一種新的機器人碳纖維臂桿結構的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種新的機器人碳纖維臂桿結構。該碳纖維臂桿結構由一根碳纖維桿、兩個鈦合金連接件構成。其中，鈦合金連接件與碳纖維臂桿之間采膠接與螺釘連接這種混合連接的方式粘連。除此之外，為了滿足臂桿內部走線的需要，該碳纖維臂桿結構還包括了由走線管以及走線支架構成的走線支架結構、以及在碳纖維桿、鈦合金連接件進行打孔的走線通孔走線結構，最后，利用導線埋線方法設計了等電位結構。所設計制造的碳纖維臂桿可以實現內部走線，具備了很好的力學性能、等電位為幾十毫歐、碳纖維復合材料同鈦合金連接件的連接部分有很高的強度，可以很好的滿足對碳纖維臂桿的各項要求。
【專利說明】一種新的機器人碳纖維臂桿結構

【技術領域】
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[0001]本實用新型專利涉及機器人的機械臂領域，特別涉及一種適合空間機器人碳纖維臂桿結構。

【背景技術】
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[0002]近幾十年來，機器人技術在各類科研領域方面得到了的廣泛應用，開發和利用機器人成為各國高科技和軍事發展的焦點，機械臂作為機器人技術的重要一環得到了越來越多的關注。目前機械臂已經可用于生產、加工、裝配、維護和修理工作等等。在未來，隨著機器人的研究和應用，尤其是特種機器人的研究將會變得更加廣泛和深入，臂桿作為機器人的重要組成部分，在軍事、民用和工業領域都具有廣闊的發展前景。
[0003]隨著機器人技術的發展，要求臂桿所選用的材料使用量少、質量輕、成本低，同時要求其承載能力大、精度高、空間適應性好，為此在臂桿制造方面對尺寸及形位精度提出了更高的要求。為了解決上述問題，先進復合材料的，特別是碳纖維增強復合材料一一以其輕質、高強度、耐高溫、耐腐蝕、熱力學性能優良、熱膨脹系數微小、具備可設計性等特點得到了廣泛關注。在復合材料的實際工程應用中，不可避免的出現復合材料構件與金屬等材質的零部件相連接的情況，且連接部位往往是整體結構的薄弱環節，據有關資料介紹，在復合材料結構件中有一半以上的破壞都發生在連接部位?，F有的機器人碳纖維臂桿存在的主要缺陷是:
[0004]I)碳纖維臂桿的力學性能不高。
[0005]2)鈦合金連接件同碳纖維桿連接不牢固。
[0006]3)機器人碳纖維臂桿精度不夠。
[0007]4)機器人碳纖維臂桿走線固定方式不好。
[0008]5)對等電位設計較少。
[0009]本專利針對上述缺陷，設計了一種新的機器人碳纖維臂桿結構，該結構由碳纖維桿及鈦合金連接件構成，并針對該結構提出來對碳纖維桿與鈦合金連接件的連接工藝、碳纖維桿走線、等電位等進行了設計。


