于相邻两个所述固定轴之间的部分环绕于该相邻两个所述固定轴之间的所述导轮上，且所述绳索位于相邻两个所述固定轴之间的部分设置于该相邻两个所述固定轴之间的所述底板外侧。

可选的，所述偏航俯仰关节臂包括两个对称设置的侧板，两个所述侧板底部通过底板固定连接，且两个所述侧板的长度大于所述底板的长度；所述定轮组包括水平固定设置于所述侧板的首端的两个定轮，两个所述定轮对称设置于所述侧板首端的上部和下部，两个所述定轮之间活动连接有竖直设置的竖轴，所述竖轴通过水平设置的连杆固定连接有水平设置的固定轴，所述固定轴与所述连杆垂直设置，所述固定轴两端转动设置于靠近所述基座一端的相邻所述偏航俯仰关节臂末端，与所述俯仰关节臂连接的所述偏航俯仰关节臂首端的固定轴转动设置于最末端的所述俯仰关节臂上，所述固定轴上固定套设有两个滑轮；所述定轮两侧分别固定连接有一个所述绳索，两个所述绳索一端分别与所述定轮两侧固定连接，另一端缠绕于同侧相邻的所述滑轮后与所述基座上对应的所述绞盘固定连接。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明具有方便运输、布置等优点。因为本发明中采用了截面为顶部开口矩形结构的臂杆，同时将牵引绳索通过滑轮引导至臂杆底部，使每一节臂杆可以折叠在前一节臂杆之内，达到了实现机械臂折叠减少外轮廓尺寸方便运输部署的目的。本发明具有可扩展更多关节的优点，矩形截面扩展关节仅需加长一边的边长，滑轮数量不受限制。机械臂由基座到末端尺寸逐渐减小，更符合力学规律，能够实现更长距离的伸展。

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为本发明机械臂结构示意图；

图2为本发明机械臂的臂杆竖截面示意图；

图3为本发明俯仰关节臂运动状态原理示意图；

图4为本发明偏航俯仰关节臂偏航运动状态原理示意图；

图5为本发明偏航俯仰关节臂俯仰运动状态原理示意图；

图6为本发明机械臂折叠后的结构示意图；

附图标记说明：1、臂杆；2、基座；3、绳索；4、绞盘；5、控制电机；6、控制电脑；7、俯仰关节臂；8、偏航俯仰关节臂；9、侧板；10、连杆；11、定轮；12、固定轴；13、滑轮；14、竖轴。

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。

本发明的目的是提供一种机械臂，以解决上述现有技术存在的问题，能够折叠收纳，减小体积，从而便于运输和布置。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明提供一种机械臂，如图1、图2、图3、图4、图5和图6所示，包括多个依次串行活动连接且尺寸逐渐减小的臂杆1，位于首端且尺寸最大的臂杆1活动设置于基座2上；如图2所示，臂杆1的竖直截面为顶部开口的矩形结构，靠近末端的臂杆1能够向上旋转收折到靠近首端的相邻臂杆1内；臂杆1靠近基座2的一端固定设置有定轮组，定轮组分别通过绳索3与位于基座2上的多个绞盘4一一对应连接，多个绞盘4分别连接有控制电机5，控制电机5电连接有控制电脑6。由基座2向末端方向臂杆1尺寸逐渐减小，在折叠时，靠近末端较小的臂杆1可以旋转收折在靠近基座2较大的臂杆1之内，臂杆1包括俯仰关节臂7和偏航俯仰关节臂8。机械臂依靠绳索3牵拉实现运动，其拥有6个俯仰关节臂7以及2个偏航俯仰关节臂8。

