專利名稱：一種蛇形機(jī)械臂的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機(jī)械自動化產(chǎn)品技術(shù)領(lǐng)域，特指一種可實(shí)現(xiàn)任意方向轉(zhuǎn)動、扭曲的蛇形機(jī)械臂。
背景技術(shù)：
在自動化生產(chǎn)、加工過程中經(jīng)常需要使用機(jī)械臂來完成一些工作，常見的機(jī)械臂包括以下幾種方式第一種是采用X/Y/Z三軸運(yùn)行機(jī)構(gòu)，即該機(jī)械臂安裝在一個X/Y/Z三軸疊加運(yùn)行的平臺上，通過該平臺在X/Y/Z方向上的運(yùn)行，帶動機(jī)械臂實(shí)現(xiàn)在三維空間中的運(yùn)行。 第二種是在上述第一種基礎(chǔ)上增加旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，以增加一個旋轉(zhuǎn)方向上的運(yùn)行。第三種是采用連桿機(jī)構(gòu)，即該機(jī)械臂采用多連桿樞接，通過控制連桿的伸縮從而控制機(jī)械臂在各個方向上的運(yùn)行。另外，還可將上述幾種模式相互結(jié)合，組合形成多用途機(jī)械臂。但是上述機(jī)械臂存在一個最大的問題就是，機(jī)械臂自身難以實(shí)現(xiàn)任意角度的彎曲。雖然通過連桿機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)一定的彎曲功能，但是這種機(jī)構(gòu)僅僅適用于較大的機(jī)械臂，對于一些體積較小的精密產(chǎn)品而言，連桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難以適應(yīng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題就在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種體積小、可實(shí)現(xiàn)任意方向轉(zhuǎn)動、扭曲的蛇形機(jī)械臂。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用了下述技術(shù)方案該蛇形機(jī)械臂包括一臂體，該臂體由多數(shù)個骨節(jié)依次活動連接形；一驅(qū)動部，該驅(qū)動部包括多數(shù)個驅(qū)動單元和承載驅(qū)動單元的支撐板；一連接部，該連接部位于臂體和驅(qū)動部之間，所述的驅(qū)動部固定連接于連接部的后端，所述的臂體中第一個骨節(jié)連接于連接部的前端；所述的臂體中兩相鄰骨節(jié)之間采用十字軸連接，兩相鄰骨節(jié)之間通過十字軸實(shí)現(xiàn)上下、左右方向的自由擺動；除第一個骨節(jié)外，其余骨節(jié)同時與兩個驅(qū)動單元連動，其中每個驅(qū)動單元設(shè)置有一組牽引線，每組牽引線分別連接在所述骨節(jié)的兩個相對方向，通過兩組牽引線的牽動驅(qū)動與之對應(yīng)的骨節(jié)實(shí)現(xiàn)上下、左右方向擺動。進(jìn)一步而言，上述技術(shù)方案中，所述的骨節(jié)包括一套管、固定在套管端部的法蘭以及與法蘭固定連接的連接件；沿套管的管壁軸向均勻開設(shè)有供牽引線穿過的穿孔；所述的法蘭上對應(yīng)穿孔的位置開設(shè)有與之對應(yīng)的通孔；所述的連接件上成型有與十字軸中一組相對樞軸樞接的耳板。進(jìn)一步而言，上述技術(shù)方案中，所述的套管靠近端部的側(cè)壁上開設(shè)有固定孔；所述的法蘭包括開設(shè)有通孔的端蓋和插入套管內(nèi)的內(nèi)緣，其中于該內(nèi)緣的側(cè)壁形成有與固定孔位置對應(yīng)的卡槽；通過穿過法蘭上的通孔的螺釘與卡槽的卡扣將法蘭固定在套管的端面。