【發明內容】

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[0010]本實用新型專利的目的是為了克服現有碳纖維臂桿設計的不足，提出一種新型的機器人碳纖維臂桿結構。
[0011]本實用新型專利的采用如下技術方案:
[0012]本實用新型一種新的機器人碳纖維臂桿結構，碳纖維臂桿為圓柱體結構，包括2個鈦合金連接件a、b以及I根碳纖維桿；并包含有碳纖維臂桿走線結構、等電位埋線構造;
[0013]一種新型的碳纖維臂桿，所述的碳纖維桿以碳纖維/環氧樹脂為材料，鈦合金連接件a、b通過采用膠接及螺釘連接相結合的混合連接結構安裝在碳纖維桿兩側。碳纖維桿兩端各沿圓周等間距分布6個螺釘連接孔，分別對應2個鈦合金連接件a、b的螺釘連接孔。
[0014]鈦合金連接件a、b上沿圓周均勻分布有12個螺栓孔，用于配合安裝其它部件；同時鈦合金連接件a、b內部還有2個定位銷孔和I個等電位固定螺紋孔；安裝定位銷后用以驗證2個鈦合金連接件a、b的定位和對齊。所述的第一個螺栓孔設在定位銷孔逆時針方向旋轉45°處；其余螺栓孔沿圓周均勻分布；同理，等電位固定螺紋孔設在定位銷孔逆時針方向旋轉60°處；
[0015]該碳纖維臂桿的
【發明內容】
還包含了兩種內部走線結構，一種是可以固定在碳纖維臂桿內部的一種的走線支架結構，另一種是直接在碳纖維桿及鈦合金連接件a、b進行打孔的走線通孔結構。除此之外，還含有一種用于實現碳纖維桿等電位的等電位埋線構造。
[0016]方案一:在碳纖維桿內部放入一個走線結構，該走線結構由支撐用的鈦合金支架及具有走線孔的碳纖維走線管組成；碳纖維走線管固緊在鈦合金支架的通孔中，鈦合金支架采用三面支撐的形狀，并在邊緣部分開孔的結構，采用三面支撐的形狀可以起到減重作用；在鈦合金支架上開孔，在一定程度上為了減小其自身重量，線纜固定于碳纖維走線管內，通過柔性細線進行捆扎，沿碳纖維走線管的內壁固定。
[0017]方案二:在碳纖維桿一側上開有5對走線孔，右端的鈦合金連接件b上開有2個走線孔，與碳纖維桿上最右邊的一對走線孔相對應；走線孔沿碳纖維桿等間隔設置；每對走線孔采用間隔為20°的開孔方法設置。走線時將線纜扎成一股放入碳纖維桿，再利用柔性細線穿過走線孔對碳纖維桿內部的線纜進行捆扎，可以保證線纜沿固定于碳纖維桿內壁，并進行軸向定位。
[0018]本專利的優點有:
[0019]I)采用了碳纖維/環氧樹脂作為碳纖維桿材料與鈦合金作為連接件材料構成了碳纖維臂桿，具備質量輕，精度高，結構強度、剛度等力學性能優越，溫度變化對結構影響小等特點。
[0020]2)提出了兩種碳纖維臂桿內部走線結構:
[0021]方案一:采用了一種走線支架結構，該結構可放置在碳纖維臂桿內部，由走線管、鈦合金支架兩部分構成，其中，走線管固緊在鈦合金支架的通孔中，鈦合金支架采用三面支撐的形狀，并在邊緣部分開孔的結構，能夠避免了對碳纖維桿的進一步加工，在有效的固定內部走線的同時，加強了臂桿的強度。
[0022]方案二:采用了一種走線通孔結構，該結構是一種直接在碳纖維桿以及鈦合金結構件進行打孔的結構，利用柔性細線捆扎內部線團，其特點在于易于加工實現，可在滿足臂桿各項性能的前提下實現對各類線簇的固定。
[0023]3)碳纖維桿與鈦合金連接件的連接方式采用膠接連接與螺釘連接的混合連接方式，強化了連接效果，有效保證了碳纖維臂桿結構的安全可靠性。
[0024]4)對碳纖維臂桿進行了等電位設計，且等電位值為幾十毫歐。

【專利附圖】

【附圖說明】
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[0025]圖1是本發明提出的碳纖維臂桿結構示意圖。
[0026]圖2是本發明提出的碳纖維臂桿結構示意剖面圖。
[0027]圖3是本發明提出的走線支架方案的結構圖。
[0028]圖4是本發明提出的走線支架方案結構的截面圖。
[0029]圖5是本發明提出的走線通孔結構的截面圖。
[0030]圖6是本發明提出的走線通孔結構的通孔截面圖。
[0031]圖7是本發明提出的走線通孔結構的通孔截面圖。
[0032]圖8是本發明提出的走線通孔結構的通孔截面圖。
[0033]圖9是本發明提出的針對第一種走線方案的碳纖維臂桿結構圖。
[0034]圖10是本發明提出的鈦合金連接件a的剖視圖。
[0035]圖11是本發明提出的鈦合金連接件a的正視圖。
[0036]圖12是本發明提出的鈦合金連接件a的剖視圖。
[0037]圖13是本發明提出的鈦合金連接件b的剖視圖。
[0038]圖14是本發明提出的鈦合金連接件b的正視圖。
[0039]圖15是本發明提出的鈦合金連接件b的剖視圖。
[0040]圖16是本發明提出的碳纖維臂桿結構的剖視圖。
[0041]圖17是本發明提出的碳纖維臂桿結構的端面視圖。
[0042]圖18是本發明提出的碳纖維臂桿結構的端面視圖。
[0043]1-連接件a ;101_螺釘連接孔c ;102_螺栓孔a ;104_定位銷孔a ; 105-等電位固定螺紋孔a ；2-連接件b ;201-螺釘連接孔d ；202-螺栓孔b ；203-走線孔a ；204-定位銷孔b ;205_等電位固定螺紋孔b ;3_碳纖維桿；301_螺釘連接孔a ;302_螺釘連接孔b ;303_走線孔c ；304-走線孔d ；4-支架；401_支架孔；5_走線管；

