CN105082129B - 一种机械臂 - Google Patents
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Abstract
一种机械臂属于吊装搬运机械；在基座上通过升降单元配装升降支撑板，机械臂底座固装在升降支撑板上，在机械臂底座上依次通过转盘总成、安装头、伸缩单元串接安装可折叠或展开的三节臂，所述转盘总成由转轴、转轮、转盘底座、驱动带、第一、二连接件、形状记忆聚合物驱动器装配构成，所述的升降单元和伸缩单元均由形状记忆聚合物与形状记忆合金网构成；本发明创造利用形状记忆材料的形状记忆特性，以形状记忆效应驱动代替传统的机械驱动方式，具有结构简单、降低操控过程复杂性、定位精度高、结构重量轻、作业灵活可靠的特点。
Description
技术领域
本发明创造属于吊装搬运机械设备，主要涉及一种机械臂。
背景技术
吊装搬运机械可以部分或全部代替操作人员进行生产，减轻操作人员的劳动强度，实现安全高效的生产。机械臂是搬运机械中的一个重要部件，延伸了机械手的操作范围。但是，目前机械臂多采用传统的机械驱动方式，结构繁琐，质量大，控制过程复杂，且定位精度低，一定程度上限制了机械手的适用范围。
发明内容
本发明创造的目的就是针对上述现有技术存在的不足，设计提供一种新结构的机械臂，达到简化结构、减轻重量、方便操作、提高定位精度的目的。
本发明创造的目的是这样实现的：在基座上方与升降支撑板下方之间配置六个升降单元，所述六个升降单元的上、下端分别通过上紧固件和下紧固件与升降支撑板和基座固接，机械臂底座固装在升降支撑板上端面上，第一转盘总成固装在机械臂底座上，第一安装头固装在第一转盘总成上，第一伸缩单元的一端与第一安装头固接，在所述第一伸缩单元的另一端上固装第二安装头，第二转盘总成固装在第二安装头上，第三安装头固装在第二转盘总成上，第二伸缩单元的一端与第三安装头固接，在所述第二伸缩单元的另一端上固装第四安装头，第三转盘总成固装在第四安装头上，第五安装头固装在第三转盘总成上，第三伸缩单元的一端与第五安装头固接，在所述第三伸缩单元的另一端上固装第六安装头，第四转盘总成固装在第六安装头上，在所述第四转盘总成上固装第七安装头，在所述第七安装头上通过机械手转盘总成配装机械手安装底座；所述第一、二、三、四转盘总成和机械手转盘总成的结构是：在转盘底座内部中心部位上固装转轴，转轮可转动的套装在转轴上，所述转轮配置在转盘底座内部，驱动带套装在转轮上，所述驱动带的两端通过两个第一连接件分别与左、右侧的形状记忆聚合物驱动器一端固接，所述左、右侧的形状记忆聚合物驱动器另一端通过两个第二连接件分别与转盘底座固接，其中一侧的形状记忆聚合物驱动器处于折叠收缩原始状态，另一侧的形状记忆聚合物驱动器处于展开伸直预变形状态；所述第一、二、三伸缩单元和升降单元均分别由形状记忆聚合物和形状记忆合金网构成，所述形状记忆合金网配置在形状记忆聚合物弯曲部位处被整体覆盖包容，至此构成一种机械臂。
本发明创造利用形状记忆材料的形状记忆特性，以形状记忆效应驱动代替传统的机械驱动方式，简化驱动系统结构，降低控制过程的复杂性，提高了定位精度。机械臂结构新颖，折叠状态整个机械体积小，重量轻，便于存放与拆装，机械臂作业高度和机械手位置及姿态可调，当机械臂横向展开时，作业半径较大，拓展了搬运机械的应用范围，在工程中具有更广泛的应用前景。
附图说明
图1是处于非工作状态的一种机械臂总体结构示意图；
图2是处于工作状态的一种机械臂总体结构示意图；
图3是第一、二、三、四转盘总成和机械手转盘总成结构示意图；
图4是图3的A-A剖面图；
图5是第一、二、三伸缩单元和升降单元结构示意图。
图中件号说明：
