对称可伸缩式机械臂

1.一种对称可伸缩式机械臂，其特征在于包括底座（1）、置于底座（1）内的直流伺服电机（16）、支座杆（4）、支架杆（5）、固定电磁线圈（2）、内部置有磁体的移动滑块（3）、两个机械臂体及控制系统；
所述的底座（1）上部具有空心环状柱体（1-1），支座杆（4）下端穿过空心环状柱体（1-1）并通过转动轴承与直流伺服电机（16）的输出轴相连，支座杆（4）上端与支架杆（5）中部固定，且支座杆（4）与支架杆（5）相垂直，支座杆（4）上具有滑轨，移动滑块（3）和固定电磁线圈（2）均套置于支座杆（4）上，移动滑块（3）位于固定电磁线圈（2）的上方，固定电磁线圈（2）与底座（1）固定，在底座（1）的空心环状柱体（1-1）内置有两个圆弧槽夹具（14），对称分布于支座杆（4）的两侧，圆弧槽夹具内有电磁线圈，圆弧槽夹具（14）的圆弧槽表面有橡皮垫（14-
1），支架杆（5）上固定有用于检测移动滑块位置信息的位置传感器（15），位置传感器（15）与移动滑块（3）相对；
所述的两个机械臂体对称的安装于支座杆（4）两侧，每个机械臂体包括前臂（10）、后臂（9）、第一驱动杆（6）、第二驱动杆（7）、肘（8）、第一辅助杆（12）、第二辅助杆（13）及掌（11），第一驱动杆（6）的一端与移动滑块（3）铰接，另一端与后臂（9）的中部铰接，后臂（9）的上端与支架杆（5）的一侧铰接，下端与肘（8）的一端铰接，肘（8）的另一端与前臂（10）的中部铰接，第二驱动杆（7）的一端与第一驱动杆（6）的中部铰接，另一端与前臂（10）的下端铰接，前臂（10）的上端与掌（11）的中部铰接，第一辅助杆（12）的下端和第二辅助杆（13）的下端均与肘（8）的中部铰接，第一辅助杆（12）的上端与支架杆（5）的端部铰接，第二辅助杆（13）的上端与掌（11）的一端铰接，第一辅助杆（12）、后臂（9）、肘（8）及支架杆（5）构成一个平行四边形机构，第二辅助杆（13）、前臂（10）、肘（8）及掌（11）也构成一个平行四边形机构；
所述的控制系统包括工控机（17）、运动控制卡（18）、用于驱动直流伺服电机（16）的电机驱动器（19）、用于控制固定电磁线圈（2）的第一线圈驱动器（20）、及用于控制圆弧槽夹具（14）内电磁线圈的第二线圈驱动器（21），所述的工控机（17）与运动控制卡（18）连接，运动控制卡（18）的三个输出端分别与电机驱动器（19）的输入端、第一线圈驱动器（20）的输入端及第二线圈驱动器（21）的输入端相连，运动控制卡（18）的两个输入端分别与位置传感器（15）的信号输出端及直流伺服电机（16）内编码器的信号输出端连接。

对称可伸缩式机械臂\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种对称可伸缩式机械臂，可应用于码垛、搬运等多种场合。\n背景技术\n[0002] 随着物流等行业的快速发展，用于物品搬运的机械臂方案被不断设计并应用于工作场所，如何以紧凑的机械结构准确而高效的完成给定的任务，是多种设计方案所追求的效果。在设计机械手臂时，需根据机械手抓取重量、自由度数、工作范围、运动速度及机械手的整体布局和工作条件等各种因素综合考虑，以达到动作准确、可靠、灵活、结构紧凑、刚度大、自重小，从而保证一定的位置精度和响应速度。\n发明内容\n[0003] 本发明的目的在于提供一种结构简单紧凑、稳定性强且工作效率高的对称可伸缩式机械臂。\n[0004] 本发明的对称可伸缩式机械臂，包括底座、置于底座内的直流伺服电机、支座杆、支架杆、固定电磁线圈、内置有磁体的移动滑块、两个机械臂体及控制系统；\n[0005] 所述的底座上部具有空心环状柱体，支座杆下端穿过空心环状柱体并通过转动轴承与直流伺服电机的输出轴相连，支座杆上端与支架杆中部固定，且支座杆与支架杆相垂直，支座杆上具有滑轨，移动滑块和固定电磁线圈均套置于支座杆上，移动滑块位于固定电磁线圈的上方，固定电磁线圈与底座固定，在底座的空心环状柱体内置有两个圆弧槽夹具，对称分布于支座杆的两侧，圆弧槽夹具内有电磁线圈，圆弧槽夹具的圆弧槽表面有橡皮垫，支架杆上固定有用于检测移动滑块位置信息的位置传感器，位置传感器与移动滑块相对；\n[0006] 