一种基于卷尺弹簧的两自由度并联可伸缩机械臂的制作方法

本发明涉及可伸缩柔性机械臂技术领域，特别是涉及一种基于卷尺弹簧的两自由度并联可伸缩机械臂。

背景技术：

目前可伸缩的机械臂大多采用传统的刚性结构，具有精度高、承载力大等特点，但装置比较复杂、操作麻烦、体积和重量较大，由于无人机的载荷能力有限，需要一种新型的轻质可伸缩机械臂。

当前与本发明最接近的技术方案多是可操作性不强的柔性机械臂：

1)公开号为cn107433582a，专利名称为《一种全方位运动可伸缩柔性机械臂》的专利文献中，该柔性机械臂可实现全方位的运动，柔性臂包括变剪杆机构和共面机构，变剪杆机构由剪叉杆机构演变，能较为精确的控制剪杆的伸缩变化，但装置结构复杂、体积庞大、质量较重，不适合搭载于小型无人机下方实现远距离目标物体的抓取。

2)公开号为cn108393924a，专利名称为《一种线驱动可伸缩弯曲全柔性机械臂结构》的专利文献中，该机构由弹簧线绳控制姿态，用绕线的方式控制弹簧的伸长，柔性臂的结构较为稳定，但机构的操作空间只能在竖直平面上伸缩，不能实现左右平面移动。

3)公开号为cn107253043a，专利名称为《一种三自由度的可变柔性机械臂拧螺丝工具》的专利文献中，该工具应用磁流变液，实现活塞杆和工作套筒按设定速度推进，提高了工具的柔性，但工具运动稳定性不高，对接的准确率不高。

综上，提供一种结构简单、重量轻、可展开度大的两自由度并联可伸缩机械臂是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种基于卷尺弹簧的两自由度并联可伸缩机械臂，以解决上述现有技术存在的问题，用卷尺弹簧制成柔性并联机械臂，结构简单、质量低、可展开度大，且提高了工作的灵活性，并联机械臂有两个自由度，可实现伸缩和左右平移，工作范围更加广泛，下方的机械手可准确地抓取目标物体。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种基于卷尺弹簧的两自由度并联可伸缩机械臂，包括第一连接架、第二连接架、第三连接架、驱动电机、被动电机、卷尺弹簧和机械手抓；所述第一连接架和所述第二连接架与无人机连接，所述驱动电机设置于所述第一连接架上，所述驱动电机的驱动轴上连接有收卷辊，所述驱动电机的驱动轴能够带动所述收卷辊转动，所述机械手抓设置于所述第三连接架的底部，所述被动电机设置于所述第三连接架的侧壁上，所述第三连接架的内部还设置有配合设置的主动轮和被动轮，所述主动轮与所述被动轮均与所述第三连接架转动连接，所述被动电机的驱动轴与所述主动轮连接，所述卷尺弹簧一端与所述收卷辊连接，另一端穿过所述主动轮和所述被动轮后与所述第二连接架连接，且所述主动轮和所述被动轮将所述卷尺弹簧压紧。

优选地，所述第一连接架包括两个竖向板相互铰接的u型框架，其中一个u型框架的横向板与无人机连接，所述驱动电机固定于另一个u型框架的横向板上。

优选地，所述驱动电机的驱动轴与所述收卷辊通过键连接。

优选地，所述卷尺弹簧的材质为钢。

优选地，所述第二连接架包括一体成型的t型架体和u型框架，所述t型架体的横向杆与所述无人机连接，所述t型架体的竖向杆与所述u型框架的横向杆连接，所述u型框架的两竖向杆分别连接有一轮毂半轴，两个所述轮毂半轴之间设置有一磁卡盘，所述卷尺弹簧的端部伸入所述磁卡盘的盘体内，并通过螺栓固定。

优选地，所述轮毂半轴与所述u型框架之间设置有滚珠轴承。

优选地，所述第三连接架为一u型框架，所述主动轮和所述被动轮竖向排列设置于所述第三连接架的内部。

优选地，所述卷尺弹簧压紧在所述主动轮与所述被动轮之间。

优选地，所述机械手抓包括三个卡爪，所述机械手抓通过微型电机控制开合。

本发明相对于现有技术取得了以下有益技术效果：

1、本发明提供的基于卷尺弹簧的两自由度并联可伸缩机械臂，通过配合设置的主动轮和被动轮压紧卷尺弹簧压，使卷尺弹簧被压处形成一平面，使下方搭载的机械手爪在竖直方向上工作，被动电机和驱动电机同步运转，保证了并联卷尺弹簧臂的同步伸缩和平移运动，提高了机构运动的灵活性和稳定性，且整体结构简单，机构运动稳定性良好，且卷尺弹簧收缩后，装置占用体积小，质量轻，可搭载于无人机下方，完成远距离目标物体的抓取任务。

