CN103895035A - 基于三角构型连杆传动的折叠式探测机械臂 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供基于三角构型连杆传动的折叠式探测机械臂，包括伸缩机构、俯仰机构、旋转机构；伸缩机构包括伸缩电机、伸缩丝杠、伸缩丝杠滑块、伸缩杆、伸缩架，通过控制伸缩电机实现伸缩杆与伸缩架的相对滑动；俯仰机构包括俯仰电机、俯仰丝杠滑块、俯仰丝杠、俯仰架、俯仰杆、俯仰杆连架、三角构型连杆；旋转机构包括旋转电机、齿轮箱、大齿轮、小齿轮。本发明当由于空间限制器人无法移动时，其仍然可使末端执行机构稳定地到达可控范围内的空间坐标中任意一点，执行末端可搭载CCD摄像头观测较为封闭空间的内部情况，也可搭载夹持机构。当在封闭空间发现生命特征时，第一时间提供相应的食品，水，药品等，从而更好的完成搜救侦测任务。

Description

基于三角构型连杆传动的折叠式探测机械臂

技术领域

本发明涉及的是一种机器人，具体地说是机械臂。

背景技术

自然灾难或人因灾难发生后，当务之急是尽快搜寻被困于现场的幸存者。由于灾后复杂多变的现场环境对搜救人员会产生巨大的威胁，有必要研究一种搜救设备，使其在采取搜救行动时第一时间进入复杂多变的灾难现场，搜集相关信息，以便监控人员及时观察险情，同时还可以辅助搜救人员迅速安全的实施搜救行动。

现有的探测执行机构多数已经实现了某一空间范围内的探测，但在探测四周环境时通常需要主体机器人进行辅助移动，大大增加了系统工作所需空间，降低了机构的执行能力。然而机器人进入现场时，需要获得当前的现场信息。当由于现场环境的复杂性使得机器人无法继续前进时，或者探测高度较高时，现有的探测执行机构便不能实现现场信息的采集。因此，有必要研究一种探测机构，使其探测执行机构能不完全依赖机器人主体，而运动至指定位置，实现进一步搜救和侦测，保证搜救侦测机器人探测执行机构的执行能力。

发明内容

本发明的目的在于提供当由于空间限制器人无法移动时，其仍然可使末端执行机构稳定地到达可控范围内的空间坐标中任意一点的基于三角构型连杆传动的折叠式探测机械臂。

本发明的目的是这样实现的：

本发明基于三角构型连杆传动的折叠式探测机械臂，其特征是：包括伸缩机构、俯仰机构、旋转机构；伸缩机构包括伸缩电机、伸缩丝杠、伸缩丝杠滑块、伸缩杆、伸缩架，伸缩丝杠滑块与伸缩杆固连，伸缩杆穿过伸缩架，伸缩丝杠与伸缩丝杠滑块以螺纹传动形式配合，伸缩电机与伸缩丝杠相连，通过控制伸缩电机实现伸缩杆与伸缩架的相对滑动；俯仰机构包括俯仰电机、俯仰丝杠滑块、俯仰丝杠、俯仰架、俯仰杆、俯仰杆连架、三角构型连杆，俯仰丝杠滑块安装在俯仰丝杠上，俯仰电机连接俯仰丝杠，俯仰丝杠安装在俯仰架上，三角构型连杆的下端部与俯仰丝杠滑块铰接，三角构型连杆的两个上端部与俯仰杆铰接，俯仰杆连接安装在俯仰架上，俯仰杆一端通过轴安装俯仰架上，俯仰杆另一端与伸缩架相连；旋转机构包括旋转电机、齿轮箱、大齿轮、小齿轮，大齿轮和小齿轮分别通过输出轴和输入轴安装在齿轮箱里，大齿轮和小齿轮相啮合，旋转电机连接输入轴，输出轴连接俯仰架。

本发明还可以包括：

1、所述的三角构型连杆包括第一-第六杆，第一-第三杆首尾依次相连组成第一三角结构，第四-第六杆首尾依次相连组成第二三角结构，第一三角结构下端部顶点与俯仰丝杠滑块铰接，第一三角结构两个上端部顶点与俯仰杆铰接，第二三角结构与第一三角结构相同、对称设置在俯仰杆的两侧。

