本發(fā)明屬于機械結(jié)構(gòu)設(shè)計領(lǐng)域，具體涉及一種液壓驅(qū)動多關(guān)節(jié)柔性機械臂總體結(jié)構(gòu)及驅(qū)動方法。

背景技術(shù)：

1、液壓驅(qū)動多關(guān)節(jié)柔性機械臂總體結(jié)構(gòu)在機械臂性能改進領(lǐng)域有著關(guān)鍵作用，關(guān)系著柔性機械臂的整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和機械臂工作空間范圍。總體結(jié)構(gòu)主要包括柔性機械臂中間柔性部分的安裝方法和底部液壓驅(qū)動柔性部分運動的實現(xiàn)方式。柔性機械臂中間柔性部分的安裝方法關(guān)系著機械臂整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和工作空間范圍。

2、對于傳統(tǒng)剛性機械臂，由于操控均由舵機或者電機與剛性臂配合運動，其機械臂活動空間范圍較小且靈活度不高。

3、柔性機械臂的驅(qū)動方式關(guān)系著機械臂運動效率問題，對于傳統(tǒng)剛性機械臂，機械臂關(guān)節(jié)處使用電機及齒輪組等傳遞動力，這種驅(qū)動裝置與機械臂裝配在一起結(jié)構(gòu)不緊湊，增加了機械臂自重，傳動效率低。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種液壓驅(qū)動多關(guān)節(jié)柔性機械臂總體結(jié)構(gòu)及驅(qū)動方法，針對上述問題使用注射泵以及電動閥配合以液壓方式驅(qū)動機械臂中端柔性部分，達到提高機械臂傳動效率，減輕機械臂自重的目的。

2、本發(fā)明的目的通過如下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

3、一種液壓驅(qū)動多關(guān)節(jié)柔性機械臂總體結(jié)構(gòu)，包括：驅(qū)動結(jié)構(gòu)，所述驅(qū)動結(jié)構(gòu)與中部柔性機械臂運動結(jié)構(gòu)的一端連接，所述中部機械臂柔性運動結(jié)構(gòu)包括一組連接板、一組骨材結(jié)構(gòu)、三根可伸縮波紋管，三根所述可伸縮波紋管之間呈120°圓周均勻分布，通過三根所述可伸縮波紋管之間不同的伸縮距離實現(xiàn)所述中部機械臂柔性運動結(jié)構(gòu)的多角度彎折，所述中部柔性運動結(jié)構(gòu)的另一端與機械臂剛性結(jié)構(gòu)連接。

4、進一步地，所述驅(qū)動結(jié)構(gòu)包括驅(qū)動結(jié)構(gòu)外殼，所述驅(qū)動結(jié)構(gòu)外殼內(nèi)部安裝有注射泵，所述注射泵通過電動閥與變截面連接管連接。

5、進一步地，所述注射泵包括注射泵臺架，所述注射泵臺架上安裝有注射泵電機、注射器，所述注射器內(nèi)插有注射器柄、注射器活塞，所述注射器柄通過連接件與電機螺桿連接，所述電機螺桿與所述注射泵電機連接，所述注射器與連接軟管一端連接，所述的連接軟管另一端上安裝有四通閥，所述四通閥與變截面連接管連接，所述變截面連接管上安裝有電動閥，所述可伸縮波紋管通過使用注射泵電機驅(qū)動注射泵以及電動閥控制向內(nèi)部注入或者抽出液體來實現(xiàn)伸縮。

6、進一步地，所述機械臂剛性結(jié)構(gòu)包括安裝在位于頂部所述連接板上的電機二，所述電機二與轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)連接，驅(qū)動機械臂剛性結(jié)構(gòu)實現(xiàn)平面內(nèi)360度旋轉(zhuǎn)，所述轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)與連接結(jié)構(gòu)連接，所述連接結(jié)構(gòu)內(nèi)安裝有電機一，所述電機一與機械臂小臂連接，所述機械臂小臂與機械手連接。

7、進一步地，所述中部機械臂柔性運動結(jié)構(gòu)的可伸縮波紋管半嵌入到位于頂部的連接板上并且封閉以保證內(nèi)部液體不外溢，所述可伸縮波紋管穿過位于下方的兩個所述連接板與變截面連接管連接，實現(xiàn)同軸心的可伸縮波紋管的連續(xù)連接，相鄰的每兩個所述連接板之間、位于下部的所述連接板與驅(qū)動結(jié)構(gòu)外殼之間安裝有骨材結(jié)構(gòu)。

