[发明专利]一种多节折叠式遥操作机械臂

说明书

技术领域

本发明属于机械臂技术领域，具体涉及多节折叠式遥操作机械臂的结构。

背景技术

多节遥操作机械臂通常被称为“蛇形机械臂”，其具有长径比大、自由度多、空间适应强的特点，尤其适合在非结构化纵深狭小空间内实现部件的远距离操控或状态观测。在保证一定末端携载能力和操作半径空间的前提下，遥操作机械臂力求结构紧凑、体积小，以便能够在较小的工作场地空间内方便实现其整体收纳(节臂间相对折叠以减小臂体的轴向尺寸)、姿态调整和运输，从而提高机械臂在不同场地空间使用的适应性。

中国专利申请CN102990676A公开的一种蛇形机械臂，其数个杆件(节臂)之间通过球关节串接成中心支柱，中心支柱的底部连接起支撑作用的底座，每个球关节具有3个方向的转动自由度，相邻两杆件的轴线在其相连接的球关节的形心处相交。中国专利申请CN102744732A公开的一种蛇形机械臂，其臂体由多个骨节依次活动连接，两相邻骨节之间采用十字轴连接，通过两组牵引线的牵动驱动与之对应的骨节实现上下、左右方向的自由摆动。上述两种蛇形机械臂都存在着一个相同的问题：由于相邻节臂(或骨节)的轴线在球关节或十字轴中心处相交，相邻两节臂之间不能实现轴线相向对折(即相邻两节臂轴线夹角不为零)。因此，多节臂由于结构限制不能完全折叠在一起，收纳后整体轴向尺寸仍然很大，机械臂的作业空间半径越大，其收纳后整体轴向尺寸就越大，在机械臂的收纳、搬运和运输过程中，机械臂总体收纳后的占地空间大造成其使用受到一定程度的限制。

荷兰爱思唯尔(Elsevier)科学出版公司出版的《聚变工程与设计》(Fusion Engineering and Design，83(2008)，pp:1833–1836.)中公开了一种被称作“AIA”的多节遥操作机械臂(AIA,Articulated Inspection Arm)，每节机械臂作为一个模块，包含两个旋转关节(水平方向和垂直方向各一个自由度)和一个平行四杆机构，相邻模块间通过旋转关节连接，驱动马达和减速器安装在机械臂内部，通过钢丝绳驱动水平方向旋转关节，垂直方向旋转关节由安装在机械臂内部的平行四杆机构驱动。在操作任务开始前和结束后，该机械臂需置于一个长度大于机械臂总长度的长桶形的容器内，机械臂总体进行搬运、基座位姿调整、移动等操作极不方便，需要足够大的场地空间。机械臂越长，观测半径越大，总体收纳后的占地空间就越大，其使用就需要更大的场地空间。

发明内容

本发明的目的是提供一种多节折叠式遥操作机械臂，以克服现有机械臂总体收纳后的占地空间大而造成其使用受到场地空间限制的不足，实现相邻节臂中轴线相对折叠，缩小机械臂收纳后的总体轴向尺寸，减小整个臂体收纳后的空间半径，在相对较小的场地空间内可方便地对其进行收纳、位姿调整和搬运等操作，大大降低其对使用场地空间的要求，进一步提高机械臂在不同场地空间内使用的适应性。

本发明多节折叠式遥操作机械臂，包括：由M个节臂依次首尾串接而成的臂体4，节臂串接的个数M可根据实际需要确定；定义：臂体4固定在滑座3的一端为“后端”，则臂体4另一端为“前端”；左、右侧是以背对移动基座1、面向臂体4前端而言，则从臂体4后端算起，各节臂依次定义为：第一节臂5，第二节臂6，…，第M-2节臂7，第M-1节臂8，第M节臂9；

其特征在于：

滑台2固定在移动基座1的上端，滑台2上端安装有可沿其滑道作往复直线运动的滑座3，臂体4第一节臂5的后端固定在滑座3的前端部；

除第一节臂5和第M节臂9外，其余节臂的前、后端均成型有与关节轴13枢接的成对的前耳板10和成对的后耳板11，所述的前耳板10和后耳板11均分别加工有同轴心的、与关节轴13配合的回转孔12；

所述的第一节臂5只包括前耳板10，所述的第M节臂9只包括后耳板11；

所述臂体4的第M-2节臂7的前耳板(10)的回转轴线与后耳板11的回转轴线正交；

同一个节臂的前耳板10和后耳板11的回转轴线相互平行，且分别位于两个平行于该节臂中轴线的平面内，两平面间距大于节臂半径；

每节臂的前耳板10与其前端相邻节臂的后耳板11通过关节轴13枢接组成一个关节模块；

第一节臂5至第M-2节臂7中，除第M-2节臂7的前耳板10外，其余节臂的前耳板10和后耳板11的回转轴线均垂直于移动基座1上端面；

第M节臂9至第M-2节臂7中，除第M-2节臂7的后耳板11外，其余节臂的前耳板10和后耳板11的回转轴线均平行于移动基座1上端面；