專(zhuān)利名稱(chēng)：柔性四桿取樣機(jī)械臂的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及自動(dòng)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(jī)械臂。
背景技術(shù)：
隨著自動(dòng)控制和機(jī)器人技術(shù)的快速發(fā)展，人類(lèi)越來(lái)越多地利用機(jī)器人等自動(dòng)化設(shè)備在深空天體中進(jìn)行行星的表面巖土采集，在作業(yè)環(huán)境惡劣、人跡難至的太空中工作的機(jī)器人等自動(dòng)化設(shè)備的電源一般依靠太陽(yáng)能等提供，而這些綠色能源功率有限，這就對(duì)自動(dòng)取樣器的功率提出了要求。同時(shí)，由于自動(dòng)取樣器需要從本地運(yùn)輸?shù)教栈蚱h(yuǎn)地方，這就對(duì)取樣器的體積和重量也提出了要求，即在實(shí)現(xiàn)功能的前提下，取樣器的功耗、體積和重量越小越好。此外對(duì)于取樣器來(lái)說(shuō)，取樣工作行程和取樣桿的強(qiáng)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(qiáng)度越大，允許取樣的物質(zhì)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(qiáng)度越大越好。在取樣器中，取樣臂無(wú)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(zhǎng)度大的取樣臂的設(shè)計(jì)尤為重要。目前國(guó)內(nèi)外的取樣臂主要有關(guān)節(jié)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(jié)構(gòu)，它們主要是通過(guò)關(guān)節(jié)、齒輪齒條或螺紋螺桿的方式將多節(jié)子桿連接在一起，不工作時(shí)各子桿收縮在一起，工作時(shí)各子桿展開(kāi)一字相連，從而實(shí)現(xiàn)工作行程的伸縮。 由于它們是硬連接，因此存在收縮后占據(jù)空間大而展開(kāi)后工作行程小以及重量大等缺點(diǎn)， 并且一旦出現(xiàn)伸縮力超過(guò)子桿的強(qiáng)度，取樣桿就會(huì)整體失效。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種有利于減小體積和重量、大行程且輸出平穩(wěn)、協(xié)調(diào)的的柔性四桿取樣機(jī)械臂，它可以應(yīng)用于自動(dòng)化設(shè)備和機(jī)器人的取樣器中。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種柔性四桿取樣機(jī)械臂同步伸縮機(jī)構(gòu)，包括基座，在基座上設(shè)有電機(jī)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(shè)有卷簧窗，在卷簧收縮盒內(nèi)設(shè)有恢復(fù)輪盤(pán)和卷簧，卷簧的一端與恢復(fù)輪盤(pán)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(cè)分別設(shè)有齒形孔；在電機(jī)的電機(jī)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(guò)第一轉(zhuǎn)軸、第二轉(zhuǎn)軸、第三轉(zhuǎn)軸及第四轉(zhuǎn)軸實(shí)現(xiàn)與基座轉(zhuǎn)動(dòng)連接，在第一轉(zhuǎn)軸、第二轉(zhuǎn)軸、第三轉(zhuǎn)軸及第四轉(zhuǎn)軸分別連接有能與卷簧相配合的第一驅(qū)動(dòng)帶輪、第二驅(qū)動(dòng)帶輪、第三驅(qū)動(dòng)帶輪及第四驅(qū)動(dòng)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。
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本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下
(1)本發(fā)明采用卷簧作為取樣臂，重量輕、收縮體積小、展開(kāi)行程大；
(2)本發(fā)明采用卷簧兩側(cè)的方形孔與驅(qū)動(dòng)齒輪嚙合的方式實(shí)現(xiàn)取樣臂的伸展與收縮， 實(shí)現(xiàn)取樣行程的可靠傳動(dòng)與精確定位；
(3)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了四桿的同步協(xié)調(diào)動(dòng)作，克服了四桿在伸展或者收縮過(guò)程中由于運(yùn)動(dòng)不協(xié)調(diào)的問(wèn)題而導(dǎo)致的取樣頭連接平臺(tái)的不平穩(wěn)問(wèn)題。同時(shí)四根柔性卷簧位置構(gòu)成正方形四邊式分布設(shè)計(jì)能夠防止取樣臂出現(xiàn)橫向扭曲或彎折。針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中，取樣頭在上升與下降過(guò)程中會(huì)發(fā)生搖擺，出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況，本發(fā)明采用四桿即四個(gè)卷簧的技術(shù)措施，使得用于連接取樣頭的取樣法蘭在上升與下降過(guò)程中變得很平穩(wěn)；然而，四桿即四個(gè)卷簧的技術(shù)措施雖然解決了取樣法蘭在上升與下降過(guò)程中的平穩(wěn)運(yùn)行問(wèn)題，但不能保證各個(gè)卷簧之間的同步、協(xié)調(diào)，針對(duì)這一問(wèn)題，本發(fā)明又采用了以傘形齒輪為輸入動(dòng)力源，同時(shí)與用于驅(qū)動(dòng)四個(gè)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(shù)措施，解決了四個(gè)卷簧的協(xié)調(diào)問(wèn)題，確保四個(gè)卷簧能夠?qū)崿F(xiàn)同步運(yùn)動(dòng)。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)俯視圖。圖2是本發(fā)明實(shí)施例的卷簧收縮盒內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。圖3是本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)A-A剖視圖。圖4是本發(fā)明實(shí)施例的傳動(dòng)部分B-B剖視圖。
