一種基于細(xì)胞機(jī)器人單體的多自由度機(jī)械臂的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于智能機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及，一種基于細(xì)胞機(jī)器人單體的多自由度機(jī)械臂。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著社會分工的細(xì)化，從事簡單重復(fù)工作的人們強(qiáng)烈渴望擁有某種能夠代替自己工作的機(jī)械臂出現(xiàn)。1946年第一臺數(shù)字電子計算機(jī)問世以來，計算機(jī)取得了驚人的進(jìn)步，向高速度、大容量、低價格的方向發(fā)展。同時，大批量生產(chǎn)的迫切需求推動了自動化技術(shù)的進(jìn)展，又為機(jī)械臂的開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。另一方面，核能技術(shù)的研究要求某些操作機(jī)械代替人處理放射性物質(zhì)。在這一需求背景下，美國于1947年開發(fā)了遙控機(jī)械手，1948年又開發(fā)了機(jī)械式的主從機(jī)械手。
[0003]機(jī)械臂技術(shù)首先是從美國開始研制的。1954年美國戴沃爾最早提出了工業(yè)機(jī)器人的概念，并申請了專利。該專利的創(chuàng)新點是借助伺服反饋技術(shù)控制機(jī)器人的關(guān)節(jié)，利用人手對機(jī)器人進(jìn)行動作示教，機(jī)器人能實現(xiàn)動作的記錄和再現(xiàn)。這就是所謂的再現(xiàn)機(jī)器人?，F(xiàn)有的機(jī)器人差不多都采用這種控制方式。1958年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺機(jī)械臂鉚接機(jī)器人。作為機(jī)器人產(chǎn)品最早的實用機(jī)型是1962年美國AMF公司推出的“VERSTRAflPUNIMAT10N公司推出的“UNIMATE”。這些工業(yè)機(jī)器人主要由類似人的手和臂所組成，可以代替人的繁重勞動以實現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。
[0004]但是目前工業(yè)上應(yīng)用的機(jī)械臂大都是利用剛性連桿以及在連桿末端安裝旋轉(zhuǎn)電機(jī)的連接方式構(gòu)成。機(jī)械臂自由度少，運動方式單一，而且單個臂發(fā)生故障就會導(dǎo)致整個機(jī)械臂的功能失效，拆卸、更換、組裝都比較麻煩。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對上述問題，本發(fā)明提供了一種基于細(xì)胞機(jī)器人單體的多自由度機(jī)械臂，每一個細(xì)胞機(jī)器人單體大小、功能等均相同，便于拆卸、更換、組裝，可以組成多種形態(tài)的機(jī)械臂，應(yīng)用到不同的場合。
[0006]本發(fā)明基于細(xì)胞機(jī)器人單體的多自由度機(jī)械臂，包括機(jī)械臂底座、機(jī)械臂主體與末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)；機(jī)械臂主體由多個細(xì)胞機(jī)器人單體結(jié)構(gòu)相互連接構(gòu)成。
[0007]所述細(xì)胞機(jī)器人單體為由左半部外殼與右半部外殼構(gòu)成，左半部外殼與右半部外殼間具有一個旋轉(zhuǎn)自由度；左半部外殼與右半部外殼壁面周向均布4個連接位置，兩個細(xì)胞機(jī)器人單體間在連接點固連。
[0008]上述結(jié)構(gòu)機(jī)械臂中位于始端的細(xì)胞機(jī)器人單體安裝在機(jī)械臂底座上；末端的細(xì)胞機(jī)器人單體上安裝末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
[0009]根據(jù)需要對多個細(xì)胞機(jī)器人單體進(jìn)行組裝，可形成具有多自由度、多余度的不同形態(tài)的機(jī)械臂。
[0010]本發(fā)明的優(yōu)點在于:
[0011 ] 1、本發(fā)明基于細(xì)胞機(jī)器人單體的多自由度機(jī)械臂，除了機(jī)械臂末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)，整個機(jī)械臂的其他組成部分全部采用模塊化設(shè)計思想，均由的細(xì)胞機(jī)器人單體所組成。
