一种平面两连杆刚柔耦合型机械臂

本发明涉及机械臂，尤其涉及一种平面两连杆刚柔耦合型机械臂。

背景技术：

1、随着工业生产、航空航天等领域的不断发展，人们对工业机器人操作的安全性、精密性、灵活性、轻量型的要求不断提高，运用细长连杆结构的柔性机械臂显示出强大的优势。一方面，针对柔性机械臂的特性来专门研究柔性所致系统弹性振动的抑制方法，可以大大提高机械臂的控制精度；另一方面，柔性机械臂的柔性连杆一般采用刚度较小的材料设计，且为细长杆结构，这样的设计不仅增加了机械臂的灵活性、轻量型，还进一步扩大了机械臂的工作面积。此外，柔性软材料的应用也在一定程度上保障了人机交互的安全性。

2、然而，细长的连杆结构和柔性的设计材料也使得柔性机械臂丧失了一定的负载能力。对于多连杆柔性机械臂系统，若系统的所有连杆均采用柔性连杆设计，则直接与物体接触的连杆将承受过大的负载，易导致该连杆产生永久性的扭曲变形甚至是破坏性的折断。

技术实现思路

1、有鉴于此，为了解决多连杆柔性机械臂系统的直接与物体接触的连杆承受过大负载导致扭曲变形甚至折断的问题，本发明的实施例提供了一种平面两连杆刚柔耦合型机械臂。

2、本发明的实施例提供一种平面两连杆刚柔耦合型机械臂，包括：

3、底座，其内部设有第一同步带传动组件；

4、刚性连杆，其内部设有第二同步带传动组件；

5、柔性连杆；

6、第一关节，其包括限位连接器，所述限位连接器一端连接所述第一同步带传动组件的输出端、另一端连接所述刚性连杆一端；

7、以及第二关节，所述第二关节一端连接所述第二同步带传动组件的输出端、另一端连接所述柔性连杆。

8、进一步地，所述第一关节还包括第一外壳、第一上推力轴承、第一滚动轴承和第一下推力轴承，所述限位连接器包括转动盘，所述转动盘的中部设有向下延伸的第一上对接柱，且所述转动盘上环绕所述第一上对接柱设有第一上轴承槽，所述第一同步带传动组件的输出端为第一输出同步带轮，所述第一输出同步带轮设有向上延伸的第一下对接柱，所述第一输出同步带轮上侧环绕所述第一下对接柱设有第一下轴承槽，所述第一上对接柱和所述第一下对接柱上下对齐并紧固连接，所述第一上推力轴承安装于所述第一上轴承槽内，所述第一下推力轴承安装于所述第一下轴承槽内，所述第一滚动轴承嵌设于所述底座的上表面，且所述第一滚动轴承套设于所述第一上对接柱和所述第一下对接柱的连接处。

9、进一步地，所述转动盘的侧壁设有间隔设置的两限位凸起，所述底座上设有限位件，所述限位件设置于所述限位凸起的运动路径上。

10、进一步地，还包括第一驱动电机和第二驱动电机，所述第一驱动电机连接所述第一同步带传动组件的输入端，所述第二驱动电机连接所述第二同步带传动组件的输入端。

11、进一步地，还包括限位传感器，其连接所述第一驱动电机，所述限位传感器设有接触滚轮，所述接触滚轮为所述限位件。

12、进一步地，所述第一外壳的下部边缘与所述转动盘的边缘紧固连接，所述第二同步带传动组件的输入端设置于所述第一外壳内。

13、进一步地，所述第一同步带传动组件还包括第一输入同步带轮、第一双联同步带轮、第一输入同步带和第一输出同步带，其中所述第一输入同步带套设于所述第一输入同步带轮和所述第一双联同步带轮上，所述第一输出同步带轮套设于所述第一双联同步带轮和所述第一输出同步带轮上，所述限位连接器连接所述第一输出同步带轮。

14、进一步地，所述第二同步带传动组件包括第二输入同步带轮、第二双联同步带轮、第二输出同步带轮、第二输入同步带和第二输出同步带，其中所述第二输入同步带套设于所述第二输入同步带轮和所述第二双联同步带轮上，所述第二输出同步带轮套设于所述第二双联同步带轮和所述第二输出同步带轮上，所述第二关节一端连接所述第二输出同步带轮。

15、进一步地，所述第二关节包括第二外壳、第二上推力轴承、第二滚动轴承和第二下推力轴承，所述第二外壳内设有向下延伸的第二上对接柱，且所述第二外壳内环绕所述第二上对接柱设有第二上轴承槽，所述第二输出同步带轮设有向上延伸的第二下对接柱，所述第二输出同步带轮上侧环绕所述第二下对接柱设有第二下轴承槽，所述第二上对接柱和所述第二下对接柱上下对齐并紧固连接，所述第二上推力轴承安装于所述第二上轴承槽内，所述第二下推力轴承安装于所述第二下轴承槽内，所述第二输出同步带轮设置于所述刚性连杆内，所述第二滚动轴承嵌设于所述刚性连杆的上表面，且所述第二滚动轴承套设于所述第二上对接柱和所述第二下对接柱的连接处。

16、进一步地，还包括振动传感器，其包括应变片和电路板，所述应变片设置于所述柔性连杆的后端，所述电路板连接所述应变片以获取所述柔性连杆的振动信息，进而获取所述柔性连杆的挠度。

17、本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

18、1、本发明的一种平面两连杆刚柔耦合型机械臂，采用了刚性连杆和柔性连杆耦合的结构设计，刚性连杆和柔性连杆之间通过稳定连接，提高机械臂的负载承受能力，可以有效提高人机交互时的安全性，同时也可实现末端夹持物的柔顺运动，避免不平滑运动对夹持物的损坏。

