專利名稱：變剛度、變向、變長非共軛嚙合機(jī)器人柔性臂的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種機(jī)器人柔性臂，特別是一種變剛度、變向、變長非共軛嚙合機(jī)器人柔性臂，屬于機(jī)械類的機(jī)器人領(lǐng)域。
根據(jù)核電站蒸汽發(fā)生器檢查機(jī)器人用于在需要拐彎的狹窄空間中進(jìn)行操作的環(huán)境，國內(nèi)外的這類機(jī)器人柔性臂通常采用定剛度、定長臂，結(jié)構(gòu)上有整體型、組合型，柔性臂可由金屬、工程塑料、碳纖維等材料制成，經(jīng)過對該技術(shù)領(lǐng)域的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)美國的Foster Miller公司采用的是一種稱為CECIL的機(jī)器人技術(shù)，用于核電站蒸發(fā)器的內(nèi)部空間檢查，由于該機(jī)器人技術(shù)的技術(shù)保密，無法獲知其具體原理和實(shí)施方案；又發(fā)現(xiàn)中國專利號為952262290，名稱一種折疊式機(jī)器人，該專利文獻(xiàn)稱一種用于檢測封閉容器的機(jī)器人，包括支架、與支架相連的機(jī)身，機(jī)身后連接有機(jī)臂，各機(jī)臂由電機(jī)經(jīng)傳動機(jī)構(gòu)后驅(qū)動，其特殊之處是支架及機(jī)身與第一臂之間由軸或齒輪軸連接。該項(xiàng)技術(shù)仍存在一些不足，如機(jī)器人的機(jī)臂是剛性的，因其結(jié)構(gòu)的限制，其不可能在狹小空間內(nèi)，尤其是在彎曲的管道內(nèi)進(jìn)行作業(yè)。
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種變剛度、變向、變長非共軛嚙合機(jī)器人柔性臂。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下本發(fā)明工作原理是當(dāng)柔性臂在拐彎時(shí)，剛度變小；當(dāng)柔性臂進(jìn)入狹窄空間后要進(jìn)行操作時(shí)，剛度自動變大，從而保證懸臂柔性臂在工作空間中既有足夠的剛度，同時(shí)驅(qū)動系統(tǒng)的動力需求又很小。本發(fā)明懸臂柔性臂剛度可變，不需要支撐和引導(dǎo)，不僅可以應(yīng)用于狹小空間，也可應(yīng)用于任何需要變長懸臂柔性臂操作又無法支撐和導(dǎo)引的大范圍空間。通過控制變剛度懸臂柔性臂，使之可根據(jù)應(yīng)用需要改變其伸出方向、長度和剛度，使之在改變方向時(shí)只需較小驅(qū)動力，而進(jìn)入工作空間后具有較大剛度以保證懸臂柔性臂能進(jìn)行所需要的精度較高的操作。
本發(fā)明由多個(gè)鏈節(jié)串聯(lián)而成，每個(gè)鏈節(jié)的兩側(cè)各有一組銷孔，相鄰的兩個(gè)鏈節(jié)通過加套彈簧的銷軸來連接，連接后各鏈節(jié)銷孔部分的外圈形成非共軛面的柔性齒條，可以與驅(qū)動輪齒嚙合。相鄰鏈節(jié)形成的接觸面，可使柔性臂只能單方向彎曲。相鄰的兩個(gè)鏈節(jié)和各自的兩側(cè)各有一組銷孔，鏈節(jié)的右銷孔和鏈節(jié)的左銷孔及彈簧的孔心裝配同軸后插上銷軸。根據(jù)應(yīng)用環(huán)境距離的要求，可以選擇組合的鏈節(jié)數(shù)，以改變?nèi)嵝枣湹目傞L度。在鏈節(jié)上有嚙合面，通過驅(qū)動裝置與該嚙合面的嚙合從而實(shí)現(xiàn)柔性臂的懸臂伸縮，但該嚙合面與驅(qū)動裝置嚙合齒面之間不是共軛面。彈簧采用非線性彈簧，但非線性彈簧也可改用線性彈簧或取消彈簧，當(dāng)取消彈簧時(shí)，銷軸需采用形狀記憶合金，以控制柔性臂的剛度。當(dāng)柔性臂進(jìn)入拐彎處時(shí)，銷軸直徑通電收縮從而使柔性臂的彎曲剛度變小，一旦進(jìn)入狹小空間中后，控制系統(tǒng)使銷軸恢復(fù)常溫形狀，即銷軸直徑尺寸變大，從而使柔性臂懸臂伸出部分的彎曲剛度變大。通過對銷軸直徑的合理設(shè)計(jì)可以保證獲取足夠的柔性臂懸臂伸出剛度。由于本發(fā)明中的柔性臂可以控制其拐彎時(shí)的剛度，因此柔性臂的拐彎角度可以實(shí)現(xiàn)在0～270°內(nèi)任意變動，并且不會增大對系統(tǒng)動力的需求。在鏈節(jié)上還可開設(shè)通孔，在整個(gè)柔性臂內(nèi)形成導(dǎo)孔，作為攝像頭、沖洗機(jī)構(gòu)以及微抓取機(jī)構(gòu)等裝置通路。
本發(fā)明具有實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著進(jìn)步，實(shí)現(xiàn)了在狹窄空間中和大范圍空間中遠(yuǎn)距離的實(shí)現(xiàn)變剛度、變向、變長非共軛嚙合懸臂柔性臂的操作，并且這種操作無需在柔性臂的側(cè)面加以支撐和引導(dǎo)。
