机械臂的制作方法

1.本发明涉及航天工程技术领域，尤其是涉及一种机械臂。


背景技术：

2.部署在空间站的机械臂可以辅助航天员完成复杂空间环境下的在轨装配和维修任务，减轻航天员的任务风险，一些空间大型设施如卫星、航天器舱段也需要空间机械臂进行捕获、搬运，辅助对接等。相关技术中，机械臂的结构通常较为复杂，对每个部件均需单独设计制造，从部件的设计加工到机械臂的总装、测试的时间跨度较大，难以满足快速响应的发射任务；并且，机械臂的各自由度通常均为转动自由度，机械臂的控制和运动规划较为复杂。


技术实现要素：

3.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种机械臂，能够缩短设计制造的周期，并减小运动规划的复杂度。
4.本发明实施例提供的机械臂，包括：
5.第一执行器；
6.第一滚转臂，所述第一滚转臂的一端连接于所述第一执行器，所述第一滚转臂能够带动所述第一执行器绕所述第一滚转臂的轴线转动；
7.第一伸缩臂，所述第一伸缩臂的一端转动连接于所述第一滚转臂远离所述第一执行器的一端，所述第一伸缩臂能够绕垂直于所述第一滚转臂的轴线的方向转动，所述第一伸缩臂能够在轴向上伸长或缩短；
8.第二伸缩臂，所述第二伸缩臂的一端转动连接于所述第一伸缩臂远离所述第一滚转臂的一端，所述第二伸缩臂能够绕垂直于所述第一伸缩臂的伸缩方向的方向转动，所述第二伸缩臂能够在轴向上伸长或缩短；
9.第二滚转臂，所述第二滚转臂的一端转动连接于所述第二伸缩臂远离所述第一伸缩臂的一端，所述第二滚转臂能够绕垂直于所述第二伸缩臂的伸缩方向的方向转动；
10.第二执行器，连接于所述第二滚转臂远离所述第二伸缩臂的一端，所述第二滚转臂能够带动所述第二执行器绕所述第二滚转臂的轴线转动；
11.其中，所述第一执行器、所述第一滚转臂、所述第一伸缩臂，与，所述第二伸缩臂、所述第二滚转臂、所述第二执行器，相对所述第一伸缩臂与所述第二伸缩臂的连接处对称。
12.本发明实施例提供的机械臂，至少具有如下有益效果：本发明机械臂具有2个对称设置的执行器、2个对称设置的滚转臂及2个对称设置的伸缩臂，能够减少各部件设计制造所需的工作量，从而缩短设计制造的周期，对称设置的执行器能够实现机械臂的首尾互换，从而进行爬行动作；各部件之间的连接方式较为简单，采用模块化设计，能够在某一部件发生故障时较为便捷地替换，也可以将单独的部件拆除形成新的自由度更少的机械臂；本发明机械臂具有2个滚转自由度、2个伸缩自由度及3个俯仰自由度，能够减小运动规划的复杂
度。
13.在本发明的一些实施例中，所述第一伸缩臂与所述第二伸缩臂均包括外杆和内杆，所述外杆套设于所述内杆的外部并与所述内杆滑动连接，所述外杆与所述内杆能够在轴向上相对移动。
14.在本发明的一些实施例中，所述第一伸缩臂与所述第二伸缩臂还均包括导轨，所述导轨平行于所述内杆的轴向延伸，所述外杆与所述内杆通过所述导轨滑动连接。
15.在本发明的一些实施例中，所述第一伸缩臂与所述第二伸缩臂均还包括伸缩驱动件，所述伸缩驱动件固定连接于所述外杆，所述伸缩驱动件的输出端连接于所述内杆，所述伸缩驱动件用于驱动所述内杆与所述外杆在轴向上相对移动。
16.在本发明的一些实施例中，所述第一伸缩臂与所述第二伸缩臂均还包括丝杆，所述内杆与所述丝杆螺纹连接，所述丝杆连接于所述伸缩驱动件的输出端，所述伸缩驱动件能够驱动所述丝杆转动。
17.在本发明的一些实施例中，所述第一滚转臂与所述第二滚转臂均包括第一滚转部与第二滚转部，所述第一滚转部与所述第二滚转部同轴连接，所述第二滚转部与所述第一滚转部能够绕所述第二滚转部的轴线相对转动。
18.在本发明的一些实施例中，所述第一滚转部为电机，所述第一滚转部能够驱动所述第一滚转部与所述第二滚转部绕所述第二滚转部的中心轴相对转动。
19.在本发明的一些实施例中，所述第一滚转臂与所述第二滚转臂均还包括滚转驱动件，所述滚转驱动件连接于所述第一滚转部及所述第二滚转部，所述滚转驱动件用于驱动所述第二滚转部与所述第一滚转部绕所述第二滚转部的中心轴相对转动。