2、舵机通过舵机架安装在伸缩杆的端部，舵机连接摄像头。

本发明的优势在于：

1.采用三角构型连杆传动，加强了系统的稳定性，提高了系统的强度。

2.使用一层俯仰机构便可探测较大的范围，实现功能的同时使结构简化。

3.应用螺旋丝杠传动原理进行驱动，保证了结构整体的紧凑型。

4.机构具备4个自由度，可以保证较强的执行能力，使得执行末端可到达控制范围内的空间坐标中任意一点。

5.可以根据实际的地形空间调整连杆的长度，从而扩大可探测范围，装配拆卸方便。

6.机构末端可以搭载CCD摄像头，也可搭载夹持机构，功能性强。

7.底部采用单级圆柱齿轮减速，使旋转电机通过齿轮传动输出足够大的转矩以驱动整体机构实现旋转运动。

附图说明

图1为本发明的装配示意图；

图2为本发明的三维示意图；

图3为机械臂动作Ⅰ过程示意图；

图4为机械臂动作Ⅱ过程示意图；

图5为机械臂动作Ⅲ过程示意图；

图6为机械臂动作Ⅳ过程示意图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1～6，本发明包含的部件：机械臂主要是由旋转机构8、9、10、14、15、俯仰机构2、3、4、6、27、伸缩机构25、24、23、22、摄像头18、舵机20、伸缩电机1、俯仰电机17、旋转电机13、俯仰架7、旋转架11、12构成。见图1，图2。

本发明采取了如下的技术方案：底部旋转部分由联轴件8、输入轴9、小齿轮10、旋转机架11、底座板12、旋转电机13、输出轴14、大齿轮15构成。底座板12与旋转机架11固连形成旋转架。输入轴9与输出轴14通过滚动轴承安装在旋转架上。旋转电机13安装在底座板12上，并通过联轴器与输入轴9固连。小齿轮10通过键连接安装在输入轴9上，并与安装在输出轴14上大齿轮15相啮合，输出轴14通过联轴件与俯仰架7固连，形成单级圆柱齿轮减速装置，装置中大、小齿轮的节圆直径比和齿数比由减速器的传动比i决定，减速器的传动比i由实际工况决定。工作中，旋转电机13通过齿轮传动输出足够大的转矩以驱动机械臂实现旋转运动。见图2。

俯仰部分由丝杠滑块I2、三角构型连杆3、俯仰杆连架4、连接轴5、俯仰丝杠6、俯仰架7、俯仰电机架16、俯仰电机17、俯仰杆21构成。俯仰杆27与俯仰杆连架4固连。俯仰杆连架4通过连接轴5转动连接于俯仰架7上，俯仰丝杠6安装在俯仰架7中心线处。丝杠滑块2与俯仰丝杠6以螺旋传动相连接。三角构型连杆3两端分别与丝杠滑块2、俯仰杆连架4铰接。俯仰电机架16与俯仰架7固连，俯仰电机17安装在俯仰电机架16上并与俯仰丝杠6通过联轴器固连。根据以上连接关系，当俯仰电机17驱动螺纹旋向一定的俯仰丝杠6转动时，输出的回转运动通过螺旋传动转化为丝杠滑块2的直线运动，进而转换成机械臂的俯仰运动。见图2。

伸缩部分由伸缩电机1、伸缩电机架26、伸缩丝杠25、丝杠滑块II24、伸缩杆23、伸缩架22构成。伸缩架22与俯仰杆27固连，伸缩杆23与伸缩架22采取滑动配合的方式安装。伸缩杆23与丝杠滑块II24固连为一体。伸缩丝杠25安装在伸缩架22中心线处并与丝杠滑块II24以螺纹传动形式配合安装，伸缩丝杠25与伸缩电机1通过联轴器固连。伸缩电机1通过伸缩电机架26固定在俯仰杆27上。伸缩电机1驱动伸缩丝杠25输出的回转运动即可转化为丝杠滑块II24的直线运动，从而实现机械臂的伸缩动作。见图2。

末端翻转部分由舵机架21、舵机20、摄像头支架19、摄像头18

组成。摄像头18安装在摄像头支架19上。舵机20输出端与摄像头支架19固连，舵机20机身固连在舵机架21上，舵机架21与伸缩杆23固连为一体。舵机20转动即可驱动机械臂实现翻转动作。见图3