19、2、本发明的一种平面两连杆刚柔耦合型机械臂，刚性连杆和柔性连杆均通过履带式的同步带进行传动，便于对机械臂的运动进行准确控制。

20、3、本发明的一种平面两连杆刚柔耦合型机械臂，通过限位传感器可以监测机械臂的转动位置，避免刚性连杆因转动范围过大与周围物体发生碰撞，同时可有效避免数据线缠绕的问题。

技术特征：

1.一种平面两连杆刚柔耦合型机械臂，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的一种平面两连杆刚柔耦合型机械臂，其特征在于：所述第一关节还包括第一外壳、第一上推力轴承、第一滚动轴承和第一下推力轴承，所述限位连接器包括转动盘，所述转动盘的中部设有向下延伸的第一上对接柱，且所述转动盘上环绕所述第一上对接柱设有第一上轴承槽，所述第一同步带传动组件的输出端为第一输出同步带轮，所述第一输出同步带轮设有向上延伸的第一下对接柱，所述第一输出同步带轮上侧环绕所述第一下对接柱设有第一下轴承槽，所述第一上对接柱和所述第一下对接柱上下对齐并紧固连接，所述第一上推力轴承安装于所述第一上轴承槽内，所述第一下推力轴承安装于所述第一下轴承槽内，所述第一滚动轴承嵌设于所述底座的上表面，且所述第一滚动轴承套设于所述第一上对接柱和所述第一下对接柱的连接处。

3.如权利要求2所述的一种平面两连杆刚柔耦合型机械臂，其特征在于：所述转动盘的侧壁设有间隔设置的两限位凸起，所述底座上设有限位件，所述限位件设置于所述限位凸起的运动路径上。

4.如权利要求3所述的一种平面两连杆刚柔耦合型机械臂，其特征在于：还包括第一驱动电机和第二驱动电机，所述第一驱动电机连接所述第一同步带传动组件的输入端，所述第二驱动电机连接所述第二同步带传动组件的输入端。

5.如权利要求4所述的一种平面两连杆刚柔耦合型机械臂，其特征在于：还包括限位传感器，其连接所述第一驱动电机，所述限位传感器设有接触滚轮，所述接触滚轮为所述限位件。

6.如权利要求2所述的一种平面两连杆刚柔耦合型机械臂，其特征在于：所述第一外壳的下部边缘与所述转动盘的边缘紧固连接，所述第二同步带传动组件的输入端设置于所述第一外壳内。

7.如权利要求2所述的一种平面两连杆刚柔耦合型机械臂，其特征在于：所述第一同步带传动组件还包括第一输入同步带轮、第一双联同步带轮、第一输入同步带和第一输出同步带，其中所述第一输入同步带套设于所述第一输入同步带轮和所述第一双联同步带轮上，所述第一输出同步带轮套设于所述第一双联同步带轮和所述第一输出同步带轮上，所述限位连接器连接所述第一输出同步带轮。

8.如权利要求1所述的一种平面两连杆刚柔耦合型机械臂，其特征在于：所述第二同步带传动组件包括第二输入同步带轮、第二双联同步带轮、第二输出同步带轮、第二输入同步带和第二输出同步带，其中所述第二输入同步带套设于所述第二输入同步带轮和所述第二双联同步带轮上，所述第二输出同步带轮套设于所述第二双联同步带轮和所述第二输出同步带轮上，所述第二关节一端连接所述第二输出同步带轮。

9.如权利要求8所述的一种平面两连杆刚柔耦合型机械臂，其特征在于：所述第二关节包括第二外壳、第二上推力轴承、第二滚动轴承和第二下推力轴承，所述第二外壳内设有向下延伸的第二上对接柱，且所述第二外壳内环绕所述第二上对接柱设有第二上轴承槽，所述第二输出同步带轮设有向上延伸的第二下对接柱，所述第二输出同步带轮上侧环绕所述第二下对接柱设有第二下轴承槽，所述第二上对接柱和所述第二下对接柱上下对齐并紧固连接，所述第二上推力轴承安装于所述第二上轴承槽内，所述第二下推力轴承安装于所述第二下轴承槽内，所述第二输出同步带轮设置于所述刚性连杆内，所述第二滚动轴承嵌设于所述刚性连杆的上表面，且所述第二滚动轴承套设于所述第二上对接柱和所述第二下对接柱的连接处。

10.如权利要求1所述的一种平面两连杆刚柔耦合型机械臂，其特征在于：还包括振动传感器，其包括应变片和电路板，所述应变片设置于所述柔性连杆的后端，所述电路板连接所述应变片以获取所述柔性连杆的振动信息，进而获取所述柔性连杆的挠度。

技术总结
本发明提供一种平面两连杆刚柔耦合型机械臂，包括：底座，其内部设有第一同步带传动组件；刚性连杆，其内部设有第二同步带传动组件；柔性连杆；第一关节，其包括限位连接器，所述限位连接器一端连接所述第一同步带传动组件的输出端、另一端连接所述刚性连杆一端；以及第二关节，所述第二关节一端连接所述第二同步带传动组件的输出端、另一端连接所述柔性连杆。本发明的有益效果：采用了刚性连杆和柔性连杆耦合的结构设计，刚性连杆和柔性连杆之间通过稳定连接，提高机械臂的负载承受能力，可以有效提高人机交互时的安全性，同时也可实现末端夹持物的柔顺运动，避免不平滑运动对夹持物的损坏。

技术研发人员：孟庆鑫,朱明亮,孙学枫,肖家馨,吴俊东
受保护的技术使用者：中国地质大学（武汉）
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15