對(duì)稱可伸縮式機(jī)械臂

1.一種對(duì)稱可伸縮式機(jī)械臂，其特征在于包括底座（1）、置于底座（1）內(nèi)的直流伺服電機(jī)（16）、支座桿（4）、支架桿（5）、固定電磁線圈（2）、內(nèi)部置有磁體的移動(dòng)滑塊（3）、兩個(gè)機(jī)械臂體及控制系統(tǒng)；
所述的底座（1）上部具有空心環(huán)狀柱體（1-1），支座桿（4）下端穿過空心環(huán)狀柱體（1-1）并通過轉(zhuǎn)動(dòng)軸承與直流伺服電機(jī)（16）的輸出軸相連，支座桿（4）上端與支架桿（5）中部固定，且支座桿（4）與支架桿（5）相垂直，支座桿（4）上具有滑軌，移動(dòng)滑塊（3）和固定電磁線圈（2）均套置于支座桿（4）上，移動(dòng)滑塊（3）位于固定電磁線圈（2）的上方，固定電磁線圈（2）與底座（1）固定，在底座（1）的空心環(huán)狀柱體（1-1）內(nèi)置有兩個(gè)圓弧槽夾具（14），對(duì)稱分布于支座桿（4）的兩側(cè)，圓弧槽夾具內(nèi)有電磁線圈，圓弧槽夾具（14）的圓弧槽表面有橡皮墊（14-
1），支架桿（5）上固定有用于檢測移動(dòng)滑塊位置信息的位置傳感器（15），位置傳感器（15）與移動(dòng)滑塊（3）相對(duì)；
所述的兩個(gè)機(jī)械臂體對(duì)稱的安裝于支座桿（4）兩側(cè)，每個(gè)機(jī)械臂體包括前臂（10）、后臂（9）、第一驅(qū)動(dòng)桿（6）、第二驅(qū)動(dòng)桿（7）、肘（8）、第一輔助桿（12）、第二輔助桿（13）及掌（11），第一驅(qū)動(dòng)桿（6）的一端與移動(dòng)滑塊（3）鉸接，另一端與后臂（9）的中部鉸接，后臂（9）的上端與支架桿（5）的一側(cè)鉸接，下端與肘（8）的一端鉸接，肘（8）的另一端與前臂（10）的中部鉸接，第二驅(qū)動(dòng)桿（7）的一端與第一驅(qū)動(dòng)桿（6）的中部鉸接，另一端與前臂（10）的下端鉸接，前臂（10）的上端與掌（11）的中部鉸接，第一輔助桿（12）的下端和第二輔助桿（13）的下端均與肘（8）的中部鉸接，第一輔助桿（12）的上端與支架桿（5）的端部鉸接，第二輔助桿（13）的上端與掌（11）的一端鉸接，第一輔助桿（12）、后臂（9）、肘（8）及支架桿（5）構(gòu)成一個(gè)平行四邊形機(jī)構(gòu)，第二輔助桿（13）、前臂（10）、肘（8）及掌（11）也構(gòu)成一個(gè)平行四邊形機(jī)構(gòu)；
所述的控制系統(tǒng)包括工控機(jī)（17）、運(yùn)動(dòng)控制卡（18）、用于驅(qū)動(dòng)直流伺服電機(jī)（16）的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器（19）、用于控制固定電磁線圈（2）的第一線圈驅(qū)動(dòng)器（20）、及用于控制圓弧槽夾具（14）內(nèi)電磁線圈的第二線圈驅(qū)動(dòng)器（21），所述的工控機(jī)（17）與運(yùn)動(dòng)控制卡（18）連接，運(yùn)動(dòng)控制卡（18）的三個(gè)輸出端分別與電機(jī)驅(qū)動(dòng)器（19）的輸入端、第一線圈驅(qū)動(dòng)器（20）的輸入端及第二線圈驅(qū)動(dòng)器（21）的輸入端相連，運(yùn)動(dòng)控制卡（18）的兩個(gè)輸入端分別與位置傳感器（15）的信號(hào)輸出端及直流伺服電機(jī)（16）內(nèi)編碼器的信號(hào)輸出端連接。

