一种基于细胞机器人单体的多自由度机械臂的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于智能机器人技术领域，具体涉及，一种基于细胞机器人单体的多自由度机械臂。
【背景技术】
[0002]随着社会分工的细化，从事简单重复工作的人们强烈渴望拥有某种能够代替自己工作的机械臂出现。1946年第一台数字电子计算机问世以来，计算机取得了惊人的进步，向高速度、大容量、低价格的方向发展。同时，大批量生产的迫切需求推动了自动化技术的进展，又为机械臂的开发奠定了基础。另一方面，核能技术的研究要求某些操作机械代替人处理放射性物质。在这一需求背景下，美国于1947年开发了遥控机械手，1948年又开发了机械式的主从机械手。
[0003]机械臂技术首先是从美国开始研制的。1954年美国戴沃尔最早提出了工业机器人的概念，并申请了专利。该专利的创新点是借助伺服反馈技术控制机器人的关节，利用人手对机器人进行动作示教，机器人能实现动作的记录和再现。这就是所谓的再现机器人。现有的机器人差不多都采用这种控制方式。1958年美国联合控制公司研制出第一台机械臂铆接机器人。作为机器人产品最早的实用机型是1962年美国AMF公司推出的“VERSTRAflPUNIMAT10N公司推出的“UNIMATE”。这些工业机器人主要由类似人的手和臂所组成，可以代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。
[0004]但是目前工业上应用的机械臂大都是利用刚性连杆以及在连杆末端安装旋转电机的连接方式构成。机械臂自由度少，运动方式单一，而且单个臂发生故障就会导致整个机械臂的功能失效，拆卸、更换、组装都比较麻烦。
【发明内容】
[0005]针对上述问题，本发明提供了一种基于细胞机器人单体的多自由度机械臂，每一个细胞机器人单体大小、功能等均相同，便于拆卸、更换、组装，可以组成多种形态的机械臂，应用到不同的场合。
[0006]本发明基于细胞机器人单体的多自由度机械臂，包括机械臂底座、机械臂主体与末端执行机构；机械臂主体由多个细胞机器人单体结构相互连接构成。
[0007]所述细胞机器人单体为由左半部外壳与右半部外壳构成，左半部外壳与右半部外壳间具有一个旋转自由度；左半部外壳与右半部外壳壁面周向均布4个连接位置，两个细胞机器人单体间在连接点固连。
[0008]上述结构机械臂中位于始端的细胞机器人单体安装在机械臂底座上；末端的细胞机器人单体上安装末端执行机构。
[0009]根据需要对多个细胞机器人单体进行组装，可形成具有多自由度、多余度的不同形态的机械臂。
[0010]本发明的优点在于:
[0011 ] 1、本发明基于细胞机器人单体的多自由度机械臂，除了机械臂末端执行机构，整个机械臂的其他组成部分全部采用模块化设计思想，均由的细胞机器人单体所组成。
[0012]2、本发明基于细胞机器人单体的多自由度机械臂，每一个细胞机器人单体大小、功能等均相同，便于拆卸、更换、组装，可以组成多种形态的机械臂，应用到不同的场合。当某一个细胞发生故障时，进行余度和自由度降级，利用剩余的功能健康的细胞机器人单体组合构成余度数和自由度数都比原来机械臂少的而功能健全的新机械臂，而将故障的细胞机器人单体视作一个连接刚体。
[0013]3、本发明基于细胞机器人单体的多自由度机械臂，自由度数和普通机械臂相比大大增加，运动灵活。
[0014]4、本发明基于细胞机器人单体的多自由度机械臂，当末端执行机构需要从空间某一点A到达空间另一点B时，综合调度所有的非故障细胞机器人单体的自由度，可实现最优路径达到，快速尚效。
【附图说明】
[0015]图1为本发明基于细胞机器人单体的多自由度机械臂结构示意图；
[0016]图2为本发明基于细胞机器人单体的多自由度机械臂中细胞机器人单体结构示意图；
[0017]图3为本发明基于细胞机器人单体的多自由度机械臂中机械连接装置结构示意图；
[0018]图4为机械连接装置中内壳连接件结构示意图；
[0019]图5为机械连接装置中内壳上视结构示意图；
[0020]图6为机械连接装置中内壳下视结构示意图；
[0021]图7为机械连接装置中可伸缩对接机构结构示意图；
[0022]图8为机械连接装置中弹性连接器安装位置示意图；
[0023]图9为机械连接装置进行连接后结构示意图；
[0024]图10为本发明基于细胞机器人单体的两个细胞基准轴相互平行连接示意图；
