[發(fā)明專利]一種多節(jié)折疊式遙操作機械臂

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410334171.8
• 申請日: 2014-07-14
• 公開（公告）號: CN104070535A
• 公開（公告）日: 2014-10-01
• 發(fā)明（設計）人: 吳寶元;張強;郭偉斌;周玲;閆清泉;劉宜;汪增福
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院合肥物質(zhì)科學研究院
• 主分類號: B25J18/04
• 分類號: B25J18/04;B25J9/06
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 汪祥虬

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于機械臂技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及多節(jié)折疊式遙操作機械臂的結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

多節(jié)遙操作機械臂通常被稱為“蛇形機械臂”，其具有長徑比大、自由度多、空間適應強的特點，尤其適合在非結(jié)構(gòu)化縱深狹小空間內(nèi)實現(xiàn)部件的遠距離操控或狀態(tài)觀測。在保證一定末端攜載能力和操作半徑空間的前提下，遙操作機械臂力求結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，以便能夠在較小的工作場地空間內(nèi)方便實現(xiàn)其整體收納(節(jié)臂間相對折疊以減小臂體的軸向尺寸)、姿態(tài)調(diào)整和運輸，從而提高機械臂在不同場地空間使用的適應性。

中國專利申請CN102990676A公開的一種蛇形機械臂，其數(shù)個桿件(節(jié)臂)之間通過球關(guān)節(jié)串接成中心支柱，中心支柱的底部連接起支撐作用的底座，每個球關(guān)節(jié)具有3個方向的轉(zhuǎn)動自由度，相鄰兩桿件的軸線在其相連接的球關(guān)節(jié)的形心處相交。中國專利申請CN102744732A公開的一種蛇形機械臂，其臂體由多個骨節(jié)依次活動連接，兩相鄰骨節(jié)之間采用十字軸連接，通過兩組牽引線的牽動驅(qū)動與之對應的骨節(jié)實現(xiàn)上下、左右方向的自由擺動。上述兩種蛇形機械臂都存在著一個相同的問題：由于相鄰節(jié)臂(或骨節(jié))的軸線在球關(guān)節(jié)或十字軸中心處相交，相鄰兩節(jié)臂之間不能實現(xiàn)軸線相向?qū)φ?即相鄰兩節(jié)臂軸線夾角不為零)。因此，多節(jié)臂由于結(jié)構(gòu)限制不能完全折疊在一起，收納后整體軸向尺寸仍然很大，機械臂的作業(yè)空間半徑越大，其收納后整體軸向尺寸就越大，在機械臂的收納、搬運和運輸過程中，機械臂總體收納后的占地空間大造成其使用受到一定程度的限制。

荷蘭愛思唯爾(Elsevier)科學出版公司出版的《聚變工程與設計》(Fusion?Engineering?and?Design，83(2008)，pp:1833–1836.)中公開了一種被稱作“AIA”的多節(jié)遙操作機械臂(AIA,Articulated?Inspection?Arm)，每節(jié)機械臂作為一個模塊，包含兩個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)(水平方向和垂直方向各一個自由度)和一個平行四桿機構(gòu)，相鄰模塊間通過旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)連接，驅(qū)動馬達和減速器安裝在機械臂內(nèi)部，通過鋼絲繩驅(qū)動水平方向旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，垂直方向旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)由安裝在機械臂內(nèi)部的平行四桿機構(gòu)驅(qū)動。在操作任務開始前和結(jié)束后，該機械臂需置于一個長度大于機械臂總長度的長桶形的容器內(nèi)，機械臂總體進行搬運、基座位姿調(diào)整、移動等操作極不方便，需要足夠大的場地空間。機械臂越長，觀測半徑越大，總體收納后的占地空間就越大，其使用就需要更大的場地空間。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種多節(jié)折疊式遙操作機械臂，以克服現(xiàn)有機械臂總體收納后的占地空間大而造成其使用受到場地空間限制的不足，實現(xiàn)相鄰節(jié)臂中軸線相對折疊，縮小機械臂收納后的總體軸向尺寸，減小整個臂體收納后的空間半徑，在相對較小的場地空間內(nèi)可方便地對其進行收納、位姿調(diào)整和搬運等操作，大大降低其對使用場地空間的要求，進一步提高機械臂在不同場地空間內(nèi)使用的適應性。

本發(fā)明多節(jié)折疊式遙操作機械臂，包括：由M個節(jié)臂依次首尾串接而成的臂體4，節(jié)臂串接的個數(shù)M可根據(jù)實際需要確定；定義：臂體4固定在滑座3的一端為“后端”，則臂體4另一端為“前端”；左、右側(cè)是以背對移動基座1、面向臂體4前端而言，則從臂體4后端算起，各節(jié)臂依次定義為：第一節(jié)臂5，第二節(jié)臂6，…，第M-2節(jié)臂7，第M-1節(jié)臂8，第M節(jié)臂9；

其特征在于：

滑臺2固定在移動基座1的上端，滑臺2上端安裝有可沿其滑道作往復直線運動的滑座3，臂體4第一節(jié)臂5的后端固定在滑座3的前端部；

除第一節(jié)臂5和第M節(jié)臂9外，其余節(jié)臂的前、后端均成型有與關(guān)節(jié)軸13樞接的成對的前耳板10和成對的后耳板11，所述的前耳板10和后耳板11均分別加工有同軸心的、與關(guān)節(jié)軸13配合的回轉(zhuǎn)孔12；

所述的第一節(jié)臂5只包括前耳板10，所述的第M節(jié)臂9只包括后耳板11；

所述臂體4的第M-2節(jié)臂7的前耳板(10)的回轉(zhuǎn)軸線與后耳板11的回轉(zhuǎn)軸線正交；

同一個節(jié)臂的前耳板10和后耳板11的回轉(zhuǎn)軸線相互平行，且分別位于兩個平行于該節(jié)臂中軸線的平面內(nèi)，兩平面間距大于節(jié)臂半徑；

每節(jié)臂的前耳板10與其前端相鄰節(jié)臂的后耳板11通過關(guān)節(jié)軸13樞接組成一個關(guān)節(jié)模塊；

第一節(jié)臂5至第M-2節(jié)臂7中，除第M-2節(jié)臂7的前耳板10外，其余節(jié)臂的前耳板10和后耳板11的回轉(zhuǎn)軸線均垂直于移動基座1上端面；

第M節(jié)臂9至第M-2節(jié)臂7中，除第M-2節(jié)臂7的后耳板11外，其余節(jié)臂的前耳板10和后耳板11的回轉(zhuǎn)軸線均平行于移動基座1上端面；