進(jìn)一步而言，上述技術(shù)方案中，所述套管端部的內(nèi)部形成有一凸緣，所述的連接件插入法蘭中心孔后放置于該凸緣的端面，連接件通過螺釘固定在凸緣的端面上。進(jìn)一步而言，上述技術(shù)方案中，所述的驅(qū)動單元包括馬達(dá)、牽引線、滑塊、絲桿和與滑塊配合的導(dǎo)軌，其中馬達(dá)通過聯(lián)軸器與絲桿連動，所述的滑塊套設(shè)于絲桿上、并與絲桿螺紋配合，通過馬達(dá)驅(qū)動絲桿旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動滑塊沿導(dǎo)軌運(yùn)行；每組驅(qū)動單元上設(shè)置兩根牽引線，其中一根牽引線起始端固定在滑塊上，另一根牽引線的起始端固定在驅(qū)動部的支撐板上，兩根牽引線的末端分別連接于一個骨節(jié)的相對兩端。進(jìn)一步而言，上述技術(shù)方案中，所述起始端固定在支撐板上的牽引線中間連接有一脹緊器，通過該脹緊器令該牽引線保持在脹緊狀態(tài)。進(jìn)一步而言，上述技術(shù)方案中，所述起始端固定在滑塊上的牽引線繞過一固定在支撐板上的定滑輪。進(jìn)一步而言，上述技術(shù)方案中，所述的連接部包括與驅(qū)動部中支撐板固定的固定 部、與臂體中第一個骨節(jié)固定連接的緊固部，其中固定部與緊固部相互固定連接，并且在固定部和緊固部上均開設(shè)有供牽引線穿過的通孔。進(jìn)一步而言，上述技術(shù)方案中，所述驅(qū)動單元的數(shù)量為骨節(jié)數(shù)量-I后的兩倍。本發(fā)明是模擬蛇設(shè)計(jì)而成，整個機(jī)械臂由若干個骨節(jié)相互樞接構(gòu)成，骨節(jié)與骨節(jié)之間采用雙向的樞接結(jié)構(gòu)，即兩骨節(jié)之間可實(shí)現(xiàn)上下、左右擺動。每一個可轉(zhuǎn)動的骨節(jié)都通過一組牽引線拉牽引，牽引線通過驅(qū)動單元驅(qū)動，從而可實(shí)現(xiàn)骨節(jié)之間的相互擺動。該設(shè)計(jì)理念是兩相鄰骨節(jié)結(jié)合部具有兩個自由度，通過雙電機(jī)驅(qū)動分別驅(qū)動其中一個自由度。這種單個骨節(jié)的擺動疊加起來就形成了整個機(jī)械臂任意方向擺動、機(jī)械臂自身也可形成任意角度的彎曲，并且機(jī)械臂可形成三維空間曲形彎曲。本發(fā)明采用這種蛇形設(shè)計(jì)，可使整個機(jī)械臂的結(jié)合盡可能緊湊，同時確保機(jī)械臂具有足夠和較大的彎曲范圍。


圖I是本發(fā)明的立體圖；圖2是本發(fā)明的主視圖；圖3是本發(fā)明的裝配示意圖；圖4是本發(fā)明中臂體起始端的立體分解圖；圖5是圖4另一視角的立體圖；圖6是本發(fā)明中法蘭的立體圖；圖7是本發(fā)明中連接件的立體圖；圖8是本發(fā)明中驅(qū)動部的立體圖；圖9是圖8的主視圖；圖10是本發(fā)明另一實(shí)施例中驅(qū)動部的后視圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例和附圖對本發(fā)明進(jìn)一步說明。見圖1-9所示，本發(fā)明為一種蛇形機(jī)械臂，該機(jī)械臂有臂體10、驅(qū)動部20和連接部3構(gòu)成，其中連接部3位于臂體10和驅(qū)動部20之間，所述的驅(qū)動部20固定連接于連接部3的后端，所述的臂體10連接于連接部3的前端。通過驅(qū)動部20來驅(qū)動臂體10實(shí)現(xiàn)彎曲、擺動。見圖1、2、3所示，臂體10由多個骨節(jié)I相互連接形成，本實(shí)施例中采用了 5個骨節(jié)，兩個相鄰骨節(jié)I之間均可具有上下、左右方向上的兩個自由度。其中第一個骨節(jié)直接固定連接在連接部3上，而最后一個骨節(jié)用于與工作部(如機(jī)械手、探頭等)連接。除第一個骨節(jié)外，其余骨節(jié)I同時與驅(qū)動部3中的兩個驅(qū)動單元2連動，其中每個驅(qū)動單元2設(shè)置有一組牽引線22，每組牽引線22分別連接在所述骨節(jié)I的兩個相對方向，通過兩組牽引線22的牽動驅(qū)動與之對應(yīng)的骨節(jié)I實(shí)現(xiàn)上下、左右方向擺動。