1、基座、2、下紧固件、3、升降单元、4、上紧固件、5、升降支撑板、6、机械臂底座、7、第一转盘总成、8、第一安装头、9、第一伸缩单元、10、第二安装头、11、第二转盘总成、12、第三安装头、13、第二伸缩单元、14、第四安装头、15、第三转盘总成、16、第五安装头、17、第三伸缩单元、18、第六安装头、19、第四转盘总成、20、第七安装头、21、机械手安装底座、22、机械手转盘总成、23、转轴、24、转轮、25、转盘底座、26、驱动带、27、第一连接件、28、形状记忆聚合物驱动器、29、第二连接件、30、形状记忆聚合物、31、形状记忆合金网。
具体实施方式
下面结合附图对本发明创造实施方案进行详细描述。一种机械臂，在基座1上方与升降支撑板5下方之间配置六个升降单元3，所述六个升降单元3的上、下端分别通过上紧固件4和下紧固件2与升降支撑板5和基座1固接，机械臂底座6固装在升降支撑板5上端面上，第一转盘总成7固装在机械臂底座6上，第一安装头8固装在第一转盘总成7上，第一伸缩单元9的一端与第一安装头8固接，在所述第一伸缩单元9的另一端上固装第二安装头10，第二转盘总成11固装在第二安装头10上，第三安装头12固装在第二转盘总成11上，第二伸缩单元13的一端与第三安装头12固接，在所述第二伸缩单元13的另一端上固装第四安装头14，第三转盘总成15固装在第四安装头14上，第五安装头16固装在第三转盘总成15上，第三伸缩单元17的一端与第五安装头16固接，在所述第三伸缩单元17的另一端上固装第六安装头18，第四转盘总成19固装在第六安装头18上，在所述第四转盘总成19上固装第七安装头20，在所述第七安装头20上通过机械手转盘总成22配装机械手安装底座21；所述第一、二、三、四转盘总成7、11、15、19和机械手转盘总成22的结构是：在转盘底座25内部中心部位上固装转轴23，转轮24可转动的套装在转轴23上，所述转轮24配置在转盘底座25内部，驱动带26套装在转轮24上，所述驱动带26的两端通过两个第一连接件27分别与左、右侧的形状记忆聚合物驱动器28一端固接，所述左、右侧的形状记忆聚合物驱动器28另一端通过两个第二连接件29分别与转盘底座25固接，其中一侧的形状记忆聚合物驱动器28处于折叠收缩原始状态，另一侧的形状记忆聚合物驱动器28处于展开伸直预变形状态；所述第一、二、三伸缩单元9、13、17和升降单元3均分别由形状记忆聚合物30和形状记忆合金网31构成，所述形状记忆合金网31配置在形状记忆聚合物30弯曲部位处被整体覆盖包容。
本发明创造实现转盘驱动机械臂展开的过程：对形状记忆聚合物驱动器28内置的电阻丝网通电加热，使温度达到形状记忆聚合物的转变温度，形状记忆聚合物的形状记忆效应驱动处于展开预变形状态的左侧形状记忆聚合物驱动器28发生形状回复而折叠，从而驱动驱动带26沿逆时针运动一定的位移，驱动带26带动转轮24沿逆时针转动相应的角度，同时使处于折叠状态的右侧形状记忆聚合物驱动器28发生预变形而展开，实现了转盘逆时针转动驱动，从而驱动机械臂展开。通过控制形状记忆聚合物驱动器28的激励温度可控制其变形量，使驱动带26逆时针运动相应的位移，带动转轮24转动相应的角度，从而控制机械臂的展开角度。
本发明创造实现转盘驱动机械臂折叠的过程：对形状记忆聚合物驱动器28内置的电阻丝网通电加热，使温度控制形状记忆聚合物的转变温度，形状记忆材料的形状记忆效应驱动处于展开预变形状态的右侧形状记忆聚合物驱动器28发生形状回复而折叠，从而驱动驱动带26沿顺时针运动一定的位移，驱动带26带动转轮24沿顺时针转动相应的角度，同时使处于折叠状态的左侧形状记忆聚合物驱动器28发生预变形而展开，驱动转轮24回到初始位置，从而驱动机械臂折叠。通过控制形状记忆聚合物驱动器28的激励温度可控制其变形量，使驱动带26顺时针运动相应的位移，带动转轮24转动相应的角度，从而控制机械臂的折叠角度。