[0012]2、本發(fā)明基于細(xì)胞機(jī)器人單體的多自由度機(jī)械臂，每一個細(xì)胞機(jī)器人單體大小、功能等均相同，便于拆卸、更換、組裝，可以組成多種形態(tài)的機(jī)械臂，應(yīng)用到不同的場合。當(dāng)某一個細(xì)胞發(fā)生故障時，進(jìn)行余度和自由度降級，利用剩余的功能健康的細(xì)胞機(jī)器人單體組合構(gòu)成余度數(shù)和自由度數(shù)都比原來機(jī)械臂少的而功能健全的新機(jī)械臂，而將故障的細(xì)胞機(jī)器人單體視作一個連接剛體。
[0013]3、本發(fā)明基于細(xì)胞機(jī)器人單體的多自由度機(jī)械臂，自由度數(shù)和普通機(jī)械臂相比大大增加，運動靈活。
[0014]4、本發(fā)明基于細(xì)胞機(jī)器人單體的多自由度機(jī)械臂，當(dāng)末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要從空間某一點A到達(dá)空間另一點B時，綜合調(diào)度所有的非故障細(xì)胞機(jī)器人單體的自由度，可實現(xiàn)最優(yōu)路徑達(dá)到，快速尚效。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明基于細(xì)胞機(jī)器人單體的多自由度機(jī)械臂結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖2為本發(fā)明基于細(xì)胞機(jī)器人單體的多自由度機(jī)械臂中細(xì)胞機(jī)器人單體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖3為本發(fā)明基于細(xì)胞機(jī)器人單體的多自由度機(jī)械臂中機(jī)械連接裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖4為機(jī)械連接裝置中內(nèi)殼連接件結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖5為機(jī)械連接裝置中內(nèi)殼上視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖6為機(jī)械連接裝置中內(nèi)殼下視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖7為機(jī)械連接裝置中可伸縮對接機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖8為機(jī)械連接裝置中彈性連接器安裝位置示意圖；
[0023]圖9為機(jī)械連接裝置進(jìn)行連接后結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖10為本發(fā)明基于細(xì)胞機(jī)器人單體的兩個細(xì)胞基準(zhǔn)軸相互平行連接示意圖；
[0025]圖11為本發(fā)明基于細(xì)胞機(jī)器人單體的兩個細(xì)胞基準(zhǔn)軸相交連接示意圖；
[0026]圖12為本發(fā)明基于細(xì)胞機(jī)器人單體的多自由度機(jī)械臂中細(xì)胞機(jī)器人單體間連接方式一不意圖；
[0027]圖中:
[0028]1-機(jī)械臂底座2-機(jī)械臂主體3-末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)
[0029]4-細(xì)胞機(jī)器人單體 401-半球體外殼 402-機(jī)械連接裝置
[0030]402a-外殼402b_內(nèi)殼連接臺 402c_內(nèi)殼
[0031]402d-對接臺座402e_彈簧402f-彈性連接器
[0032]402g-對接定位面 402h-卡榫402i_榫頭
[0033]402j-定位孔402k-連接頭4021-定位卡頭
[0034]40?-內(nèi)緣40?-外緣40?-缺口
[0035]402p-定位凹進(jìn)402q_導(dǎo)通孔402r_凹槽
[0036]402s-限位臺肩
【具體實施方式】