見圖4、5、6、7所示，所述的骨節(jié)I包括一套管11、固定在套管11端部的法蘭12以及與法蘭12固定連接的連接件13 ;沿套管11的管壁軸向均勻開設(shè)有供牽引線22穿過的穿孔110 ;所述的法蘭12上對應(yīng)穿孔110的位置開設(shè)有與之對應(yīng)的通孔120 ;所述的連接件13上成型有與十字軸5中一組相對樞軸樞接的耳板130。兩個相鄰骨節(jié)I之間通過十字 軸5與兩耳板130連接實(shí)現(xiàn)雙自由度轉(zhuǎn)動。臂體10中第一個骨節(jié)與連接部3連接的一端無需設(shè)置法蘭12和連接件13，臂體10最后一個骨節(jié)的末端與工作部連接，無需設(shè)置法蘭12和連接件13。所述的套管11靠近端部的側(cè)壁上開設(shè)有固定孔111 ;所述的法蘭12包括開設(shè)有通孔120的端蓋121和插入套管11內(nèi)的內(nèi)緣122，其中于該內(nèi)緣122的側(cè)壁形成有與固定孔111位置對應(yīng)的卡槽123 ;通過穿過法蘭12上的通孔120的螺釘與卡槽123的卡扣將法蘭12固定在套管11的端面。所述套管11端部的內(nèi)部形成有一凸緣112，所述的連接件13插入法蘭12中心孔后放置于該凸緣112的端面，連接件13通過螺釘固定在凸緣112的端面上。見圖8、9所示，所述的驅(qū)動部20包括若干個驅(qū)動單元2和承載驅(qū)動單元2的支撐板4。每個驅(qū)動單元2包括馬達(dá)21、牽引線22、滑塊23、絲桿24和與滑塊23配合的導(dǎo)軌25，其中馬達(dá)21通過聯(lián)軸器與絲桿24連動，所述的滑塊23套設(shè)于絲桿24上、并與絲桿24螺紋配合，通過馬達(dá)21驅(qū)動絲桿24旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動滑塊23沿導(dǎo)軌25運(yùn)行；每組驅(qū)動單元2上設(shè)置兩根牽引線22，其中一根牽引線22起始端固定在滑塊23上，另一根牽引線22的起始端固定在驅(qū)動部20的支撐板4上，兩根牽引線22的末端分別連接于一個骨節(jié)I的相對兩端。所述起始端固定在支撐板4上的牽引線22中間連接有一脹緊器26，通過該脹緊器26令該牽引線22保持在脹緊狀態(tài)。所述起始端固定在滑塊23上的牽引線22繞過一固定在支撐板4上的定滑輪27。每個骨節(jié)I需要兩個驅(qū)動單元2來驅(qū)動，所以驅(qū)動單元2的數(shù)量為骨節(jié)I數(shù)量- I后的兩倍。結(jié)合本實(shí)施例，驅(qū)動單元2的數(shù)量為(5-1) *2=8個。所述的連接部3包括與驅(qū)動部20中支撐板4固定的固定部31、與臂體10中第一個骨節(jié)I固定連接的緊固部32，其中固定部31與緊固部32相互固定連接，并且在固定部31和緊固部32上均開設(shè)有供牽引線22穿過的通孔。本發(fā)明的工作原理為驅(qū)動部3中的所有牽引線22分別穿過連接部3上對應(yīng)的通孔以及骨節(jié)I中套管11上對應(yīng)的穿孔110。其中兩個驅(qū)動單元2的4根牽引線22在穿過第二個骨節(jié)后就停止，并固定在該第二個骨節(jié)上，固定方向與十字軸5的樞軸方向?qū)?yīng)。這兩個驅(qū)動單元2中其中一個驅(qū)動單元用于驅(qū)動該第二骨節(jié)相對第一骨節(jié)左右轉(zhuǎn)動，另一個驅(qū)動單元用于驅(qū)動該第二骨節(jié)相對第一骨節(jié)上下轉(zhuǎn)動。具體驅(qū)動時，驅(qū)動單元2中固定在滑塊23上的牽引線22通過馬達(dá)驅(qū)動滑塊實(shí)現(xiàn)拉緊，此時對應(yīng)的第二骨節(jié)就會向?qū)?yīng)方向偏轉(zhuǎn)。