8、進一步地，所述骨材結(jié)構(gòu)包括一組骨材，所述骨材一端具有圓球狀結(jié)構(gòu)，所述骨材另一端具有圓球狀凹槽，相鄰的每兩個所述骨材之間通過所述圓球狀結(jié)構(gòu)、所述圓球狀凹槽相切連接，所述圓球狀結(jié)構(gòu)、所述圓球狀凹槽之間留有空隙，起到各骨材之間全方位轉(zhuǎn)動以及支撐作用。

9、本發(fā)明還可以包括：

10、一種如上述的液壓驅(qū)動多關(guān)節(jié)柔性機械臂總體結(jié)構(gòu)的驅(qū)動方法，該方法包括如下步驟：

11、固定在注射泵臺架上的注射泵電機轉(zhuǎn)動來驅(qū)動螺桿轉(zhuǎn)動，從而帶動連接件以及連接在連接件上的注射器柄和注射器活塞左右運動，從而實現(xiàn)注射器內(nèi)部液體的出入，內(nèi)部液體通過四通閥和連接管將液體泵至電動閥處，由三個不同的電動閥控制電動閥閥口處的開合，從而實現(xiàn)三組軸向分布的可伸縮波紋管內(nèi)部液體的進出以及根據(jù)要求控制不同組波紋管內(nèi)部液體注入或抽出量，從而實現(xiàn)上段可伸縮波紋管伸縮達到柔性機械臂柔性機構(gòu)部分的不同方位彎折，同時每段的四個骨材在起到支撐作用的同時，實現(xiàn)對應(yīng)角度彎折。

12、本發(fā)明的有益效果在于：

13、本發(fā)明可伸縮波紋管能夠在液壓驅(qū)動下實現(xiàn)伸縮，骨材二、骨材三能夠轉(zhuǎn)動20°以上。波紋管與骨材配合既能起到支撐作用，也能實現(xiàn)柔性部分靈活運動，并且具有整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

14、本發(fā)明底部注射泵及電動閥配合能夠分別為三個方位的可伸縮波紋管注入或抽出液體，實現(xiàn)機械臂柔性部分的指定方向彎折，具有多自由度，增大活動空間范圍。

15、本發(fā)明將傳統(tǒng)剛性機械臂中端部分替換為柔性結(jié)構(gòu)，由可伸縮波紋管及骨材構(gòu)成，同時為柔性機械臂中端部分提供驅(qū)動結(jié)構(gòu)，具體來說使用注射泵以及電動閥配合向可伸縮波紋管注入或抽出液體實現(xiàn)液壓驅(qū)動，以提高機械臂傳動效率，提高機械臂靈活性。

16、本發(fā)明在傳統(tǒng)剛性機械臂基礎(chǔ)上替換了機械臂中間剛性部分為柔性結(jié)構(gòu)，由三根外圍周向分布的可伸縮波紋管以及中間四節(jié)配合轉(zhuǎn)動骨材構(gòu)成，解決了傳統(tǒng)機械臂靈活度不高、活動空間范圍有限的問題，同時可伸縮波紋管與四節(jié)骨材相配合使總體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，達到提高機械臂靈活度且擴大機械臂活動空間范圍的目的。

技術(shù)特征：

1.一種液壓驅(qū)動多關(guān)節(jié)柔性機械臂總體結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括：驅(qū)動結(jié)構(gòu)，所述驅(qū)動結(jié)構(gòu)與中部柔性機械臂運動結(jié)構(gòu)的一端連接，所述中部機械臂柔性運動結(jié)構(gòu)包括一組連接板(7)、一組骨材結(jié)構(gòu)(9)、三根可伸縮波紋管(8)，三根所述可伸縮波紋管(8)之間呈120°圓周均勻分布，通過三根所述可伸縮波紋管(8)之間不同的伸縮距離實現(xiàn)所述中部機械臂柔性運動結(jié)構(gòu)的多角度彎折，所述中部柔性運動結(jié)構(gòu)的另一端與機械臂剛性結(jié)構(gòu)連接。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液壓驅(qū)動多關(guān)節(jié)柔性機械臂總體結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述驅(qū)動結(jié)構(gòu)包括驅(qū)動結(jié)構(gòu)外殼(10)，所述驅(qū)動結(jié)構(gòu)外殼(10)內(nèi)部安裝有注射泵(13)，所述注射泵(13)通過電動閥(12)與變截面連接管(11)連接。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的液壓驅(qū)動多關(guān)節(jié)柔性機械臂總體結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述注射泵(13)包括注射泵臺架(13-3)，所述注射泵臺架(13-3)上安裝有注射泵電機(13-1)、注射器(13-2)，所述注射器(13-2)內(nèi)插有注射器柄(13-5)、注射器活塞(13-6)，所述注射器柄(13-5)通過連接件(13-4)與電機螺桿連接，所述電機螺桿與所述注射泵電機(13-1)連接，所述注射器(13-2)與連接軟管(10-3)一端連接，所述的連接軟管(10-3)另一端上安裝有四通閥(10-2)，所述四通閥(10-2)與變截面連接管(11)連接，所述變截面連接管(11)上安裝有電動閥(12)，所述可伸縮波紋管(8)通過使用注射泵電機(13-1)驅(qū)動注射泵(13)以及電動閥(12)控制向內(nèi)部注入或者抽出液體來實現(xiàn)伸縮。

