[发明专利]一种基于智能材料直线驱动的多自由度机械臂关节

说明书

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

目前，伴随工业文明的进步，自动化的工业流水线成为工业文明的重要象 征，在工业文明的背后，工业机械手扮演着越来越重要的角色，现阶段，国内 外相关学者对工业机械手进行了广泛深入的理论探索及应用研究，并成功地在 多方面取得了较为显著的进展。一方面，工业机械手可以取代人力劳动，提高 工业产值；另一方面，一些微型机械手在医疗、机器人制造领域具有重要应用 潜能，所以工业机械手的研究一直受到各国专家学者的关注。当前，工业机械 手的设计中普遍采用电机进行驱动，由于电机驱动是一种轴向动力输出形式， 故需要一种中间机构实行其动力的转化，来实现轴向力矩的直线输出，这种设 计思路增加机械手的重量，增大了其工作能耗，同时，不可避免的存在工作噪 声的缺陷，是制约现阶段工业机械手发展的关键问题；形状记忆金属(SMA) 是一种新型的电制动智能材料，在电激励下能够提供较大输出力，与电机驱动 不同，SMA可以直接实现力的线性输出，这种驱动方式去除了中间机构的设计， 相对于电机传动来说是一种显著的创新，然而，当前利用SMA材料应用于机 械手的开发研究较少，主要集中于微小型器件的研究阶段，而且均未涉及机械 手多自由度的开发。为了拓宽SMA材料的多自由度机械手领域的应用，同时， 克服传统中间机构传动的直线输出的局限性，因此，基于SMA智能材料设计 一种直线驱动、多自由度机械手结构，具有重要的研究价值。

发明内容

本发明的目的在于提供简化结构、绿色的一种基于智能材料直线驱动的多 自由度机械臂关节。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种基于智能材料直线驱动的多自由度机械臂关节，其特征是：包 括平面垂直驱动关节、平面水平驱动关节、平面圆周驱动关节；平面垂直驱动 关节包括肩端支撑、第一驱动单元，第一驱动单元包括SMA驱动丝、对开叉、 关节连接架、移动滑块，肩端支撑上安装滑动轴，SMA驱动丝和移动滑块安装 在滑动轴上，SMA驱动丝驱动移动滑块沿滑动轴移动，对开叉第一端连接移动 滑块，关节连接架包括连接端、连接板、支撑板，连接端上设置前端轴孔、后 端轴孔，支撑板安装在连接端的两侧，连接板与一侧的支撑板相连，前端轴孔 通过第一轴与肩端支撑装配，后端轴孔通过第二轴与对开叉第二端装配；平面 水平驱动关节包括关节连接支架、第二驱动单元，第二驱动单元与第一驱动单 元结构相同，第二驱动单元的滑动轴安装在第一驱动单元的支撑板上，第二驱 动单元的关节连接架的支撑板处设置凸台轴孔，第一驱动单元的连接板上的轴 孔通过第三轴与第二驱动单元的关节连接架的前端轴孔装配；平面圆周驱动关 节包括第三驱动单元，第三驱动单元的结构域第一驱动单元的结构相同，第二 驱动单元的凸台轴孔通过第四轴与第三驱动单元的关节连接架装配，第三驱动 单元的滑动轴安装在第三驱动单元的关节连接架上。

本发明还可以包括：

1、所述的对开叉的两端为U型叉，对开叉的中部为直线型，两端的U型叉 通过中部的直线型相连，两端的U型叉开口方向相反。

2、平面垂直驱动关节、平面水平驱动关节、平面圆周驱动关节的滑动轴均 为四根。

本发明的优势在于：本发明改变传统电机轴向驱动使用中间机构引起的能 耗及噪声的缺陷，采用SMA丝可直接实现动力驱动的直线输出；拓宽SMA材 料的多自由度机械手领域的应用，增加其在实践应用中的使用价值；采用SMA 智能材料，使得机械关节的设计具有复合绿色节能的设计理念；采用了多自由 度设计，使得机械手可以满足各个空间要求，较传统机械手明显提高其运动的 灵活性；方便安装与维护，造价成本低。

附图说明

图1a是平面垂直驱动关节I主视图，图1b是平面垂直驱动关节I俯视图；

图2a是对开叉零件图a，图2b是对开叉零件图b；

图3a是关节连接架零件图a，图3b是关节连接架零件图b，图3c是关节 连接架零件图c；

图4a是平面水平驱动关节II主视图，图4b是平面水平驱动关节II俯视图；

图5a是关节连接支架零件图a，图5b是关节连接支架零件图b，图5c是 关节连接支架零件图c；

图6a是平面圆周驱动关节III主视图，图6b是平面圆周驱动关节III俯视 图；