當(dāng)該固定在滑塊23上的牽引線22停止?fàn)恳硪桓潭ㄔ谥伟?上牽引線22將通過自身的脹緊器26實(shí)現(xiàn)拉緊，從而實(shí)現(xiàn)第二骨節(jié)向相反方向偏轉(zhuǎn)。如此，兩個驅(qū)動單元就可以驅(qū)動第二個骨節(jié)在上下、左右方向上的偏轉(zhuǎn)。按照上述原理，除第一個固定的骨節(jié)以外，其他的骨節(jié)均通過兩個驅(qū)動單元2和 四根牽引線22驅(qū)動，實(shí)現(xiàn)兩相鄰骨節(jié)的正交雙方向上的轉(zhuǎn)動。臂體10中所有骨節(jié)的擺動疊加起來就形成了整個機(jī)械臂任意方向擺動、機(jī)械臂自身也可形成任意角度的彎曲，并且機(jī)械臂可形成三維空間曲形彎曲。上述實(shí)施例中，驅(qū)動部20中8個驅(qū)動單元2采用的是上下對稱設(shè)計(jì)，即將8個驅(qū)動單元2分為上下對稱的兩組，然后固定安裝在支撐板4上。其也可采用其他固定方式，見圖10所示，本實(shí)施例中將8個驅(qū)動單元2采用環(huán)形均勻分布的方式。當(dāng)然，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并非來限制本發(fā)明實(shí)施范圍，凡依本發(fā)明申請專利范圍所述構(gòu)造、特征及原理所做的等效變化或修飾，均應(yīng)包括于本發(fā)明申請專利范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種蛇形機(jī)械臂，其特征在于該機(jī)械臂包括 一臂體(10)，該臂體(10)由多數(shù)個骨節(jié)(I)依次活動連接形； 一驅(qū)動部(20)，該驅(qū)動部(20)包括多數(shù)個驅(qū)動單元(2)和承載驅(qū)動單元(2)的支撐板⑷; 一連接部(3 )，該連接部(3 )位于臂體(10 )和驅(qū)動部(20 )之間，所述的驅(qū)動部(20 )固定連接于連接部(3)的后端，所述的臂體(10)中第一個骨節(jié)(10連接于連接部(3)的前端； 所述的臂體(10)中兩相鄰骨節(jié)(I)之間采用十字軸(5)連接，兩相鄰骨節(jié)(I)之間通過十字軸(5)實(shí)現(xiàn)上下、左右方向的自由擺動； 除第一個骨節(jié)外，其余骨節(jié)(I)同時與兩個驅(qū)動單元(2)連動，其中每個驅(qū)動單元(2)設(shè)置有一組牽弓丨線(22 )，每組牽引線(22 )分別連接在所述骨節(jié)(I)的兩個相對方向，通過 兩組牽引線(22)的牽動驅(qū)動與之對應(yīng)的骨節(jié)(I)實(shí)現(xiàn)上下、左右方向擺動。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種蛇形機(jī)械臂，其特征在于所述的骨節(jié)(I)包括一套管(11)、固定在套管(11)端部的法蘭(12)以及與法蘭(12)固定連接的連接件(13);沿套管(11)的管壁軸向均勻開設(shè)有供牽引線(22)穿過的穿孔(110);所述的法蘭(12)上對應(yīng)穿孔(110)的位置開設(shè)有與之對應(yīng)的通孔(120);所述的連接件(13)上成型有與十字軸(5)中一組相對樞軸樞接的耳板(130 )。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種蛇形機(jī)械臂，其特征在于所述的套管(11)靠近端部的側(cè)壁上開設(shè)有固定孔(111);所述的法蘭(12)包括開設(shè)有通孔(120)的端蓋(121)和插入套管(11)內(nèi)的內(nèi)緣(122)，其中于該內(nèi)緣(122)的側(cè)壁形成有與固定孔(111)位置對應(yīng)的卡槽(123);通過穿過法蘭(12)上的通孔(120)的螺釘與卡槽(123)的卡扣將法蘭(12)固定在套管(11)的端面。