具體實(shí)施例方式如圖1，本發(fā)明包括基座1和取樣法蘭34，在基座1上設(shè)有電機(jī)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(shè)有卷簧窗8，在卷簧收縮盒內(nèi)設(shè)有恢復(fù)輪盤(pán)35和卷簧28，卷簧28的一端與恢復(fù)輪盤(pán)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(cè)分別設(shè)有齒形孔32 ；在電機(jī)2的電機(jī)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(guò)第一轉(zhuǎn)軸18、第二轉(zhuǎn)軸19、第三轉(zhuǎn)軸20及第四轉(zhuǎn)軸21實(shí)現(xiàn)與基座1轉(zhuǎn)動(dòng)連接，如圖4所示，在第一轉(zhuǎn)軸18、第二轉(zhuǎn)軸19、第三轉(zhuǎn)軸20及第四轉(zhuǎn)軸21分別連接有能與卷簧相配合的第一驅(qū)動(dòng)帶輪22、第二驅(qū)動(dòng)帶輪23、第三驅(qū)動(dòng)帶輪 24及第四驅(qū)動(dòng)帶輪25，第一驅(qū)動(dòng)帶輪22與卷簧26兩邊的齒形孔30嚙合實(shí)現(xiàn)卷簧26的驅(qū)動(dòng)，第一驅(qū)動(dòng)帶輪23與卷簧27兩邊的齒形孔31嚙合實(shí)現(xiàn)卷簧27的驅(qū)動(dòng)，第一驅(qū)動(dòng)帶輪24 與卷簧28兩邊的齒形孔32嚙合實(shí)現(xiàn)卷簧28的驅(qū)動(dòng)，第一驅(qū)動(dòng)帶輪25與卷簧29兩邊的齒形孔33嚙合實(shí)現(xiàn)卷簧29的驅(qū)動(dòng)，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。
權(quán)利要求
1.一種柔性四桿取樣機(jī)械臂，包括基座(1)和取樣法蘭(34)，其特征在于，在基座(1) 上設(shè)有電機(jī)(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，所述第一卷簧收縮器(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，卷簧收縮裝置包括卷簧收縮盒，在卷簧收縮盒上設(shè)有卷簧窗(8)，在卷簧收縮盒內(nèi)設(shè)有恢復(fù)輪盤(pán)(35)和卷簧(28)，卷簧(28) 的一端與恢復(fù)輪盤(pán)(35)連接，卷簧(28)的另一端從卷簧窗伸出并與所述取樣法蘭(34)連接，在卷簧(28)的兩側(cè)分別設(shè)有齒形孔(32)；在電機(jī)(2)的電機(jī)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(guò)第一轉(zhuǎn)軸(18)、第二轉(zhuǎn)軸(19)、第三轉(zhuǎn)軸(20)及第四轉(zhuǎn)軸(21)實(shí)現(xiàn)與基座(1)轉(zhuǎn)動(dòng)連接，第一轉(zhuǎn)軸(18)、第二轉(zhuǎn)軸(19)、第三轉(zhuǎn)軸(20)及第四轉(zhuǎn)軸(21)分別連接有能與卷簧相配合的第一驅(qū)動(dòng)帶輪(22)、第二驅(qū)動(dòng)帶輪(23)、第三驅(qū)動(dòng)帶輪(24)及第四驅(qū)動(dòng)帶輪(25)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性四桿取樣機(jī)械臂，其特征在于，在第一卷簧收縮器(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)。
全文摘要
一種柔性四桿取樣機(jī)械臂，包括基座和取樣法蘭，基座上設(shè)有電機(jī)和卷簧收縮器，四個(gè)卷簧收縮器呈正方形四邊式排列，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(shè)有卷簧窗，卷簧收縮盒內(nèi)設(shè)有恢復(fù)輪盤(pán)和卷簧，卷簧的一端與恢復(fù)輪盤(pán)連接，另一端從卷簧窗伸出并與取樣法蘭連接，卷簧的兩側(cè)分別設(shè)有齒形孔；電機(jī)軸上連接有傘形齒輪，分別嚙合有四個(gè)小傘形齒輪并分別通過(guò)四個(gè)轉(zhuǎn)軸實(shí)現(xiàn)與基座轉(zhuǎn)動(dòng)連接，四個(gè)轉(zhuǎn)軸分別連接有能與卷簧相配合的四個(gè)驅(qū)動(dòng)帶輪，四個(gè)驅(qū)動(dòng)帶輪與四個(gè)卷簧兩邊的齒形孔嚙合實(shí)現(xiàn)卷簧的驅(qū)動(dòng)，四個(gè)卷簧收縮器共同連接有安裝法蘭。
文檔編號(hào)G01N1/04GK102384858SQ20111024293
公開(kāi)日2012年3月21日 申請(qǐng)日期2011年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月23日
發(fā)明者凌云, 盧偉, 宋愛(ài)國(guó) 申請(qǐng)人:東南大學(xué)