【具體實施方式】
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[0044]下面結合附圖對本實用新型專利進行進一步說明:
[0045]如圖1所示為本發明所述的碳纖維臂桿的結構示意圖。該臂桿包括:連接件al、連接件b2以及碳纖維桿3構成。其裝配關系如圖2所示，本發明中，為了確保碳纖維桿3同連接件al與連接件b2的連接性能，在經過膠接連接后，又通過螺釘連接相結合的混合連接結構方式將碳纖維桿3與兩個連接件al、b2進行連接，因此，需要在碳纖維桿3兩端各開有6個螺釘連接孔a301與螺釘連接孔b302，呈等間距沿圓周均勻分布，連接件al也應同樣開有螺釘連接孔ClOl和螺釘連接孔d201，除此之外，為了能使鈦合金連接件al、b2同其他機構相連接，還需留有相配合的螺栓孔al02與螺栓孔b202。
[0046]碳纖維桿內部走線設計可采用如圖3、圖4所示的走線支架結構，也可采用如圖5至圖8所示的走線通孔結構。
[0047]碳纖維臂桿內部走線方案一:走線支架結構如圖3、圖4所示:在碳纖維桿內部放入一個走線結構，該結構由支撐用的支架4及具有走線孔的碳纖維走線管5構成，其中，走線管5固緊在支架4的通孔中，支架4采用三面支撐的形狀，并且鈦合金支架上開有支架孔401，起到減重作用；同時在一定程度上減小支架4的自身重量，線纜固定于走線管5內，通過柔性細線進行捆扎，沿走線管5的內壁固定。
[0048]碳纖維臂桿內部走線方案二所指的走線通孔結構如圖5至圖8所示:在碳纖維桿上開有螺釘連接孔a301與螺釘連接孔b302、走線孔c303、d304，其中走線孔c303與d304沿碳纖維桿3開在碳纖維桿3的一側，等間隔設置；每對走線孔采用間隔為20°的開孔方法設置。在走線時，將線纜扎成一股放入碳纖維桿3，再利用柔性細線穿過走線孔c303與d304對碳纖維桿3內部的線纜進行捆扎，可以保證線纜沿固定于碳纖維桿內壁，并進行軸向定位。
[0049]碳纖維臂桿內部走線方案二:走線通孔結構，對碳纖維桿3及2個連接件al、b2進行了詳細設計，其結構如圖9所示，因此，需要在碳纖維桿進行打孔的基礎上，在連接件b2上也開有一對走線孔a203。
[0050]連接件al的設計圖如圖10至圖12所示，包含螺釘連接孔clOl、螺栓孔al02、定位銷孔al04、等電位固定螺紋孔al05。連接件b2除包含螺釘連接孔d201、螺栓孔b202、定位銷孔b204、等電位固定螺紋孔b205以外，針對走線通孔結構方案，如圖13至圖15所示，還開有走線孔a203。
[0051]除此之外，針對等電位設計中采用了埋線的結構，該結構通過兩端帶有中心通孔的墊片的導線將連接件al的等電位固定螺紋孔al05與連接件b2的等電位固定螺紋孔b205進行連接，并利用螺釘螺釘固定于鈦合金連接件al、b2上，導線的中間部分則采用螺旋方式通過在碳纖維桿3內壁，并采用點膠的工藝將其固定于內壁上。
[0052]該碳纖維臂桿在加工裝配時還具備以下特點，如圖16至18所示，需要保證的是連接件al、b2的止口內圓面和外圓面同軸，兩法蘭端面與其軸線的垂直度要求，以及定位銷孔al04與b204、螺栓孔al02與螺栓孔b202的位置度要求。