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種蛇形機(jī)械臂，其特征在于所述套管(11)端部的內(nèi)部形成有一凸緣(112)，所述的連接件(13)插入法蘭(12)中心孔后放置于該凸緣(112)的端面，連接件(13)通過螺釘固定在凸緣(112)的端面上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任意一項(xiàng)所述的一種蛇形機(jī)械臂，其特征在于所述的驅(qū)動單元(2)包括馬達(dá)(21)、牽引線(22)、滑塊(23)、絲桿(24)和與滑塊(23)配合的導(dǎo)軌(25)，其中馬達(dá)(21)通過聯(lián)軸器與絲桿(24)連動，所述的滑塊(23)套設(shè)于絲桿(24)上、并與絲桿(24)螺紋配合，通過馬達(dá)(21)驅(qū)動絲桿(24)旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動滑塊(23)沿導(dǎo)軌(25)運(yùn)行；每組驅(qū)動單元(2)上設(shè)置兩根牽引線(22)，其中一根牽引線(22)起始端固定在滑塊(23)上，另一根牽引線(22)的起始端固定在驅(qū)動部(20)的支撐板(4)上，兩根牽引線(22)的末端分別連接于一個骨節(jié)(I)的相對兩端。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種蛇形機(jī)械臂，其特征在于所述起始端固定在支撐板(4)上的牽引線(22 )中間連接有一脹緊器(26 )，通過該脹緊器(26 )令該牽弓丨線(22 )保持在脹緊狀態(tài)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種蛇形機(jī)械臂，其特征在于所述起始端固定在滑塊(23)上的牽引線(22 )繞過一固定在支撐板(4)上的定滑輪(27 )。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種蛇形機(jī)械臂，其特征在于所述的連接部(3)包括與驅(qū)動部(20)中支撐板(4)固定的固定部(31)、與臂體(10)中第一個骨節(jié)(I)固定連接的緊固部(32)，其中固定部(31)與緊固部(32)相互固定連接，并且在固定部(31)和緊固部(32)上均開設(shè)有供牽引線(22)穿過的通孔。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種蛇形機(jī)械臂，其特征在于所述驅(qū)動單元(2)的數(shù)量為骨節(jié)(I)數(shù)量- I后的兩倍。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種蛇形機(jī)械臂。該蛇形機(jī)械臂的臂體由多數(shù)個骨節(jié)依次活動連接形；所述的臂體中兩相鄰骨節(jié)之間采用十字軸連接，兩相鄰骨節(jié)之間通過十字軸實(shí)現(xiàn)上下、左右方向的自由擺動，通過兩組牽引線的牽動驅(qū)動與之對應(yīng)的骨節(jié)實(shí)現(xiàn)上下、左右方向擺動。本發(fā)明是模擬蛇設(shè)計(jì)而成，兩相鄰骨節(jié)結(jié)合部具有兩個自由度，通過雙電機(jī)驅(qū)動分別驅(qū)動其中一個自由度。這種單個骨節(jié)的擺動疊加起來就形成了整個機(jī)械臂任意方向擺動、機(jī)械臂自身也可形成任意角度的彎曲，并且機(jī)械臂可形成三維空間曲形彎曲。本發(fā)明采用這種蛇形設(shè)計(jì)，可使整個機(jī)械臂的結(jié)合盡可能緊湊，同時確保機(jī)械臂具有足夠和較大的彎曲范圍。
文檔編號B25J18/00GK102744732SQ20121020651
公開日2012年10月24日 申請日期2012年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月20日
發(fā)明者許振相 申請人:東莞東聚電子電訊制品有限公司