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)一步描述

圖1本發(fā)明工作原理示意2本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖(一)圖3本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖(二)圖4本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖(三)如圖1所示，本發(fā)明在鏈節(jié)2上有嚙合面，通過驅(qū)動裝置3與該嚙合面的嚙合從而實(shí)現(xiàn)柔性臂1的懸臂伸縮，但該嚙合面與驅(qū)動裝置3嚙合齒面之間不是共軛面。
如圖1、圖2、圖3、圖4所示，本發(fā)明由多個(gè)鏈節(jié)2的串聯(lián)而成，每個(gè)鏈節(jié)2的兩側(cè)各有一組銷孔4，相鄰的兩個(gè)鏈節(jié)2之間通過加套非線性彈簧5的銷軸6來連接，連接后各鏈節(jié)2的銷孔4部分的外圈8形成非共軛面的柔性齒條，可以與驅(qū)動裝置3輪齒嚙合。相鄰鏈節(jié)2形成的接觸面7，可使柔性臂1單方向彎曲。相鄰的兩個(gè)鏈節(jié)和各自的兩側(cè)各有一組銷孔4，其中一個(gè)鏈節(jié)的右銷孔9和另一個(gè)鏈節(jié)的左銷孔10及非線性彈簧5的孔心裝配同軸后插上銷軸6。非線性彈簧5也可改用線性彈簧或取消彈簧，當(dāng)取消彈簧時(shí)，銷軸6需采用形狀記憶合金，以控制柔性臂1的剛度。當(dāng)柔性臂1進(jìn)入拐彎處時(shí)，銷軸6直徑通電收縮從而使柔性臂1的彎曲剛度變小，一旦進(jìn)入狹小空間中后，控制系統(tǒng)使銷軸6恢復(fù)常溫形狀，即銷軸6直徑尺寸變大，從而使柔性臂1懸臂伸出部分的彎曲剛度變大。通過對銷軸6直徑的合理設(shè)計(jì)可以保證獲取足夠的柔性臂1懸臂伸出剛度。由于本發(fā)明中的柔性臂1可以控制其拐彎時(shí)的剛度，因此柔性臂1的拐彎角度可以實(shí)現(xiàn)在0～270°內(nèi)任意變動，并且不會增大對系統(tǒng)動力的需求。在鏈節(jié)2上還可開設(shè)通孔11，在整個(gè)柔性臂1內(nèi)形成導(dǎo)孔，作為攝頭、沖洗機(jī)構(gòu)以及微抓取機(jī)構(gòu)等裝置通路。
根據(jù)應(yīng)用環(huán)境距離的要求，可以選擇組合鏈節(jié)2個(gè)數(shù)，以改變?nèi)嵝枣?的總長度。同時(shí)還可選擇彈簧剛度以改變?nèi)嵝员鄣膹澢鷦偠纫詽M足應(yīng)用需要。
權(quán)利要求
1.一種變剛度、變向、變長非共軛嚙合機(jī)器人柔性臂，主要包括鏈節(jié)(2)，其特征在于由多個(gè)鏈節(jié)(2)的串聯(lián)而成，每個(gè)鏈節(jié)(2)的兩側(cè)各有一組銷孔(4)，相鄰的兩個(gè)鏈節(jié)(2)之間通過加套非線性彈簧(5)的銷軸(6)或形狀記憶合金，銷軸(6)來連接，連接后各鏈節(jié)(2)的銷孔(4)部分的外圈形成非共軛面的柔性齒條，可以與驅(qū)動裝置(3)輪齒嚙合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的這種變剛度、變向、變長非共軛嚙合機(jī)器人柔性臂，其特征還在于相鄰的兩個(gè)鏈節(jié)和各自的兩側(cè)各有一組銷孔(4)，鏈節(jié)(2)的右銷孔和鏈節(jié)的左銷孔及非線性彈簧的孔心裝配同軸后插上銷軸(6)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的這種變剛度、變向、變長非共軛嚙合機(jī)器人柔性臂，其特征還在于在鏈節(jié)(2)上還可開設(shè)通孔(8)，在整個(gè)柔性臂(1)內(nèi)形成導(dǎo)孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的這種變剛度、變向、變長非共軛嚙合機(jī)器人柔性臂，其特征還在于根據(jù)應(yīng)用環(huán)境距離的要求，可以選擇組合鏈節(jié)(2)個(gè)數(shù)。
全文摘要
變剛度、變向、變長非共軛嚙合機(jī)器人柔性臂由多個(gè)鏈節(jié)串聯(lián)而成,每個(gè)鏈節(jié)的兩側(cè)各有一組銷孔,相鄰的兩個(gè)鏈節(jié)之間通過加套非線性彈簧的銷軸(或形狀記憶合金,銷軸)來連接,連接后各鏈節(jié)的銷孔部分的外圈形成非共軛面的柔性齒條,可以與驅(qū)動裝置輪齒嚙合。
文檔編號B25J18/00GK1288803SQ0012729
公開日2001年3月28日 申請日期2000年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月7日
發(fā)明者王石剛, 徐威, 汪國寶 申請人:上海交通大學(xué)