[0025]图11为本发明基于细胞机器人单体的两个细胞基准轴相交连接示意图；
[0026]图12为本发明基于细胞机器人单体的多自由度机械臂中细胞机器人单体间连接方式一不意图；
[0027]图中:
[0028]1-机械臂底座2-机械臂主体3-末端执行机构
[0029]4-细胞机器人单体 401-半球体外壳 402-机械连接装置
[0030]402a-外壳402b_内壳连接台 402c_内壳
[0031]402d-对接台座402e_弹簧402f-弹性连接器
[0032]402g-对接定位面 402h-卡榫402i_榫头
[0033]402j-定位孔402k-连接头4021-定位卡头
[0034]40?-内缘40?-外缘40?-缺口
[0035]402p-定位凹进402q_导通孔402r_凹槽
[0036]402s-限位台肩
【具体实施方式】
[0037]下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
[0038]本发明一种基于细胞机器人单体的多自由度机械臂，包括机械臂底座1、机械臂主体2与末端执行机构3，如图1所示；机械臂主体2由多个细胞机器人单体4结构相互连接构成。
[0039]所述细胞机器人单体4为由两个半球体外壳401构成的整体球形结构，如图2所示，两个半球体外壳401间具有一个旋转自由度，由驱动电机驱动旋转。每个半球体外壳401壁面周向均布4个安装孔，每个安装孔内安装有一个机械连接装置402，用来实现各个细胞机器人单体4间的连接。
[0040]所述机械连接装置402包括外壳402a、内壳连接台402b、内壳402c、对接台座402d、弹簧402e与弹性连接器(弹针)402f，如图3、图6所示。
[0041]其中，外壳402a为筒状结构一端面为内陷球面，作为对接定位面402g。在对接定位面402g外缘周向上相对位置设计有卡榫402h。卡榫402h的外表面为圆弧面，榫头402i朝向对接定位面402g ;且使卡榫402h的外表面所对应球体与对接定位面402g所对应的球体半径相等，进而实现两个机械连接装置402在对接时，卡榫402h外表面与对接定位面402g间的配合相贴，作为两个机械连接装置402对接时的相对对接位置的基准。
[0042]所述内壳连接台402b同轴嵌入固定于对接定位面402g上，如图4所示，也可与对接定位面402g设计为一体结构。内壳连接台402b周向上均勾设计有定位口，用来安装固定内壳402c。
[0043]所述内壳402c为筒状结构，用于可伸缩连接机构伸缩运动的导向，以及两个机械连接装置402的对接。内壳402c —端作为安装端，周向上均匀设计有连接头402k，如图5所示，连接头402k端部设计有定位卡头4021。通过各个连接头402k分别穿过内壳连接台402b上的定位口，使定位卡头4021与内壳连接台402b端面间配合卡紧，实现内壳402c的固定。内壳402c另一端作为对接端，端部周向上设计有内缘402m与外缘402η，且外缘402η周向相对位置开设有两个缺口 402ο，两个缺口 402ο开设位置分别与外壳402al上两个卡榫402h所在位置呈90度设计。上述外缘402η的内侧面还设计有两个定位凹进402ρ，定位凹进402ρ的凹进面与卡榫402h的榫头402i内表面匹配，两个定位凹进402p分别位于两个缺口 402ο同侧，如图6所示。
[0044]如图7所示，所述对接台座402d同轴设置在内壳402c内部，内部中空，一端作为对接平面，其上开有个导通孔402q ;三个导通孔402q中心共线，且中间的导通孔402q中心位于对接台座402d轴线上，三个导通孔402q用于通过弹性连接器402f。对接台座402d另一端作为限位端，周向上设计有凹槽402r，用来设置弹簧402e，且使弹簧402e与对接台座402d同轴。上述对接台座402d的限位端外壁周向上设计有限位台肩402s，与内壳402c对接端周向上的内缘402m配合搭接，实现对接台座402d与内壳402c间的限位，使对接台座402d不会再弹簧402e的回弹作用力下脱出内壳402c。
[0045]所述弹性连接器402f为三个，位于对接台座402d内部，如图8所示，三个弹性连接器402f的固定端固定安装在内壳连接台402b的端面上。三个弹性连接器402f的轴线分别过对接台座402d的对接平面上三个导通孔402q的的中心，且三个弹性连接器402f在对接平面上的投影分别位于三个导通孔402q内部，由此保证三个弹性连接器402f可由对接平面穿过。