多个俯仰关节臂7依次串行活动连接，位于首端的俯仰关节臂7与基座2活动连接，位于末端的俯仰关节臂7远离基座2的一端活动连接有偏航俯仰关节臂8，多个偏航俯仰关节臂8依次串行活动连接，靠近基座2一端的偏航俯仰关节臂8与远离基座2一端的俯仰关节臂7活动连接。俯仰关节臂7包括两个对称设置的侧板9，两个侧板9底部通过底板固定连接，且两个侧板9的长度大于底板的长度，于不同的实施例中，俯仰关节臂7也可以不设置底板，两个侧板9底部通过导轮轴固定连接，导轮轴上套设有导轮；定轮组包括竖直固定设置于侧板9首端的定轮11，两个定轮11活动穿设于固定轴12上，固定轴12两端固定设置于靠近基座2一端的相邻俯仰关节臂7末端，从而通过固定轴12可以将两个俯仰关节臂7转动连接，此处连接形式不做具体限定，还可以使用360度铰链实现机械臂的紧密连接，从而实现机械臂最终的折叠布置。与基座2连接的俯仰关节臂7首端的固定轴12固定设置于基座2上，如图3所示，俯仰关节臂7的驱动依靠在矩形臂杆靠近基座2一端布置的一组定轮11在两组绳索3拮抗驱动下实现；定轮11与基座2之间的所有固定轴12上均分别设置有与定轮11对应的滑轮13，固定轴12上的滑轮13和定轮11数量之和与靠近基座2一端的相邻固定轴12上的滑轮13数量相等，从而使得前一级俯仰关节臂7上的固定轴12上套设有分别与后面所有俯仰关节臂7的定轮11分别对应的滑轮，各个俯仰关节臂7分别运动时，绳索3经过其各自对应的滑轮13最终到达其对应的绞盘4，从而不会发生多个俯仰关节臂7之间的干涉；定轮11顶部和底部分别固定连接有一个绳索3，绳索3一端与定轮11固定连接，另一端依次缠绕于定轮11和基座2之间所有固定轴12上相对应的滑轮13后与基座2上相对应的绞盘4固定连接。两个绳索3一端分别固定在定轮11的上下两端，另一端引出缠绕在该定轮11前一级臂杆末端靠近下边缘的导轮，使驱动绳索避免在臂杆折叠时发生干涉。绳索3经过前一级臂杆外底部后通过前一级臂杆另一处于前端下边缘的导轮，缠绕在定轮11前一级臂杆靠近基座方向的滑轮13上，从滑轮13引出后缠绕在所在臂杆前一级的臂杆末端导轮上，依次类推直至穿过最后一个关节后连接在对应的绞盘4上。当电机驱动绞盘4转动时，驱动绳索便能产生运动带动臂杆运动。当位于定轮11上方的绳索3向收紧的方向运动，位于定轮11下方的绳索3向放松的方向运动时，俯仰关节臂7便产生上仰运动，反之则反向运动。

偏航俯仰关节臂8包括两个定轮11组成的偏航关节和两个滑轮13组成的俯仰关节，俯仰关节臂的两个侧板9之间设置有两个导轮，导轮位于固定轴12下方，两个导轮分别位于底板两端，底板的竖直投影位于两个导轮的竖直投影之间，两个导轮的竖直投影位于相邻两个固定轴12的竖直投影之间；绳索3位于相邻两个固定轴12之间的部分环绕于该相邻两个固定轴12之间的导轮上，且绳索3位于相邻两个固定轴12之间的部分设置于该相邻两个固定轴12之间的底板外侧。具体的，偏航俯仰关节臂8的定轮组包括水平固定设置于侧板9的首端的两个定轮11，两个定轮11对称设置于侧板9首端的上部和下部，两个定轮11之间活动连接有竖直设置的竖轴14，竖轴14通过水平设置的连杆10固定连接有水平设置的固定轴12，固定轴12与连杆10垂直设置，固定轴12两端转动设置于靠近基座2一端的相邻偏航俯仰关节臂8末端，与俯仰关节臂7连接的偏航俯仰关节臂8首端的固定轴12转动设置于最末端的俯仰关节臂7上，固定轴12上固定套设有两个滑轮13；定轮11两侧分别固定连接有一个绳索3，两个绳索3一端分别与定轮11两侧固定连接，另一端缠绕于同侧相邻的滑轮13后与基座2上对应的绞盘4固定连接。偏航俯仰关节臂8布置在机械臂末端，绳索3缠绕在上下两定轮11上并与其固定，上下偏航定轮左右侧的绳索3分别缠绕在左侧俯仰滑轮以及右侧俯仰滑轮上。如图4和图5所示，当上方两根绳索3向收紧的方向运动，下方两根向放松的方向运动，产生俯仰运动。当位于同一侧的上下两根绳索3同时向收紧的方向运动，另一侧的两根绳索3向放松的方向运动时，产生偏航运动。当绳索3从俯仰滑轮引出后，其缠绕方式与一般俯仰关节相同，最终与绞盘相连。

