[發明專利]柔性四桿取樣機械臂

有效

• 申請號: 201110242933.8
• 申請日: 2011-08-23
• 公開（公告）號: CN102384858A
• 公開（公告）日: 2012-03-21
• 發明（設計）人: 宋愛國;凌云;盧偉
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01N1/04
• 分類號: G01N1/04
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責任公司 32112
• 代理人: 湯志武

技術領域

本發明涉及自動控制的取樣裝置，尤其涉及一種行星上使用的柔性輕型四桿取樣機械臂。

背景技術

隨著自動控制和機器人技術的快速發展，人類越來越多地利用機器人等自動化設備在深空天體中進行行星的表面巖土采集，在作業環境惡劣、人跡難至的太空中工作的機器人等自動化設備的電源一般依靠太陽能等提供，而這些綠色能源功率有限，這就對自動取樣器的功率提出了要求。?同時，由于自動取樣器需要從本地運輸到太空或偏遠地方，這就對取樣器的體積和重量也提出了要求，即在實現功能的前提下，取樣器的功耗、體積和重量越小越好。此外對于取樣器來說，取樣工作行程和取樣桿的強度較為重要，取樣行程越大，取樣器的工作范圍就越大，取樣桿的強度越大，允許取樣的物質硬度就越高，因此，在體積和重量同等的情況下，取樣器的取樣深度和取樣桿的強度越大越好。在取樣器中，取樣臂無論是體積、重量還是功耗都占很大比重，因此，重量輕、收縮體積小、伸展長度大的取樣臂的設計尤為重要。

目前國內外的取樣臂主要有關節式多桿連接、齒輪齒條式多桿連接、螺筒螺桿式多桿連接等結構，它們主要是通過關節、齒輪齒條或螺紋螺桿的方式將多節子桿連接在一起，不工作時各子桿收縮在一起，工作時各子桿展開一字相連，從而實現工作行程的伸縮。由于它們是硬連接，因此存在收縮后占據空間大而展開后工作行程小以及重量大等缺點，并且一旦出現伸縮力超過子桿的強度，取樣桿就會整體失效。

發明內容

本發明提供了一種有利于減小體積和重量、大行程且輸出平穩、協調的的柔性四桿取樣機械臂，它可以應用于自動化設備和機器人的取樣器中。

本發明的技術方案是：一種柔性四桿取樣機械臂同步伸縮機構，包括基座，在基座上設有電機和第一卷簧收縮器、第二卷簧收縮器、第三卷簧收縮器及第四卷簧收縮器，第一卷簧收縮器、第二卷簧收縮器、第三卷簧收縮器及第四卷簧收縮器呈正方形四邊式排列，第一卷簧收縮器、第二卷簧收縮器、第三卷簧收縮器及第四卷簧收縮器采用卷簧收縮裝置，卷簧收縮裝置包括卷簧收縮盒，在卷簧收縮盒上設有卷簧窗，在卷簧收縮盒內設有恢復輪盤和卷簧，卷簧的一端與恢復輪盤連接，卷簧的另一端從卷簧窗伸出并與所述取樣法蘭連接，在卷簧的兩側分別設有齒形孔；在電機的電機軸上連接有傘形齒輪，傘形齒輪分別嚙合有第一傘形齒輪、第二傘形齒輪、第三傘形齒輪和第四傘形齒輪，第一傘形齒輪、第二傘形齒輪、第三傘形齒輪和第四傘形齒輪分別通過第一轉軸、第二轉軸、第三轉軸及第四轉軸實現與基座轉動連接，在第一轉軸、第二轉軸、第三轉軸及第四轉軸分別連接有能與卷簧相配合的第一驅動帶輪、第二驅動帶輪、第三驅動帶輪及第四驅動帶輪，在第一卷簧收縮器、第二卷簧收縮器、第三卷簧收縮器和第四卷簧收縮器上連接有安裝法蘭。

本發明的優點如下：

（1）本發明采用卷簧作為取樣臂，重量輕、收縮體積小、展開行程大；

（2）本發明采用卷簧兩側的方形孔與驅動齒輪嚙合的方式實現取樣臂的伸展與收縮，實現取樣行程的可靠傳動與精確定位；?

（3）本發明實現了四桿的同步協調動作，克服了四桿在伸展或者收縮過程中由于運動不協調的問題而導致的取樣頭連接平臺的不平穩問題。同時四根柔性卷簧位置構成正方形四邊式分布設計能夠防止取樣臂出現橫向扭曲或彎折。針對現有技術中，取樣頭在上升與下降過程中會發生搖擺，出現不穩定的情況，本發明采用四桿即四個卷簧的技術措施，使得用于連接取樣頭的取樣法蘭在上升與下降過程中變得很平穩；然而，四桿即四個卷簧的技術措施雖然解決了取樣法蘭在上升與下降過程中的平穩運行問題，但不能保證各個卷簧之間的同步、協調，針對這一問題，本發明又采用了以傘形齒輪為輸入動力源，同時與用于驅動四個卷簧的第一傘形齒輪、第二傘形齒輪、第三傘形齒輪和第四傘形齒輪嚙合的技術措施，解決了四個卷簧的協調問題，確保四個卷簧能夠實現同步運動。

附圖說明

圖1是本發明實施例的結構俯視圖。

圖2是本發明實施例的卷簧收縮盒內部結構圖。

圖3是本發明實施例的結構A-A剖視圖。

圖4是本發明實施例的傳動部分B-B剖視圖。

具體實施方式

如圖1，本發明包括基座1和取樣法蘭34，在基座1上設有電機2和第一卷簧收縮器3、第二卷簧收縮器4、第三卷簧收縮器5及第四卷簧收縮器6，第一卷簧收縮器3、第二卷簧收縮器4、第三卷簧收縮器5及第四卷簧收縮器6呈正方形四邊式排列，第一卷簧收縮器3、第二卷簧收縮器4、第三卷簧收縮器5及第四卷簧收縮器6采用卷簧收縮裝置，如圖2所示，卷簧收縮裝置包括卷簧收縮盒，在卷簧收縮盒上設有卷簧窗8，在卷簧收縮盒內設有恢復輪盤35和卷簧28，卷簧28的一端與恢復輪盤35連接，卷簧28的另一端從卷簧窗8伸出并與所述取樣法蘭34連接，如圖3所示，在卷簧28的兩側分別設有齒形孔32；在電機2的電機軸12上連接有傘形齒輪13，在所述傘形齒輪13分別嚙合有第一傘形齒輪14、第二傘形齒輪15、第三傘形齒輪16和第四傘形齒輪17，第一傘形齒輪14、第二傘形齒輪15、第三傘形齒輪16和第四傘形齒輪17分別通過第一轉軸18、第二轉軸19、第三轉軸20及第四轉軸21實現與基座1轉動連接，如圖4所示，在第一轉軸18、第二轉軸19、第三轉軸20及第四轉軸21分別連接有能與卷簧相配合的第一驅動帶輪22、第二驅動帶輪23、第三驅動帶輪24及第四驅動帶輪25，第一驅動帶輪22與卷簧26兩邊的齒形孔30嚙合實現卷簧26的驅動，第一驅動帶輪23與卷簧27兩邊的齒形孔31嚙合實現卷簧27的驅動，第一驅動帶輪24與卷簧28兩邊的齒形孔32嚙合實現卷簧28的驅動，第一驅動帶輪25與卷簧29兩邊的齒形孔33嚙合實現卷簧29的驅動，第一卷簧收縮器3、第二卷簧收縮器4、第三卷簧收縮器5和第四卷簧收縮器6上連接有安裝法蘭11。