對(duì)稱可伸縮式機(jī)械臂\n技術(shù)領(lǐng)域\n[0001] 本發(fā)明涉及一種對(duì)稱可伸縮式機(jī)械臂，可應(yīng)用于碼垛、搬運(yùn)等多種場合。\n背景技術(shù)\n[0002] 隨著物流等行業(yè)的快速發(fā)展，用于物品搬運(yùn)的機(jī)械臂方案被不斷設(shè)計(jì)并應(yīng)用于工作場所，如何以緊湊的機(jī)械結(jié)構(gòu)準(zhǔn)確而高效的完成給定的任務(wù)，是多種設(shè)計(jì)方案所追求的效果。在設(shè)計(jì)機(jī)械手臂時(shí)，需根據(jù)機(jī)械手抓取重量、自由度數(shù)、工作范圍、運(yùn)動(dòng)速度及機(jī)械手的整體布局和工作條件等各種因素綜合考慮，以達(dá)到動(dòng)作準(zhǔn)確、可靠、靈活、結(jié)構(gòu)緊湊、剛度大、自重小，從而保證一定的位置精度和響應(yīng)速度。\n發(fā)明內(nèi)容\n[0003] 本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單緊湊、穩(wěn)定性強(qiáng)且工作效率高的對(duì)稱可伸縮式機(jī)械臂。\n[0004] 本發(fā)明的對(duì)稱可伸縮式機(jī)械臂，包括底座、置于底座內(nèi)的直流伺服電機(jī)、支座桿、支架桿、固定電磁線圈、內(nèi)置有磁體的移動(dòng)滑塊、兩個(gè)機(jī)械臂體及控制系統(tǒng)；\n[0005] 所述的底座上部具有空心環(huán)狀柱體，支座桿下端穿過空心環(huán)狀柱體并通過轉(zhuǎn)動(dòng)軸承與直流伺服電機(jī)的輸出軸相連，支座桿上端與支架桿中部固定，且支座桿與支架桿相垂直，支座桿上具有滑軌，移動(dòng)滑塊和固定電磁線圈均套置于支座桿上，移動(dòng)滑塊位于固定電磁線圈的上方，固定電磁線圈與底座固定，在底座的空心環(huán)狀柱體內(nèi)置有兩個(gè)圓弧槽夾具，對(duì)稱分布于支座桿的兩側(cè)，圓弧槽夾具內(nèi)有電磁線圈，圓弧槽夾具的圓弧槽表面有橡皮墊，支架桿上固定有用于檢測移動(dòng)滑塊位置信息的位置傳感器，位置傳感器與移動(dòng)滑塊相對(duì)；\n[0006] 所述的兩個(gè)機(jī)械臂體對(duì)稱的安裝于支座桿兩側(cè)，每個(gè)機(jī)械臂體包括前臂、后臂、第一驅(qū)動(dòng)桿、第二驅(qū)動(dòng)桿、肘、第一輔助桿、第二輔助桿及掌，第一驅(qū)動(dòng)桿的一端與移動(dòng)滑塊鉸接，另一端與后臂的中部鉸接，后臂的上端與支架桿的一側(cè)鉸接，下端與肘的一端鉸接，肘的另一端與前臂的中部鉸接，第二驅(qū)動(dòng)桿的一端與第一驅(qū)動(dòng)桿的中部鉸接，另一端與前臂的下端鉸接，前臂的上端與掌的中部鉸接，第一輔助桿的下端、第二輔助桿的下端均與肘的中部鉸接，第一輔助桿的上端與支架桿的端部鉸接，第二輔助桿的上端與掌的一端鉸接，掌的下端用以連接負(fù)載，第一輔助桿、后臂、肘及支架桿構(gòu)成一個(gè)平行四邊形機(jī)構(gòu)，第二輔助桿、前臂、肘及掌也構(gòu)成一個(gè)平行四邊形機(jī)構(gòu)；\n[0007] 所述的控制系統(tǒng)包括工控機(jī)、運(yùn)動(dòng)控制卡、用于驅(qū)動(dòng)直流伺服電機(jī)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、用于控制固定電磁線圈的第一線圈驅(qū)動(dòng)器及用于控制圓弧槽夾具內(nèi)電磁線圈的第二線圈驅(qū)動(dòng)器，所述的工控機(jī)與運(yùn)動(dòng)控制卡連接，運(yùn)動(dòng)控制卡的三個(gè)輸出端分別與電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸入端、第一線圈驅(qū)動(dòng)器的輸入端及第二線圈驅(qū)動(dòng)器的輸入端相連，位置傳感器的信號(hào)輸出端及直流伺服電機(jī)內(nèi)編碼器的信號(hào)輸出端分別與運(yùn)動(dòng)控制卡的輸入端連接。