[0037]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0038]本發(fā)明一種基于細(xì)胞機(jī)器人單體的多自由度機(jī)械臂，包括機(jī)械臂底座1、機(jī)械臂主體2與末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)3，如圖1所示；機(jī)械臂主體2由多個細(xì)胞機(jī)器人單體4結(jié)構(gòu)相互連接構(gòu)成。
[0039]所述細(xì)胞機(jī)器人單體4為由兩個半球體外殼401構(gòu)成的整體球形結(jié)構(gòu)，如圖2所示，兩個半球體外殼401間具有一個旋轉(zhuǎn)自由度，由驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動旋轉(zhuǎn)。每個半球體外殼401壁面周向均布4個安裝孔，每個安裝孔內(nèi)安裝有一個機(jī)械連接裝置402，用來實現(xiàn)各個細(xì)胞機(jī)器人單體4間的連接。
[0040]所述機(jī)械連接裝置402包括外殼402a、內(nèi)殼連接臺402b、內(nèi)殼402c、對接臺座402d、彈簧402e與彈性連接器(彈針)402f，如圖3、圖6所示。
[0041]其中，外殼402a為筒狀結(jié)構(gòu)一端面為內(nèi)陷球面，作為對接定位面402g。在對接定位面402g外緣周向上相對位置設(shè)計有卡榫402h?？ㄩ?02h的外表面為圓弧面，榫頭402i朝向?qū)佣ㄎ幻?02g ;且使卡榫402h的外表面所對應(yīng)球體與對接定位面402g所對應(yīng)的球體半徑相等，進(jìn)而實現(xiàn)兩個機(jī)械連接裝置402在對接時，卡榫402h外表面與對接定位面402g間的配合相貼，作為兩個機(jī)械連接裝置402對接時的相對對接位置的基準(zhǔn)。
[0042]所述內(nèi)殼連接臺402b同軸嵌入固定于對接定位面402g上，如圖4所示，也可與對接定位面402g設(shè)計為一體結(jié)構(gòu)。內(nèi)殼連接臺402b周向上均勾設(shè)計有定位口，用來安裝固定內(nèi)殼402c。
[0043]所述內(nèi)殼402c為筒狀結(jié)構(gòu)，用于可伸縮連接機(jī)構(gòu)伸縮運動的導(dǎo)向，以及兩個機(jī)械連接裝置402的對接。內(nèi)殼402c —端作為安裝端，周向上均勻設(shè)計有連接頭402k，如圖5所示，連接頭402k端部設(shè)計有定位卡頭4021。通過各個連接頭402k分別穿過內(nèi)殼連接臺402b上的定位口，使定位卡頭4021與內(nèi)殼連接臺402b端面間配合卡緊，實現(xiàn)內(nèi)殼402c的固定。內(nèi)殼402c另一端作為對接端，端部周向上設(shè)計有內(nèi)緣402m與外緣402η，且外緣402η周向相對位置開設(shè)有兩個缺口 402ο，兩個缺口 402ο開設(shè)位置分別與外殼402al上兩個卡榫402h所在位置呈90度設(shè)計。上述外緣402η的內(nèi)側(cè)面還設(shè)計有兩個定位凹進(jìn)402ρ，定位凹進(jìn)402ρ的凹進(jìn)面與卡榫402h的榫頭402i內(nèi)表面匹配，兩個定位凹進(jìn)402p分別位于兩個缺口 402ο同側(cè)，如圖6所示。
[0044]如圖7所示，所述對接臺座402d同軸設(shè)置在內(nèi)殼402c內(nèi)部，內(nèi)部中空，一端作為對接平面，其上開有個導(dǎo)通孔402q ;三個導(dǎo)通孔402q中心共線，且中間的導(dǎo)通孔402q中心位于對接臺座402d軸線上，三個導(dǎo)通孔402q用于通過彈性連接器402f。對接臺座402d另一端作為限位端，周向上設(shè)計有凹槽402r，用來設(shè)置彈簧402e，且使彈簧402e與對接臺座402d同軸。上述對接臺座402d的限位端外壁周向上設(shè)計有限位臺肩402s，與內(nèi)殼402c對接端周向上的內(nèi)緣402m配合搭接，實現(xiàn)對接臺座402d與內(nèi)殼402c間的限位，使對接臺座402d不會再彈簧402e的回彈作用力下脫出內(nèi)殼402c。
[0045]所述彈性連接器402f為三個，位于對接臺座402d內(nèi)部，如圖8所示，三個彈性連接器402f的固定端固定安裝在內(nèi)殼連接臺402b的端面上。三個彈性連接器402f的軸線分別過對接臺座402d的對接平面上三個導(dǎo)通孔402q的的中心，且三個彈性連接器402f在對接平面上的投影分別位于三個導(dǎo)通孔402q內(nèi)部，由此保證三個彈性連接器402f可由對接平面穿過。