所述的两个机械臂体对称的安装于支座杆两侧，每个机械臂体包括前臂、后臂、第一驱动杆、第二驱动杆、肘、第一辅助杆、第二辅助杆及掌，第一驱动杆的一端与移动滑块铰接，另一端与后臂的中部铰接，后臂的上端与支架杆的一侧铰接，下端与肘的一端铰接，肘的另一端与前臂的中部铰接，第二驱动杆的一端与第一驱动杆的中部铰接，另一端与前臂的下端铰接，前臂的上端与掌的中部铰接，第一辅助杆的下端、第二辅助杆的下端均与肘的中部铰接，第一辅助杆的上端与支架杆的端部铰接，第二辅助杆的上端与掌的一端铰接，掌的下端用以连接负载，第一辅助杆、后臂、肘及支架杆构成一个平行四边形机构，第二辅助杆、前臂、肘及掌也构成一个平行四边形机构；\n[0007] 所述的控制系统包括工控机、运动控制卡、用于驱动直流伺服电机的电机驱动器、用于控制固定电磁线圈的第一线圈驱动器及用于控制圆弧槽夹具内电磁线圈的第二线圈驱动器，所述的工控机与运动控制卡连接，运动控制卡的三个输出端分别与电机驱动器的输入端、第一线圈驱动器的输入端及第二线圈驱动器的输入端相连，位置传感器的信号输出端及直流伺服电机内编码器的信号输出端分别与运动控制卡的输入端连接。\n[0008] 本发明的有益效果在于：本发明采用电磁线圈驱动移动滑块在支座杆上滑动，从而驱动机械臂的伸缩；采用两个平行四边形机构可使得机械臂体的掌部始终保持水平，以满足工作要求；采用对称式结构，可以实现两侧同时操作，提高装置的稳定性和工作效率；\n采用电磁式圆弧槽夹具，可以实现支座杆的紧急制动。本发明的机械臂结构紧凑、操作方便，可用于码垛、搬运等多种场合，并可实现全方位操作且稳定高效。\n附图说明\n[0009] 图1是对称可伸缩式机械臂的机械结构示意图；\n[0010] 图2是机械臂底座空心台状结构内的夹具结构示意图；\n[0011] 图3 是对称可伸缩式机械臂的控制系统示意图；\n[0012] 图4是对称可伸缩式机械臂伸展时的结构示意图。\n[0013] 图中，1.底座，1-1.空心台状结构，2.固定电磁线圈，3.移动滑块，4.支座杆，5.支架杆，6.第一驱动杆，7.第二驱动杆，8.肘，9.后臂，10.前臂，11.掌，12.第一辅助杆，13.第二辅助杆，14.圆弧槽夹具，14-1.橡皮垫，15.位置传感器，16.直流伺服电机，17.工控机，\n18.运动控制卡，19.电机驱动器，20.第一线圈驱动器，21.第二线圈驱动器。\n具体实施方式\n[0014] 下面结合附图对本发明做进一步说明。\n[0015] 参照图1和图2，本发明的对称可伸缩式机械臂，包括底座1、置于底座内的直流伺服电机16、支座杆4、支架杆5、固定电磁线圈2、内部置有磁体的移动滑块3、两个机械臂体及控制系统；\n[0016] 所述的底座1上部具有空心环状柱体1-1，支座杆4下端穿过空心环状柱体1-1并通过转动轴承与直流伺服电机16的输出轴相连，支座杆4上端与支架杆5中部固定，且支座杆4与支架杆5相垂直，支座杆4上具有滑轨，移动滑块3和固定电磁线圈2均套置于支座杆4上，移动滑块3位于固定电磁线圈2的上方，固定电磁线圈2与底座1固定，在底座1的空心环状柱体1-1内置有两个圆弧槽夹具14，对称分布于支座杆4的两侧，圆弧槽夹具内有电磁线圈，圆弧槽夹具14的圆弧槽表面有橡皮垫14-1，支架杆5上固定有用于检测移动滑块位置信息的位置传感器15，位置传感器15与移动滑块3相对，本实例中设置了两个位置传感器，分别位于支座杆两侧；\n[0017] 当底座1内的直流伺服电机16停止转动时，支座杆4由于惯性会继续转动，第二线圈驱动器21控制圆弧槽夹具14内电磁线圈中的电流，从而控制电磁线圈产生磁场的强弱，此时两个圆弧槽夹具14在内置电磁线圈产生的磁场力的作用下吸合，抱紧支座杆4，起到制动作用，圆弧槽夹具14的圆弧槽处装有橡皮垫14-1，以增大卡紧接触时与支座杆之间的摩擦力，使支座杆立即停止转动；当支座杆停止转动后，两夹具在电磁力的作用下分离，释放支座杆；\n[0018] 