一种多自由度阻尼式机械臂的制作方法

本发明涉及自动化生产的机械手臂领域，特别涉及一种多自由度阻尼式机械臂。

背景技术：

现有类似的多自由度支撑装置，支撑臂为平面连杆结构，其自由度均为单一平面内的旋转自由度(都是绕y轴或x轴旋转)，支撑末端为球铰阻尼。并且支撑杆多为杆件，刚度差。这种结构，末端搭载负载小，臂展小，整体刚性差。

其次另一种现有技术为类磁力座的结构，各旋转关节处靠磁力锁紧。其缺点除了以上提出的缺点外，每次调节关节角度时，需要去掉磁力，即不能实现连续调节。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决上述技术问题之一，提供一种多自由度、末端工作位置可控、臂展大、能够通过摩擦阻尼实现连续调节的多自由度阻尼式机械臂。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供了一种多自由度阻尼式机械臂，包括基座、旋转关节、支撑架、伸缩臂、第一旋转臂、第一摆动臂、第二旋转臂和第二摆动臂；

所述旋转关节可旋转的设置在所述基座上；所述支撑架固定在所述旋转关节上，所述伸缩臂可滑动的安装在所述支撑架上；所述第一旋转臂通过一回转关节与所述伸缩臂连接，所述第一旋转臂可通过与其配合的回转关节沿轴向旋转；所述第一摆动臂通过一摆动关节与所述第一旋转臂连接，所述第一摆动臂可通过与其配合的摆动关节相对所述第一旋转臂摆动；所述第二旋转臂通过一回转关节与所述第一摆动臂连接，所述第二旋转臂通过与其配合的回转关节沿轴向旋转；所述第二摆动臂通过一摆动关节与所述第二旋转臂连接，所述第二摆动臂可通过与其配合的摆动关节相对所述第二旋转臂摆动；

所述回转关节包括用于与所述伸缩臂或所述第一摆动臂固定连接的第一回转节、用于与所述第一旋转臂或第二旋转臂固定连接的第二回转节、第一摩擦片和第一调节螺栓，所述第一回转节和第二回转节通过无油衬套铰接在一起，所述第一摩擦片位于第一回转节和第二回转节之间，所述第一回转节、第二回转节和第一摩擦片通过所述第一调节螺栓连接在一起；

所述摆动关节包括用于与所述第一旋转臂或第二旋转臂固定连接的第一摆动节、用于与所述第一摆动臂或第二摆动臂固定连接的第二摆动节、第一摩擦盘、第二摩擦盘、第二摩擦片和第二调节螺栓，第一摆动节与所述第一摩擦盘固定连接，所述第二摆动节与所述第二摩擦盘固定连接，所述第二摩擦片位于所述第一摩擦盘和第二摩擦盘之间，所述第一摩擦盘和第二摩擦盘通过无油衬套铰接在一起，所述第一摩擦盘、第二摩擦盘和第二摩擦片通过所述第二调节螺栓连接在一起。

一些实施例中，所述旋转关节通过轴孔配合结构与所述基座铰接。

一些实施例中，所述基座上设置有用于锁死所述旋转关节的锁紧块。

一些实施例中，所述支撑架上设置有用于锁死所述伸缩臂的锁紧结构。

一些实施例中，所述第一旋转臂上设置有第一检修盖，所述第二旋转臂上设置有第二检修盖。

一些实施例中，所述伸缩臂远离所述第一回转关节的一端设置有堵头。

一些实施例中，所述伸缩臂、第一旋转臂、第一摆动臂、第二旋转臂和第二摆动臂均为薄壁的管件，所述伸缩臂、第一旋转臂、第一摆动臂、第二旋转臂和第二摆动臂的外径依次减小。

一些实施例中，所述第一调节螺栓包括第一螺帽端和第一连接端，所述第一连接端依次穿过第二回转节和第一摩擦片与所述第一回转节螺纹连接，所述第一螺帽端与所述第二回转节之间设置有第一碟形弹簧，旋转所述第一调节螺栓，改变所述第一碟形弹簧的压缩量，进而调节第一回转节与第一摩擦片、第二回转节与第二摩擦片之间的摩擦力；