\n[0008] 本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明采用電磁線圈驅(qū)動(dòng)移動(dòng)滑塊在支座桿上滑動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂的伸縮；采用兩個(gè)平行四邊形機(jī)構(gòu)可使得機(jī)械臂體的掌部始終保持水平，以滿足工作要求；采用對(duì)稱式結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)兩側(cè)同時(shí)操作，提高裝置的穩(wěn)定性和工作效率；\n采用電磁式圓弧槽夾具，可以實(shí)現(xiàn)支座桿的緊急制動(dòng)。本發(fā)明的機(jī)械臂結(jié)構(gòu)緊湊、操作方便，可用于碼垛、搬運(yùn)等多種場合，并可實(shí)現(xiàn)全方位操作且穩(wěn)定高效。\n附圖說明\n[0009] 圖1是對(duì)稱可伸縮式機(jī)械臂的機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖；\n[0010] 圖2是機(jī)械臂底座空心臺(tái)狀結(jié)構(gòu)內(nèi)的夾具結(jié)構(gòu)示意圖；\n[0011] 圖3?是對(duì)稱可伸縮式機(jī)械臂的控制系統(tǒng)示意圖；\n[0012] 圖4是對(duì)稱可伸縮式機(jī)械臂伸展時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖。\n[0013] 圖中，1.底座，1-1.空心臺(tái)狀結(jié)構(gòu)，2.固定電磁線圈，3.移動(dòng)滑塊，4.支座桿，5.支架桿，6.第一驅(qū)動(dòng)桿，7.第二驅(qū)動(dòng)桿，8.肘，9.后臂，10.前臂，11.掌，12.第一輔助桿，13.第二輔助桿，14.圓弧槽夾具，14-1.橡皮墊，15.位置傳感器，16.直流伺服電機(jī)，17.工控機(jī)，\n18.運(yùn)動(dòng)控制卡，19.電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，20.第一線圈驅(qū)動(dòng)器，21.第二線圈驅(qū)動(dòng)器。\n具體實(shí)施方式\n[0014] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。\n[0015] 參照?qǐng)D1和圖2，本發(fā)明的對(duì)稱可伸縮式機(jī)械臂，包括底座1、置于底座內(nèi)的直流伺服電機(jī)16、支座桿4、支架桿5、固定電磁線圈2、內(nèi)部置有磁體的移動(dòng)滑塊3、兩個(gè)機(jī)械臂體及控制系統(tǒng)；\n[0016] 所述的底座1上部具有空心環(huán)狀柱體1-1，支座桿4下端穿過空心環(huán)狀柱體1-1并通過轉(zhuǎn)動(dòng)軸承與直流伺服電機(jī)16的輸出軸相連，支座桿4上端與支架桿5中部固定，且支座桿4與支架桿5相垂直，支座桿4上具有滑軌，移動(dòng)滑塊3和固定電磁線圈2均套置于支座桿4上，移動(dòng)滑塊3位于固定電磁線圈2的上方，固定電磁線圈2與底座1固定，在底座1的空心環(huán)狀柱體1-1內(nèi)置有兩個(gè)圓弧槽夾具14，對(duì)稱分布于支座桿4的兩側(cè)，圓弧槽夾具內(nèi)有電磁線圈，圓弧槽夾具14的圓弧槽表面有橡皮墊14-1，支架桿5上固定有用于檢測移動(dòng)滑塊位置信息的位置傳感器15，位置傳感器15與移動(dòng)滑塊3相對(duì)，本實(shí)例中設(shè)置了兩個(gè)位置傳感器，分別位于支座桿兩側(cè)；\n[0017] 當(dāng)?shù)鬃?