2、本发明提供的基于卷尺弹簧的两自由度并联可伸缩机械臂，柔性卷尺弹簧臂，具有自动伸缩的特性，通过滚轮装置将卷尺弹簧隔成并联柔性机械臂，保证了柔性臂的稳定性，其灵活的可收缩性也节省了占用空间。

3、本发明提供的基于卷尺弹簧的两自由度并联可伸缩机械臂，机械手爪质量较轻，由三个卡爪组成，可通过手爪上的微型电机控制机械手爪的开合，抓取目标物体后可自动闭合，且不会受大风影响导致物体掉落，可操作性高，机构稳定可靠。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明中基于卷尺弹簧的两自由度并联可伸缩机械臂的立体结构示意图；

图2为本发明中第一连接架的结构示意图；

图3为本发明中第二连接架的结构示意图；

图4为本发明中第三连接架的结构示意图；

图5为本发明中基于卷尺弹簧的两自由度并联可伸缩机械臂的右移状态示意图；

图6为本发明中基于卷尺弹簧的两自由度并联可伸缩机械臂的收缩状态示意图；

图中：1-第一连接架、2-第二连接架、3-第三连接架、4-驱动电机、5-被动电机、6-卷尺弹簧、7-机械手抓、8-收卷辊、9-主动轮、10-被动轮、11-轮毂半轴、12-磁卡盘、13-滚珠轴承。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种基于卷尺弹簧的两自由度并联可伸缩机械臂，以解决现有技术存在的问题。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明提供一种基于卷尺弹簧的两自由度并联可伸缩机械臂，如图1所示，包括第一连接架1、第二连接架2、第三连接架3、驱动电机4、被动电机5、卷尺弹簧6和机械手抓7；第一连接架1和第二连接架2固定于无人机的底部，驱动电机4固定于第一连接架1上，驱动电机4的驱动轴上连接有收卷辊8，驱动电机4的驱动轴能够带动收卷辊8转动，机械手抓7固定于第三连接架3的底部，被动电机5固定于第三连接架3的侧壁上，第三连接架3的内部还设置有配合设置的主动轮9和被动轮10，主动轮9与被动轮10均与第三连接架3转动连接，被动电机5的驱动轴与主动轮9连接，卷尺弹簧6一端与收卷辊8连接，另一端穿过主动轮9和被动轮10后与第二连接架2连接，且主动轮9和被动轮10将卷尺弹簧6压紧。

如图2所示，第一连接架1包括两个竖向板相互铰接的u型框架，其中一个u型框架的横向板与无人机连接，驱动电机4固定于另一个u型框架的横向板上，驱动电机4的驱动轴与收卷辊8通过键连接，且驱动轴的端部与其所在的u型框架的竖向板转动连接。

如图3所示，第二连接架2包括一体成型的t型架体和u型框架，t型架体的横向杆与无人机连接，t型架体的竖向杆与u型框架的横向杆连接，u型框架的两竖向杆分别连接有一轮毂半轴11，轮毂半轴11与u型框架之间设置有滚珠轴承13，来减小转动摩擦力；两个轮毂半轴11之间设置有一磁卡盘12，卷尺弹簧6的端部伸入磁卡盘12的盘体内，并通过螺栓固定；卷尺弹簧6的材质为钢，带有磁性的磁卡盘12对其有吸附作用，再加上螺栓的固定，可以使卷尺弹簧6固定稳固，避免运动时卷尺弹簧6发生晃动。

如图4所示，第三连接架3为一u型框架，主动轮9和被动轮10竖向排列设置于第三连接架3的内部；卷尺弹簧6压紧在主动轮9与被动轮10之间。

本发明中，机械手抓7包括三个卡爪，机械手抓7通过微型电机控制开合。

本发明提供的基于卷尺弹簧的两自由度并联可伸缩机械臂的使用工况如下：

图5所示为卷尺弹簧构成的并联机械臂的右移状态示意图；驱动电机4先控制卷尺弹簧6的伸长，被动电机5同步运转，实现两侧卷尺弹簧6的同步伸长；伸长后驱动电机4不工作，被动电机5独立工作，使主动轮9转动，进而使可实现主动轮9在卷尺弹簧6上向右平移，从而实现卷尺弹簧6构成两并联机械臂整体向右平移；左平移时被动电机5反转即可。在完成机械手的抓取任务后，再控制驱动电机4和被动电机5，实现卷尺弹簧6的同步收缩；图6所示为卷尺弹簧构成的并联机械臂的收缩状态示意图；此时卷尺弹簧6随着驱动电机4的转动卷在收卷辊8上。

本发明应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。