所述第二调节螺栓包括第二螺帽端和第二连接端，所述第二连接端依次穿过第二摆动节、第二摩擦盘、第一摩擦盘与所述第一摆动节螺纹连接，所述第二螺帽端与所述第二摆动节之间设置有第二碟形弹簧，旋转所述第二调节螺栓，改变所述第二碟形弹簧的压缩量，进而调节第一摩擦盘与第二摩擦片、第二摩擦盘与第二摩擦片之间的摩擦力。

一些实施例中，所述第一碟形弹簧与所述第二回转节之间设置有第一推力滚针轴承，所述第二碟形弹簧与所述第二摆动节之间设置有第二推力滚针轴承。

一些实施例中，所述第一摩擦片和第二摩擦片均为耐磨石棉摩擦片。

本发明的有益效果在于：旋转关节、回转关节、摆动关节以及伸缩臂、第一旋转臂、第二旋转臂、第一摆动臂和第二摆动臂的设计，构成了一个空间六轴结构，实现了多自由度工作；同时，伸缩臂的设计，能够使得末端负载可达到工作范围内的任意位置，提高了末端负载工作的稳定性。回转关节、摆动关节中，都通过摩擦片实现两个连接结构之间的锁定和相互转动，通过摩擦阻尼的方式控制，能够使得调节更加方便、并且可以实现简单、连续的调节或锁定。

附图说明

图1是本发明一个实施例中，多自由度阻尼式机械臂的俯视图。

图2是本发明一个实施例中，多自由度阻尼式机械臂的剖视图。

图3是本发明一个实施例中，摆动关节的剖面结构示意图。

图4是本发明一个实施例中，回转关节的剖面结构示意图。

附图标记：

基座10；锁紧块11；旋转关节20；支撑架21；伸缩臂30；堵头31；第一旋转臂40；第一检修盖41；第一摆动臂50；第二旋转臂60；第二检修盖61；第二摆动臂70；回转关节80；第一回转节81；第二回转节82；第一摩擦片83；第一调节螺栓84；第一碟形弹簧85；第一推力滚针轴承86；摆动关节90；第一摆动节91；第二摆动节92；第二摩擦片93；第二调节螺栓94；第一摩擦盘95；第二摩擦盘96；第二碟形弹簧97；第二推力滚针轴承98；无油衬套99。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将结合附图1至图4详细说明一下本发明提供的多自由度阻尼式机械臂。

如图1、图2、图3和图4所示，本发明一个实施例中，提供了一种多自由度阻尼式机械臂，包括基座10、旋转关节20、支撑架21、伸缩臂30、第一旋转臂40、第一摆动臂50、第二旋转臂60和第二摆动臂70；

所述旋转关节20可旋转的设置在所述基座10上；所述支撑架21固定在所述旋转关节20上，所述伸缩臂30可滑动的安装在所述支撑架21上；所述第一旋转臂40通过一回转关节80与所述伸缩臂30连接，所述第一旋转臂40可通过与其配合的回转关节80沿轴向旋转；所述第一摆动臂50通过一摆动关节90与所述第一旋转臂40连接，所述第一摆动臂50可通过与其配合的摆动关节90相对所述第一旋转臂40摆动；所述第二旋转臂60通过一回转关节80与所述第一摆动臂50连接，所述第二旋转臂60通过与其配合的回转关节80沿轴向旋转；所述第二摆动臂70通过一摆动关节90与所述第二旋转臂60连接，所述第二摆动臂70可通过与其配合的摆动关节90相对所述第二旋转臂60摆动；