本发明机械臂折叠状态通过自身关节运动实现，如图6所示，较小的靠近末端的关节进行上仰运动，直到臂杆与其上一级臂杆重合，上一级臂杆重复之前的动作，依次类推直至完全折叠。基座是用来连接机械臂杆，同时对机械臂绳索进行牵拉驱动的装置。在驱动基座上，布置有16个绞盘4，每个绞盘4与一个伺服电机连接。在基座2底部布置有控制电脑以及伺服电机驱动器。电脑根据机械臂所需姿态计算电机运动至伺服电机驱动器，驱动器驱动电机带动绞盘4运动，绞盘4牵拉绳索3最终实现机械臂运动。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“顶”、“底”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“笫二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明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 (1)

1.一种机械臂，其特征在于：包括多个依次串行活动连接且尺寸逐渐减小的臂杆，位于首端且尺寸最大的所述臂杆活动设置于基座上；所述臂杆的竖直截面为顶部开口的矩形结构，靠近末端的所述臂杆能够向上旋转收折到靠近首端的相邻所述臂杆内；所述臂杆靠近所述基座的一端固定设置有定轮组，所述定轮组分别通过绳索与位于所述基座上的多个绞盘一一对应连接，多个所述绞盘分别连接有控制电机；所述臂杆包括俯仰关节臂和偏航俯仰关节臂；多个所述俯仰关节臂依次串行活动连接，位于首端的所述俯仰关节臂与所述基座活动连接，位于末端的所述俯仰关节臂远离所述基座的一端活动连接有所述偏航俯仰关节臂，多个所述偏航俯仰关节臂依次串行活动连接，靠近所述基座一端的所述偏航俯仰关节臂与远离所述基座一端的所述俯仰关节臂活动连接；所述偏航俯仰关节臂包括两个对称设置的侧板，两个所述侧板底部通过底板固定连接，且两个所述侧板的长度大于所述底板的长度；所述定轮组包括水平固定设置于所述侧板的首端的两个定轮，两个所述定轮对称设置于所述侧板首端的上部和下部，两个所述定轮之间活动连接有竖直设置的竖轴，所述竖轴通过水平设置的连杆固定连接有水平设置的固定轴，所述固定轴与所述连杆垂直设置，所述固定轴两端转动设置于靠近所述基座一端的相邻所述偏航俯仰关节臂末端，与所述俯仰关节臂连接的所述偏航俯仰关节臂首端的固定轴转动设置于最末端的所述俯仰关节臂上，所述固定轴上固定套设有两个滑轮；所述定轮两侧分别固定连接有一个所述绳索，两个所述绳索一端分别与所述定轮两侧固定连接，另一端缠绕于同侧相邻的所述滑轮后与所述基座上对应的所述绞盘固定连接；所述俯仰关节臂包括两个对称设置的侧板，两个所述侧板底部通过底板固定连接，且两个所述侧板的长度大于所述底板的长度；所述定轮组包括竖直固定设置于所述侧板首端的定轮，两个所述定轮活动穿设于固定轴上，所述固定轴两端固定设置于靠近所述基座一端的相邻所述俯仰关节臂末端，与所述基座连接的所述俯仰关节臂首端的固定轴固定设置于所述基座上；所述定轮与所述基座之间的所有所述固定轴上均分别设置有与所述定轮对应的滑轮，所述固定轴上的滑轮和定轮数量之和与靠近所述基座一端的相邻所述固定轴上的滑轮数量相等；所述定轮顶部和底部分别固定连接有一个所述绳索，所述绳索一端与所述定轮固定连接，另一端依次缠绕于所述定轮和所述基座之间所有所述固定轴上相对应的滑轮后与所述基座上相对应的绞盘固定连接；所述俯仰关节臂的两个侧板之间设置有两个导轮，所述导轮位于所述固定轴下方，两个所述导轮分别位于所述底板两端，所述底板的竖直投影位于两个所述导轮的竖直投影之间，两个所述导轮的竖直投影位于相邻两个所述固定轴的竖直投影之间；所述绳索位于相邻两个所述固定轴之间的部分环绕于该相邻两个所述固定轴之间的所述导轮上，且所述绳索位于相邻两个所述固定轴之间的部分设置于该相邻两个所述固定轴之间的所述底板外侧。