【權利要求】
1.一種新的機器人碳纖維臂桿結構，其特征在于，碳纖維臂桿為圓柱體結構，包括2個鈦合金連接件a、b以及I根碳纖維桿；并包含有碳纖維臂桿走線結構、等電位埋線構造； 一種新型的碳纖維臂桿，所述的碳纖維桿以碳纖維/環氧樹脂為材料，鈦合金連接件a、b通過采用膠接及螺釘連接相結合的混合連接結構安裝在碳纖維桿兩側；碳纖維桿兩端各沿圓周等間距分布6個螺釘連接孔，分別對應2個鈦合金連接件a、b的螺釘連接孔； 鈦合金連接件a、b上沿圓周均勻分布有12個螺栓孔，用于配合安裝其它部件；同時鈦合金連接件a、b內部還有2個定位銷孔和I個等電位固定螺紋孔；安裝定位銷后用以驗證2個鈦合金連接件a、b的定位和對齊；所述的第一個螺栓孔設在定位銷孔逆時針方向旋轉45°處；其余螺栓孔沿圓周均勻分布；同理，等電位固定螺紋孔設在定位銷孔逆時針方向旋轉60°處； 該碳纖維臂桿的
【發明內容】
還包含了兩種內部走線結構，一種是可以固定在碳纖維臂桿內部的一種的走線支架結構，另一種是直接在碳纖維桿及鈦合金連接件a、b進行打孔的走線通孔結構；除此之外，還含有一種用于實現碳纖維桿等電位的等電位埋線構造； 方案一:在碳纖維桿內部放入一個走線結構，該走線結構由支撐用的鈦合金支架及具有走線孔的碳纖維走線管組成；碳纖維走線管固緊在鈦合金支架的通孔中，鈦合金支架采用三面支撐的形狀，并在邊緣部分開孔的結構，采用三面支撐的形狀可以起到減重作用；在鈦合金支架上開孔，在一定程度上為了減小其自身重量，線纜固定于碳纖維走線管內，通過柔性細線進行捆扎，沿碳纖維走線管的內壁固定； 方案二:在碳纖維桿一側上開有5對走線孔，右端的鈦合金連接件b上開有2個走線孔，與碳纖維桿上最右邊的一對走線孔相對應；走線孔沿碳纖維桿等間隔設置；每對走線孔采用間隔為20°的開孔方法設置；走線時將線纜扎成一股放入碳纖維桿，再利用柔性細線穿過走線孔對碳纖維桿內部的線纜進行捆扎，可以保證線纜沿固定于碳纖維桿內壁，并進行軸向定位。
2.如權利要求1所述的碳纖維臂桿結構，其特征在于，在鈦合金連接件a、b與碳纖維桿的連接處留有螺紋孔。
3.如權利要求1所述的碳纖維臂桿結構，其特征在于，設計了一種走線支架結構，該結構由走線管、支架兩部分構成，走線管固緊在支架的通孔中，支架采用三面支撐的形狀，并在支架邊緣部分上開孔； 具體為:碳纖維桿內部放入一個走線結構，線纜固定于碳纖維走線管內，柔性細線捆扎線纜，固定在碳纖維走線管的內壁。
4.如權利要求1所述的碳纖維臂桿結構，其特征在于，設計了一種走線通孔結構，在碳纖維桿與連接件b以20°為間隔進行打孔，柔性細線穿孔捆扎固緊。
【文檔編號】B25J18/00GK203919086SQ201420247403
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年5月14日 優先權日:2014年5月14日
【發明者】宋荊洲, 孫漢旭, 賈慶軒, 張憶非, 陳鋼, 劉勇 申請人:北京郵電大學