当停止对形状记忆聚合物驱动器28内置的电阻丝网通电加热，转轮24相对转盘底座25静止不动，机械臂相对机械臂底座6静止。
本发明创造实现节臂伸缩的过程。对节臂的第一、二、三伸缩单元9、13、17弯曲部分内置的形状记忆合金网31通电加热，使弯曲部分的温度控制形状记忆合金转变温度，形状记忆合金网31的形状记忆效应驱动处于折叠状态的伸缩单元展开，实现了节臂的伸长。再次对节臂的第一、二、三伸缩单元9、13、17弯曲部分内置的形状记忆合金网31通电加热，使弯曲部分的温度达到形状记忆聚合物30转变温度，形状记忆聚合物30的形状记忆效应驱动处于展开状态的节臂伸缩单元回复到折叠状态，实现了节臂的收缩。
本发明创造实现工作台升降的过程。对升降单元3弯曲部分内置的形状记忆合金网31通电加热，使弯曲部分的温度达到形状记忆合金转变温度，形状记忆合金网31的形状记忆效应驱动处于折叠状态的升降单元3展开，带动升降支撑板5向上运动，实现了工作台的上升驱动。再次对升降单元3弯曲部分内置的形状记忆合金网31通电加热，使弯曲部分的温度达到形状记忆聚合物30转变温度，形状记忆聚合物30的形状记忆效应驱动处于展开状态的升降单元3回复到折叠状态，带动升降支撑板5向下运动，回到初始位置，实现了工作台的下降驱动。当停止对形状记忆合金网31通电加热，升降支撑板5相对基座1静止不动。
Claims (1)
1.一种机械臂，其特征在于：在基座(1)上方与升降支撑板(5)下方之间配置六个升降单元(3)，所述六个升降单元(3)的上、下端分别通过上紧固件(4)和下紧固件(2)与升降支撑板(5)和基座(1)固接，机械臂底座(6)固装在升降支撑板(5)上端面上，第一转盘总成(7)固装在机械臂底座(6)上，第一安装头(8)固装在第一转盘总成(7)上，第一伸缩单元(9)的一端与第一安装头(8)固接，在所述第一伸缩单元(9)的另一端上固装第二安装头(10)，第二转盘总成(11)固装在第二安装头(10)上，第三安装头(12)固装在第二转盘总成(11)上，第二伸缩单元(13)的一端与第三安装头(12)固接，在所述第二伸缩单元(13)的另一端上固装第四安装头(14)，第三转盘总成(15)固装在第四安装头(14)上，第五安装头(16)固装在第三转盘总成(15)上，第三伸缩单元(17)的一端与第五安装头(16)固接，在所述第三伸缩单元(17)的另一端上固装第六安装头(18)，第四转盘总成(19)固装在第六安装头(18)上，在所述第四转盘总成(19)上固装第七安装头(20)，在所述第七安装头(20)上通过机械手转盘总成(22)配装机械手安装底座(21)；所述第一、二、三、四转盘总成(7、11、15、19)和机械手转盘总成(22)的结构是：在转盘底座(25)内部中心部位上固装转轴(23)，转轮(24)可转动的套装在转轴(23)上，所述转轮(24)配置在转盘底座(25)内部，驱动带(26)套装在转轮(24)上，所述驱动带(26)的两端通过两个第一连接件(27)分别与左、右侧的形状记忆聚合物驱动器(28)一端固接，所述左、右侧的形状记忆聚合物驱动器(28)另一端通过两个第二连接件(29)分别与转盘底座(25)固接，其中一侧的形状记忆聚合物驱动器(28)处于折叠收缩原始状态，另一侧的形状记忆聚合物驱动器(28)处于展开伸直预变形状态；所述第一、二、三伸缩单元(9、13、17)和升降单元(3)均分别由形状记忆聚合物(30)和形状记忆合金网(31)构成，所述形状记忆合金网(31)配置在形状记忆聚合物(30)弯曲部位处被整体覆盖包容。
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