內(nèi)的直流伺服電機(jī)16停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，支座桿4由于慣性會(huì)繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，第二線圈驅(qū)動(dòng)器21控制圓弧槽夾具14內(nèi)電磁線圈中的電流，從而控制電磁線圈產(chǎn)生磁場的強(qiáng)弱，此時(shí)兩個(gè)圓弧槽夾具14在內(nèi)置電磁線圈產(chǎn)生的磁場力的作用下吸合，抱緊支座桿4，起到制動(dòng)作用，圓弧槽夾具14的圓弧槽處裝有橡皮墊14-1，以增大卡緊接觸時(shí)與支座桿之間的摩擦力，使支座桿立即停止轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)支座桿停止轉(zhuǎn)動(dòng)后，兩夾具在電磁力的作用下分離，釋放支座桿；\n[0018] 所述的兩個(gè)機(jī)械臂體對(duì)稱的安裝于支座桿4兩側(cè)，每個(gè)機(jī)械臂體包括前臂10、后臂\n9、第一驅(qū)動(dòng)桿6、第二驅(qū)動(dòng)桿7、肘8、第一輔助桿12、第二輔助桿13及掌11，第一驅(qū)動(dòng)桿6的一端與移動(dòng)滑塊3鉸接，另一端與后臂9的中部鉸接，后臂9的上端與支架桿5的一側(cè)鉸接，下端與肘8的一端鉸接，肘8的另一端與前臂10的中部鉸接，第二驅(qū)動(dòng)桿7的一端與第一驅(qū)動(dòng)桿6的中部鉸接，另一端與前臂10的下端鉸接，前臂10的上端與掌11的中部鉸接，第一輔助桿12的下端、第二輔助桿13的下端均與肘8的中部鉸接，第一輔助桿12的上端與支架桿5的端部鉸接，第二輔助桿13的上端與掌11的一端鉸接，第一輔助桿12、后臂9、肘8及支架桿5構(gòu)成一個(gè)平行四邊形機(jī)構(gòu)，第二輔助桿13、前臂10、肘8及掌11也構(gòu)成一個(gè)平行四邊形機(jī)構(gòu)；\n[0019] 所述的控制系統(tǒng)包括工控機(jī)17、運(yùn)動(dòng)控制卡18、用于驅(qū)動(dòng)直流伺服電機(jī)16的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器19、用于控制固定電磁線圈2的第一線圈驅(qū)動(dòng)器20及用于控制圓弧槽夾具內(nèi)電磁線圈的第二線圈驅(qū)動(dòng)器21；所述的工控機(jī)17與運(yùn)動(dòng)控制卡18連接，運(yùn)動(dòng)控制卡18的三個(gè)輸出端分別與電機(jī)驅(qū)動(dòng)器19的輸入端、第一線圈驅(qū)動(dòng)器20及第二線圈驅(qū)動(dòng)器21的輸入端相連，位置傳感器15的信號(hào)輸出端及直流伺服電機(jī)16內(nèi)編碼器的信號(hào)輸出端分別與運(yùn)動(dòng)控制卡\n18的輸入端連接，本發(fā)明中支座桿4的轉(zhuǎn)動(dòng)角度由直流伺服電機(jī)16的編碼器間接檢測，。\n[0020] 工作時(shí)，工控機(jī)下發(fā)控制指令，運(yùn)動(dòng)控制卡對(duì)指令進(jìn)行處理后，下發(fā)給電機(jī)驅(qū)動(dòng)器及線圈驅(qū)動(dòng)器，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)直流伺服電機(jī)，從而驅(qū)動(dòng)支座桿轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)兩個(gè)機(jī)械臂體轉(zhuǎn)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂的全方位操作，直流伺服電機(jī)的編碼器間接檢測支座桿的轉(zhuǎn)動(dòng)角度并將該信息反饋給運(yùn)動(dòng)控制卡；第一線圈驅(qū)動(dòng)器控制固定電磁線圈，固定電磁線圈產(chǎn)生磁場的強(qiáng)弱由第一線圈驅(qū)動(dòng)器通過控制電流進(jìn)行控制，內(nèi)置有磁體的