[實用新型]3級伸縮式操作臂

有效

• 申請號: 201120402693.9
• 申請日: 2011-10-20
• 公開（公告）號: CN202241311U
• 公開（公告）日: 2012-05-30
• 發明（設計）人: 張衛珠
• 申請（專利權）人: 寧波力匠機械制造有限公司
• 主分類號: B25J18/04
• 分類號: B25J18/04;B25J9/02
• 代理公司: 余姚德盛專利代理事務所(普通合伙) 33239
• 代理人: 胡小永

技術領域

本實用新型涉及一種機器人技術領域，具體涉及一種3級伸縮式操作臂，適合于在異型狹長管道內部作業使用。

背景技術

在特種工業領域(如航空航天領域)，存在著許多異型狹長管道的內表面需要噴涂或焊接，由于這些狹長管道的內表面較為復雜，內部空間極為狹小，技術人員很難進入，必須采用自動化作業設備完成。目前國內外針對在異型狹長管道內壁作業的機械臂研究還非常少，申請號為CN200810209728.X的中國發明專利公開了一種超冗余全方位移動操作臂，該操作臂雖具有冗余自由度，但該操作臂不能在狹長管道內部作業。

實用新型內容

(一)要解決的技術問題

本實用新型要解決的技術問題是提供一種操作臂，能夠結合三級伸縮臂和多關節冗余機械手的優點，使得復合機械臂能夠深入狹長管道內部，并適應狹長管道內部異型結構，躲避障礙，解決異型狹長管道內壁的自動噴涂作業等問題。

(二)技術方案

為解決上述技術問題，本實用新型公開了一種3級伸縮式操作臂，包括伸縮臂、曲臂和末端執行器；末端執行器安裝在曲臂的末端，曲臂安裝在伸縮臂的末端。安裝在基座上的伸縮臂具有三級直線自由度；伸縮臂包括3級伸縮單元；每一級伸縮單元包括電機、連軸器、安裝立板、滾珠導軌、絲杠、以及螺母；電機固結在安裝立板上，其輸出軸通過連軸器連接絲杠，絲杠和螺母構成一個絲桿螺母副，螺母同時連接本伸縮單元的滑塊與下一級伸縮單元的安裝立板；電機的轉動輸出轉化為螺母沿滾珠導軌的直線運動。曲臂具有7個旋轉自由度，為冗余結構，7個旋轉自由度包括1個執行器旋轉自由度，2個俯仰自由度和4個偏航自由度。

(三)有益效果

本實用新型解決了在異型狹長管道內壁進行自動化作業的難題，具有以下優點：該機械臂同時具有3級伸縮臂和7自由度旋轉關節曲臂的功能，3級伸縮臂采用壁掛式安裝方式，該曲臂為冗余結構；故該機械臂具有自由度工作范圍大，負載能力強，操作靈活性高，躲避障礙、回避奇異性能好，可以在較狹窄或擁擠的工作場所中自如的操作。

附圖說明

圖1為本實用新型的3級伸縮式操作臂的立體示意圖。

圖2是本實用新型中3級伸縮臂結構的立體示意圖。

圖3是本實用新型中曲臂結構和末端執行器的立體示意圖。

圖4是本實用新型的3級伸縮式操作臂的主視圖。

圖5是本實用新型的3級伸縮式操作臂的側視圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例，對本實用新型的具體實施方式作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本實用新型，但不能用來限制本實用新型的范圍。

圖1為本實用新型的三級伸縮式操作臂的立體示意圖，該操作臂由末端執行器1、曲臂2和伸縮臂3組成，伸縮臂3具有3級直線自由度，曲臂2采用旋轉關節，具有7級旋轉自由度。所述末端執行器1為作業工具，安裝在旋轉關節式曲臂2的末端。所述旋轉關節式曲臂2安裝在伸縮臂3的末端處，所述伸縮臂3可以作為一個模塊安裝在基座上。采用3級伸縮臂和旋轉關節式曲臂復合形式的理由如下：3級伸縮臂可將曲臂和末端執行器運送到管道的內部，而旋轉關節式曲臂可以進一步適應異型管道內部的環境。

本結構的伸縮臂3具有3個平動伸縮單元(如圖2中4、5和6所示)，并且所述3個平動伸縮單元具有相同方向的自由度，其目的是將曲臂2和末端執行器1運送較遠距離，能夠深入到狹長管道的內部。由于伸縮臂3在完全伸展后有近10米之長，伸縮臂3所受彎矩較大，因而，需要提高多級伸縮臂3的抗彎能力。本實用新型中采用兩種措施來提高多級伸縮臂3的抗彎能力，其一是增大靠近基座部分伸縮桿的截面面積；其二是直線滾珠導軌采用壁掛式安裝結構。所謂壁掛式安裝結構即每一級滾珠導軌安裝在上一級滾珠導軌上面，相對于常見的水平布局方式來說能明顯提高導軌的剛度，提高3級伸縮臂的剛度，故該機構能夠實現大行程、高剛度的直線伸縮運動。所述壁掛式結構的每一級伸縮單元主要包括電機7、連軸器8、安裝立板9、滾珠導軌9a、絲杠10、以及螺母11等組成，電機7通過連軸器8連接絲杠10，通過絲杠10和螺母11組成的機構，將電機7的轉動輸出轉化為螺母11沿滾珠導軌9a的直線運動。伸縮單元采用絲杠和螺母將電機的轉動輸出轉變為直線運動，從而實現伸縮運動。螺母同時連接本伸縮單元的滑塊與下一級伸縮單元的安裝立板12，進而可實現3級伸縮機構的級聯。

對于機械操作臂，自由度可分為兩類：平移自由度和旋轉自由度；當機械操作臂的獨立自由度數目超過6個，則稱該機械操作臂為冗余自由度操作臂。