[发明专利]一种基于卷尺弹簧的三自由度大伸缩比平移并联机械臂

说明书

本发明公开一种基于卷尺弹簧的三自由度大伸缩比平移并联机械臂，包括两个W型卷尺运动单元、可伸缩连接枢纽及底部工作平台；W型卷尺运动单元通过其所包含连杆连接可伸缩连通枢纽，可伸缩连通枢纽与底部工作平台相连，使底部工作平台可沿某个方向水平移动。本发明中，两个W型卷尺运动单元呈空间交错垂直分布，并配合可伸缩连接枢纽使底部平台具备三自由度的立体工作空间，可实现伸缩、左右以及前后平移，采用具有自动收缩特性的柔性卷尺弹簧作为连杆臂，结构简单、质量小，不仅满足机械臂刚度需求，而且其灵活的可伸缩性配合连接枢纽的伸缩特性致使该机械臂伸缩比极大，机械臂完全收缩后，所占用体积极小，便于携带或进行搭载作业。

技术领域

本发明涉及可伸缩柔性机械臂技术领域，特别是涉及一种基于卷尺弹簧的三自由度大伸缩比平移并联机械臂。

背景技术

出于社会的需要，日常生活环境有时需要装配机械臂完成作业，例如无人机搭载机械臂完成对目标物的抓取、落井物打捞等。这种机械臂必须具备一定刚度、结构简单、便于携带、适应性强等特点。

当今除了传统机械臂采用RV以及一些齿轮箱，柔性可以忽略外，其余机械臂都可称之为柔性机械臂。柔性机械臂的柔性主要表现在关节的柔性和连杆的柔性，受限于连杆柔性处理较为困难，目前绝大多数柔性机械臂的柔性取决于关节柔性，使机械臂刚度足够且运动柔顺，但重量大、高能耗、生产成本大，而且这种机械臂多用于工厂产品作业，无法满足日常生活场合的应用需求。

当前可满足这种实际需求的技术方案多是可操作性不强的柔性机械臂，主要存在以下不足：

1)机械臂功能无法做到兼顾，双自由度机械臂一般结构简单但只能在某个平面移动，整体工作空间范围偏小；多自由度机械臂装置结构又过于复杂，质量较重，不适合无人机等搭载作业；

2)采用柔性度过强的材料作为连杆臂，稳定性不好且刚度不足。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于卷尺弹簧的三自由度大伸缩比平移并联机械臂，以解决上述现有技术存在的问题，用卷尺弹簧制成柔性并联机械臂，不仅结构简单、质量低、伸缩比大，而且基于卷尺自身特性，保证了机械臂整体刚度，该并联机械臂具有三个自由度，可实现伸缩、左右以及前后平移，工作范围更加广泛，下方平台可搭载机械手或多功能电磁铁以完成对目标物的抓取作业。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种基于卷尺弹簧的三自由度大伸缩比平移并联机械臂，包括两个结构相同且呈空间交错垂直分布的W型卷尺运动单元，

所述W型卷尺运动单元包括承重架、卷簧装置、轮毂半轴、卷尺弹簧、连杆及滚轮装置；所述承重架的两端均利用短轴连接有轮毂半轴，中部搭载卷簧装置；

所述卷尺弹簧的左侧端部伸入位于所述承重架左侧的轮毂半轴的磁卡盘的盘体内并通过螺栓固定相连，卷尺弹簧的另一端向下穿过左侧的滚轮装置后连接至卷簧装置，然后从卷簧装置另一侧方向向下伸出后连接右侧的滚轮装置，最后利用螺栓将卷尺弹簧的右侧端部固定于承重架右侧的轮毂半轴的磁卡盘内；

两侧的所述滚轮装置通过连杆相连，所述连杆中间安装有可伸缩连接枢纽，两个W型卷尺运动单元中的可伸缩连接枢纽自上而下对应相连，底部工作平台连接在两个可伸缩连接枢纽的底部

优选地，所述W型卷尺运动单元还包括电机驱动机构，两个电机驱动机构分别用于驱动两侧的滚轮装置。

优选地，所述驱动电机机构包括驱动电机、电机仓和联轴器，所述驱动电机放置于所述电机仓内，所述电机仓与所述滚轮装置利用螺栓连接，驱动电机的电机轴与所述联轴器相连，联轴器与滚轮装置中的滚轮传动连接。

优选地，两个所述驱动电机机构分别布置于连杆两侧且呈对角线设置。

优选地，所述卷尺弹簧的材质为钢。

优选地，所述轮毂半轴与卷簧装置均通过中心轴安装在所述承重架上。