所述回转关节80包括用于与所述伸缩臂30或所述第一摆动臂50固定连接的第一回转节81、用于与所述第一旋转臂40或第二旋转臂60固定连接的第二回转节82、第一摩擦片83和第一调节螺栓84，所述第一回转节81和第二回转节82通过无油衬套99铰接在一起，所述第一摩擦片83位于第一回转节81和第二回转节82之间，所述第一回转节81、第二回转节82和第一摩擦片83通过所述第一调节螺栓84连接在一起；

所述摆动关节90包括用于与所述第一旋转臂40或第二旋转臂60固定连接的第一摆动节91、用于与所述第一摆动臂50或第二摆动臂70固定连接的第二摆动节92、第一摩擦盘95、第二摩擦盘96、第二摩擦片93和第二调节螺栓94，第一摆动节91与所述第一摩擦盘95固定连接，所述第二摆动节92与所述第二摩擦盘96固定连接，所述第二摩擦片93位于所述第一摩擦盘95和第二摩擦盘96之间，所述第一摩擦盘95和第二摩擦盘96通过无油衬套99铰接在一起，所述第一摩擦盘95、第二摩擦盘96和第二摩擦片93通过所述第二调节螺栓94连接在一起。

本发明提供的多自由度阻尼式机械臂中，旋转关节20、回转关节80、摆动关节90以及伸缩臂30、第一旋转臂40、第二旋转臂60、第一摆动臂50和第二摆动臂70的设计，构成了一个空间六轴结构，实现了多自由度工作；同时，伸缩臂30的设计，能够使得末端负载可达到工作范围内的任意位置，提高了末端负载工作的稳定性。回转关节80、摆动关节90中，都通过摩擦片实现两个连接结构之间的锁定和相互转动，通过摩擦阻尼的方式控制，能够使得调节更加方便、并且可以实现简单、连续的调节或锁定。

结合图1和图2，基座10作为整个多自由度阻尼式机械臂的承载结构，其一般水平设置；其上设置有在水平面中旋转的旋转关节20，旋转关节20上设置支撑架21，伸缩臂30安装在支撑架21上。如此，转动旋转关节20，即可带动支撑架21一起旋转，进而实现伸缩臂30在水平面内角度的调节。

一些优选实施例中，旋转关节20通过轴孔配合结构与基座10铰接，以实现旋转关节20相对于基座10在水平面内完成旋转动作。

另外，为了在既定角度对旋转关节20进行定位，以实现在伸缩臂30旋转到某一角度后，对其进行固定；在本发明的一个实施例中，基座10上设置有用于锁死旋转关节20的锁紧块11。

同理，为了调节并固定伸缩臂30在支撑架21上的长度，在支撑架21上设置有用于锁死伸缩臂30的锁紧结构。

由于回转关节80被两端的结构封装在内部，所以为了便于检修和调节回转关节80的扭矩，在第一旋转臂40上设置有第一检修盖41，第二旋转臂60上设置有第二检修盖61。

另外，当伸缩臂30移动至最大悬臂位置时，末端弯矩最大，此时可能出现伸缩臂30末端变形的情况；为了避免上述情况发生，本发明一个实施例中，在伸缩臂30远离第一回转关节80的一端设置有堵头31。

本发明一个实施例中，如图2所示，伸缩臂30、第一旋转臂40、第一摆动臂50、第二旋转臂60、第二摆动臂70均为薄壁的管件，并且伸缩臂30、第一旋转臂40、第一摆动臂50、第二旋转臂60和第二摆动臂70的外径依次减小。薄壁的管件结构，保证了整个结构的轻量化；同时，再搭配依次变小的外径，使得在实际应用过程中，刚性较好，末端负载能够稳定。

在本发明中，各个结构之间的回转关节80结构相同，各个结构之间的摆动关节90结构相同。在本发明中，有两个回转关节80和两个摆动关节90。

回转关节80的作用，一方面是连接作用；另一方面，能够实现一个结构(比如第一旋转臂40)相对于另一个结构(比如伸缩臂30)的转动，此处的转动为沿其自身的轴向旋转。如图2所示，伸缩臂30的长度调节，能够实现第二摆动臂70(负载端)的左右方向位置调节；旋转第一旋转臂40，能够带动与其连接的第一摆动臂50在垂直于水平面的竖直平面内的转动，改变第一摆动臂50在垂直于第一旋转臂40平面内的位置；同时，第一摆动臂50又能够在平行于水平面的第二平面内转动，依次类推。本发明的多自由度阻尼式机械臂，能够实现在多个空间平面内的位置调整，实现多自由度调节。