移動(dòng)滑塊在固定電磁線圈產(chǎn)生的磁場力作用下沿支座桿軸心上下滑動(dòng)，移動(dòng)滑塊帶動(dòng)第一驅(qū)動(dòng)桿運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)兩側(cè)機(jī)械臂體的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂體的伸展與收縮，位置傳感器檢測移動(dòng)滑塊的位置信息并將該信息反饋給運(yùn)動(dòng)控制卡；機(jī)械臂體中采用平行四邊形機(jī)構(gòu)使得掌保持水平狀態(tài)。\n[0021] 機(jī)械臂的具體運(yùn)動(dòng)過程如下：\n[0022] 1）在裝載負(fù)載的工作位置處，完成負(fù)載的裝載工作，支座桿在直流伺服電機(jī)的作用下，旋轉(zhuǎn)一定的角度，即可實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂整體的旋轉(zhuǎn)；\n[0023] 2）機(jī)械臂體的展開：固定電磁線圈產(chǎn)生的磁場力與移動(dòng)滑塊中的磁場力方向相反，此時(shí)移動(dòng)滑塊在磁場的作用下向上移動(dòng)，帶動(dòng)第一驅(qū)動(dòng)桿轉(zhuǎn)動(dòng)，第一驅(qū)動(dòng)桿驅(qū)動(dòng)后臂轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)第二驅(qū)動(dòng)桿驅(qū)動(dòng)前臂轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂體的展開，掌11在第一輔助桿及第二輔助桿的作用下，始終保持與底座面平行，如圖4所示，與此同時(shí)位置傳感器不斷檢測移動(dòng)滑塊的位置信息并反饋給運(yùn)動(dòng)控制卡；\n[0024] 3）當(dāng)末端的掌11達(dá)到卸載負(fù)載的工作位置后，位置傳感器不斷檢測移動(dòng)滑塊的位置信息并實(shí)時(shí)反饋給運(yùn)動(dòng)控制卡，此時(shí)固定電磁線圈產(chǎn)生的磁場力用以克服機(jī)械臂體及末端負(fù)載的重力，使機(jī)械臂體保持該狀態(tài)，直至完成負(fù)載的卸載工作；\n[0025] 4）機(jī)械臂體的收縮：固定電磁線圈產(chǎn)生的磁場力與移動(dòng)滑塊中的磁場力方向相同，此時(shí)移動(dòng)滑塊在磁場的作用下向下移動(dòng)，帶動(dòng)第一驅(qū)動(dòng)桿轉(zhuǎn)動(dòng)，第一驅(qū)動(dòng)桿驅(qū)動(dòng)后臂轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)第二驅(qū)動(dòng)桿驅(qū)動(dòng)前臂轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂體的收縮，掌11在第一輔助桿及第二輔助桿的作用下，始終保持與底座面平行，如圖1所示，與此同時(shí)位置傳感器不斷檢測移動(dòng)滑塊的位置信息并反饋給運(yùn)動(dòng)控制卡；\n[0026] 5）支座桿在直流伺服電機(jī)的作用下，反方向旋轉(zhuǎn)一定的角度，使機(jī)械臂回到裝載負(fù)載的工作位置；\n[0027] 6）當(dāng)末端的掌11達(dá)到裝載負(fù)載的工作位置后，位置傳感器不斷檢測移動(dòng)滑塊的位置信息并實(shí)時(shí)反饋給運(yùn)動(dòng)控制卡，此時(shí)固定電磁線圈產(chǎn)生的磁場力用以克服機(jī)械臂體的重力，使機(jī)械臂體保持該狀態(tài)，直至完成負(fù)載的裝載工作；\n[0028] 7）如此往復(fù)，完成負(fù)載物體的搬運(yùn)工作。