机械臂在Y轴方向升降的情况如3，图4所示：首先当机械臂处于图3所示的状态即机械臂末端摄像头18处于H1的观测高度时，俯仰电机17驱动螺纹旋向一定的俯仰丝杠6转动，丝杠滑块I2通过螺旋传动将俯仰丝杠6输出的回转运动转化的直线运动，丝杠滑块I2沿俯仰丝杠6水平进给，引发三角构型连杆3转动，再由三角构型连杆驱动俯仰杆27的俯仰运动以达到指定高度H2，使机械臂处于图4所示状态。最后，舵机20转动，驱动固连在摄像头支架19上的摄像头18旋转，调节摄像头18至适当的角度，对观测物28进行观测。执行以上动作即可使机械臂末端达到不同的观测高度。

机械臂沿β旋向旋转的情况如图5所示：旋转电机13转动，驱动输入轴9转动，并通过齿轮传动减速器使输出轴14输出一定转矩以驱动机械臂沿β旋向的旋转运动，通过控制旋转电机13的转速、转角和减速器的传动比等参数来调节机械臂在β旋向旋转的速度和角度。通过执行以上动作即可实现机械臂在β旋向任意角度的旋转。

机械臂末端的伸缩探测包括伸缩杆的伸缩运动和摄像头的旋转运动，情况如图6所示：首先，伸缩电机1转动，驱动螺纹旋向一定的伸缩丝杠25转动，丝杠滑块II24通过螺旋传动将伸缩丝杠25输出的回转运动转化为直线运动，丝杠滑块II24沿伸缩丝杠25方向进给，带动伸缩杆23前伸。反之，伸缩电机1逆向转动，通过上述传动关系实现伸缩杆的后缩，从而实现机械臂末端的伸缩运动。当伸缩杆到达工作所需位置后，舵机20转动，驱动固连在摄像头支架19上的摄像头18旋转，从而调节摄像头18至适当的角度，以方便对观测物28进行观测。至此，完成机械臂末端的伸缩探测动作。

Claims (3)

1.基于三角构型连杆传动的折叠式探测机械臂，其特征是：包括伸缩机构、俯仰机构、旋转机构；伸缩机构包括伸缩电机、伸缩丝杠、伸缩丝杠滑块、伸缩杆、伸缩架，伸缩丝杠滑块与伸缩杆固连，伸缩杆穿过伸缩架，伸缩丝杠与伸缩丝杠滑块以螺纹传动形式配合，伸缩电机与伸缩丝杠相连，通过控制伸缩电机实现伸缩杆与伸缩架的相对滑动；俯仰机构包括俯仰电机、俯仰丝杠滑块、俯仰丝杠、俯仰架、俯仰杆、俯仰杆连架、三角构型连杆，俯仰丝杠滑块安装在俯仰丝杠上，俯仰电机连接俯仰丝杠，俯仰丝杠安装在俯仰架上，三角构型连杆的下端部与俯仰丝杠滑块铰接，三角构型连杆的两个上端部与俯仰杆铰接，俯仰杆连接安装在俯仰架上，俯仰杆一端通过轴安装俯仰架上，俯仰杆另一端与伸缩架相连；旋转机构包括旋转电机、齿轮箱、大齿轮、小齿轮，大齿轮和小齿轮分别通过输出轴和输入轴安装在齿轮箱里，大齿轮和小齿轮相啮合，旋转电机连接输入轴，输出轴连接俯仰架。

2.根据权利要求1所述的基于三角构型连杆传动的折叠式探测机械臂，其特征是：所述的三角构型连杆包括第一-第六杆，第一-第三杆首尾依次相连组成第一三角结构，第四-第六杆首尾依次相连组成第二三角结构，第一三角结构下端部顶点与俯仰丝杠滑块铰接，第一三角结构两个上端部顶点与俯仰杆铰接，第二三角结构与第一三角结构相同、对称设置在俯仰杆的两侧。

3.根据权利要求1或2所述的基于三角构型连杆传动的折叠式探测机械臂，其特征是：舵机通过舵机架安装在伸缩杆的端部，舵机连接摄像头。

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