所述的两个机械臂体对称的安装于支座杆4两侧，每个机械臂体包括前臂10、后臂\n9、第一驱动杆6、第二驱动杆7、肘8、第一辅助杆12、第二辅助杆13及掌11，第一驱动杆6的一端与移动滑块3铰接，另一端与后臂9的中部铰接，后臂9的上端与支架杆5的一侧铰接，下端与肘8的一端铰接，肘8的另一端与前臂10的中部铰接，第二驱动杆7的一端与第一驱动杆6的中部铰接，另一端与前臂10的下端铰接，前臂10的上端与掌11的中部铰接，第一辅助杆12的下端、第二辅助杆13的下端均与肘8的中部铰接，第一辅助杆12的上端与支架杆5的端部铰接，第二辅助杆13的上端与掌11的一端铰接，第一辅助杆12、后臂9、肘8及支架杆5构成一个平行四边形机构，第二辅助杆13、前臂10、肘8及掌11也构成一个平行四边形机构；\n[0019] 所述的控制系统包括工控机17、运动控制卡18、用于驱动直流伺服电机16的电机驱动器19、用于控制固定电磁线圈2的第一线圈驱动器20及用于控制圆弧槽夹具内电磁线圈的第二线圈驱动器21；所述的工控机17与运动控制卡18连接，运动控制卡18的三个输出端分别与电机驱动器19的输入端、第一线圈驱动器20及第二线圈驱动器21的输入端相连，位置传感器15的信号输出端及直流伺服电机16内编码器的信号输出端分别与运动控制卡\n18的输入端连接，本发明中支座杆4的转动角度由直流伺服电机16的编码器间接检测，。\n[0020] 工作时，工控机下发控制指令，运动控制卡对指令进行处理后，下发给电机驱动器及线圈驱动器，电机驱动器驱动直流伺服电机，从而驱动支座杆转动，带动两个机械臂体转动，可实现机械臂的全方位操作，直流伺服电机的编码器间接检测支座杆的转动角度并将该信息反馈给运动控制卡；第一线圈驱动器控制固定电磁线圈，固定电磁线圈产生磁场的强弱由第一线圈驱动器通过控制电流进行控制，内置有磁体的移动滑块在固定电磁线圈产生的磁场力作用下沿支座杆轴心上下滑动，移动滑块带动第一驱动杆运动，进而带动两侧机械臂体的运动，实现机械臂体的伸展与收缩，位置传感器检测移动滑块的位置信息并将该信息反馈给运动控制卡；机械臂体中采用平行四边形机构使得掌保持水平状态。\n[0021] 机械臂的具体运动过程如下：\n[0022] 1）在装载负载的工作位置处，完成负载的装载工作，支座杆在直流伺服电机的作用下，旋转一定的角度，即可实现机械臂整体的旋转；\n[0023] 2）机械臂体的展开：固定电磁线圈产生的磁场力与移动滑块中的磁场力方向相反，此时移动滑块在磁场的作用下向上移动，带动第一驱动杆转动，第一驱动杆驱动后臂转动，同时带动第二驱动杆驱动前臂转动，实现机械臂体的展开，掌11在第一辅助杆及第二辅助杆的作用下，始终保持与底座面平行，如图4所示，与此同时位置传感器不断检测移动滑块的位置信息并反馈给运动控制卡；\n[0024] 3）当末端的掌11达到卸载负载的工作位置后，位置传感器不断检测移动滑块的位置信息并实时反馈给运动控制卡，此时固定电磁线圈产生的磁场力用以克服机械臂体及末端负载的重力，使机械臂体保持该状态，直至完成负载的卸载工作；\n[0025] 4）机械臂体的收缩：固定电磁线圈产生的磁场力与移动滑块中的磁场力方向相同，此时移动滑块在磁场的作用下向下移动，带动第一驱动杆转动，第一驱动杆驱动后臂转动，同时带动第二驱动杆驱动前臂转动，进而实现机械臂体的收缩，掌11在第一辅助杆及第二辅助杆的作用下，始终保持与底座面平行，如图1所示，与此同时位置传感器不断检测移动滑块的位置信息并反馈给运动控制卡；\n[0026] 5）支座杆在直流伺服电机的作用下，反方向旋转一定的角度，使机械臂回到装载负载的工作位置；\n[0027] 6）当末端的掌11达到装载负载的工作位置后，位置传感器不断检测移动滑块的位置信息并实时反馈给运动控制卡，此时固定电磁线圈产生的磁场力用以克服机械臂体的重力，使机械臂体保持该状态，直至完成负载的装载工作；\n[0028] 7）如此往复，完成负载物体的搬运工作。