4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的液壓驅(qū)動多關(guān)節(jié)柔性機械臂總體結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述機械臂剛性結(jié)構(gòu)包括安裝在位于頂部所述連接板(7)上的電機二(6)，所述電機二(6)與轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)(5)連接，驅(qū)動機械臂剛性結(jié)構(gòu)實現(xiàn)平面內(nèi)360度旋轉(zhuǎn)，所述轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)(5)與連接結(jié)構(gòu)(3)連接，所述連接結(jié)構(gòu)內(nèi)安裝有電機一(4)，所述電機一(4)與機械臂小臂(2)連接，所述機械臂小臂(2)與機械手(1)連接。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液壓驅(qū)動多關(guān)節(jié)柔性機械臂總體結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述中部機械臂柔性運動結(jié)構(gòu)的可伸縮波紋管(8)半嵌入到位于頂部的連接板(7)上并且封閉以保證內(nèi)部液體不外溢，所述可伸縮波紋管(8)穿過位于下方的兩個所述連接板(7)與變截面連接管(11)連接，實現(xiàn)同軸心的可伸縮波紋管(8)的連續(xù)連接，相鄰的每兩個所述連接板(7)之間、位于下部的所述連接板(7)與驅(qū)動結(jié)構(gòu)外殼(10)之間安裝有骨材結(jié)構(gòu)(9)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液壓驅(qū)動多關(guān)節(jié)柔性機械臂總體結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述骨材結(jié)構(gòu)(9)包括一組骨材，所述骨材一端具有圓球狀結(jié)構(gòu)，所述骨材另一端具有圓球狀凹槽，相鄰的每兩個所述骨材之間通過所述圓球狀結(jié)構(gòu)、所述圓球狀凹槽相切連接，所述圓球狀結(jié)構(gòu)、所述圓球狀凹槽之間留有空隙，起到各骨材之間全方位轉(zhuǎn)動以及支撐作用。

7.一種如權(quán)利要求1-6之一所述的液壓驅(qū)動多關(guān)節(jié)柔性機械臂總體結(jié)構(gòu)的驅(qū)動方法，其特征在于，該方法包括如下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種液壓驅(qū)動多關(guān)節(jié)柔性機械臂總體結(jié)構(gòu)及驅(qū)動方法。本發(fā)明組成包括：驅(qū)動結(jié)構(gòu)，所述驅(qū)動結(jié)構(gòu)與中部柔性機械臂運動結(jié)構(gòu)的一端連接，所述中部機械臂柔性運動結(jié)構(gòu)包括一組連接板、一組骨材結(jié)構(gòu)、三根可伸縮波紋管，三根所述可伸縮波紋管之間呈120°圓周均勻分布，通過三根所述可伸縮波紋管之間不同的伸縮距離實現(xiàn)所述中部機械臂柔性運動結(jié)構(gòu)的多角度彎折，所述中部柔性運動結(jié)構(gòu)的另一端與機械臂剛性結(jié)構(gòu)連接。本發(fā)明通過注射泵及電動閥的操控可向不同的可伸縮波紋管內(nèi)部注入或抽出液體，以實現(xiàn)機械臂柔性部分的多自由度運動，最終達到提高機械臂傳動效率以及機械臂靈活性，增加機械臂活動空間范圍的目的。

技術(shù)研發(fā)人員：孫夢玲,李少成,呂欣倍,亓慶源,張佐天,王興濤,薛方明,陶振東
受保護的技術(shù)使用者：哈爾濱工程大學
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/4/24