如图3和图4所示，本发明的一个实施例中，所述第一调节螺栓84包括第一螺帽端和第一连接端，所述第一连接端依次穿过第二回转节82和第一摩擦片83与所述第一回转节81螺纹连接，所述第一螺帽端与所述第二回转节82之间设置有第一碟形弹簧85，旋转所述第一调节螺栓84，改变所述第一碟形弹簧85的压缩量，进而调节第一回转节81与第一摩擦片83、第二回转节82与第二摩擦片93之间的摩擦力；

所述第二调节螺栓94包括第二螺帽端和第二连接端，所述第二连接端依次穿过第二摆动节92、第二摩擦盘96、第一摩擦盘95与所述第一摆动节91螺纹连接，所述第二螺帽端与所述第二摆动节92之间设置有第二碟形弹簧97，旋转所述第二调节螺栓94，改变所述第二碟形弹簧97的压缩量，进而调节第一摩擦盘95与第二摩擦片93、第二摩擦盘96与第二摩擦片93之间的摩擦力。

如图3所示，为本发明提供的摆动关节90结构示意图，在第二调节螺栓94的第二螺帽端与第二摆动节92之间设置了第二碟形弹簧，如图3中的上下方向上，第二螺帽端与第二摆动节92之间设置了第二碟形弹簧97。调节第二调节螺栓94的第二连接端的旋入量，可以改变第二碟形弹簧97的压缩量，进而调节第一摩擦盘95和第二摩擦盘96、第二摩擦盘96和第二摩擦片93之间的摩擦力，使得摆动关节90处的摩擦扭矩发生变化；通过调节第二调节螺栓94，可以放松或者锁死第一摆动节91和第二摆动节92。

进一步，为了减小相对转动面的摩擦力，在第二碟形弹簧97与第二摆动节92之间设置有第二推力滚针轴承98，第二推力滚针轴承98起到了防松的作用。

如图4所示，为本发明提供的回转关节80的结构示意图。在第一调节螺栓84的第一螺帽端与第二回转节82之间设置了第一碟形弹簧85，如图4中的上下方向上，第一螺帽端与第二回转节82之间设置了第一碟形弹簧85。调节第一调节螺栓84的第一连接端的旋入量，可以改变第一碟形弹簧85的压缩量，进而调节第一回转节81和第一摩擦片83、第二回转节82和第二摩擦片93之间的摩擦力，使得回转关节80处的摩擦扭矩发生变化；通过调节第一调节螺栓84，可以放松或者锁死第一回转节81和第二回转节82。

进一步，为了减小相对转动面的摩擦力，在第一碟形弹簧85与第二回转节82之间设置有第一推力滚针轴承86，第一推力滚针轴承86起到了防松的作用。

在现有技术中，在需要添加碟形弹簧的位置，一般都添加金属摩擦片；在旋转连接后，金属片会受到磨损，一旦锁紧后，就无法在正常的调节工作，阻尼保持力的效果下降。为了解决上述问题，本发明中，第一摩擦片83和第二摩擦片93均采用耐磨石棉摩擦片。

本发明提供的多自由度阻尼式机械臂，为依靠摩擦阻尼原理，空间旋转自由度和平移自由度结合的装置。整体结构为臂式连接结构，质量轻、刚度大；且旋转关节20、回转关节80以及摆动关节90处的摩擦阻尼可调节，易损件的更换方便。在运动范围方面，本发明除末端摆动关节90的摆动范围为±140°外，其余关节均可达到±180°，因此其末端负载可以达到空间范围内的任意位置。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。