20.在本发明的一些实施例中，还包括俯仰关节，所述第一滚转臂与所述第一伸缩臂、所述第一伸缩臂与所述第二伸缩臂、所述第二伸缩臂与所述第二滚转臂均通过俯仰关节转动连接，所述俯仰关节包括俯仰支座和俯仰件，所述俯仰件铰接于所述俯仰支座。
21.在本发明的一些实施例中，所述俯仰支座为电机，所述俯仰支座能够驱动所述俯仰件与所述俯仰支座相对转动。
22.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
23.下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明，其中：
24.图1为本发明提供的一些实施例的机械臂的主视图；
25.图2为图1所示的机械臂的第一伸缩臂的剖视图；
26.图3为图1所示的机械臂的第一俯仰关节的爆炸示意图。
27.附图标记：
28.第一执行器100，第一滚转臂200，第一滚转部210，第二滚转部220，第一伸缩臂300，外杆310，内杆320，导轨330，伸缩驱动件340，丝杆350，第二伸缩臂400，第二滚转臂500，第二执行器600，俯仰关节700，俯仰支座710，俯仰件720。
具体实施方式
29.下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
30.在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
31.本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
32.本发明的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
33.本发明实施例提供的机械臂，包括：
34.第一执行器100；
35.第一滚转臂200，第一滚转臂200的一端连接于第一执行器100，第一滚转臂200能够带动第一执行器100绕第一滚转臂200的轴线转动；
36.第一伸缩臂300，第一伸缩臂300的一端转动连接于第一滚转臂200远离第一执行器100的一端，第一伸缩臂300能够绕垂直于第一滚转臂200的轴线的方向转动，第一伸缩臂300能够在轴向上伸长或缩短；
37.第二伸缩臂400，第二伸缩臂400的一端转动连接于第一伸缩臂300远离第一滚转臂200的一端，第二伸缩臂400能够绕垂直于第一伸缩臂300的伸缩方向的方向转动，第二伸缩臂400能够在轴向上伸长或缩短；
38.第二滚转臂500，第二滚转臂500的一端转动连接于第二伸缩臂400远离第一伸缩臂300的一端，第二滚转臂500能够绕垂直于第二伸缩臂400的伸缩方向的方向转动；
39.第二执行器600，连接于第二滚转臂500远离第二伸缩臂400的一端，第二滚转臂500能够带动第二执行器600绕第二滚转臂500的轴线转动；
40.其中，第一执行器100、第一滚转臂200、第一伸缩臂300，与，第二伸缩臂400、第二滚转臂500、第二执行器600，相对第一伸缩臂300与第二伸缩臂400的连接处对称。
41.例如，如图1所示，第一执行器100、第一滚转臂200、第一伸缩臂300、第二伸缩臂400、第二滚转臂500及第二执行器600依次串联，第一执行器100、第二执行器600两个执行器对称设置；第一滚转臂200、第二滚转臂500两个滚转臂对称设置，提供两个滚转自由度；第一伸缩臂300、第二伸缩臂400两个伸缩臂对称设置，提供两个伸缩自由度；第一滚转臂200、第一伸缩臂300、第二伸缩臂400、第二滚转臂500依次转动连接，提供三个俯仰自由度。对称设置的执行器、滚转臂及伸缩臂能够减少各部件设计制造所需的工作量，从而缩短设计制造的周期，并且，对称设置的执行器能够实现机械臂的首尾互换，从而进行爬行动作；
各部件之间的连接方式较为简单，采用模块化设计，能够在某一部件发生故障时较为便捷地替换，也可以将单独的部件拆除形成新的自由度更少的机械臂；通过减少转动自由度、增加平移自由度，能够减小运动规划的复杂度。
42.需要说明的是，第一伸缩臂300与第二伸缩臂400均包括外杆310和内杆320，外杆310套设于内杆320的外部并与内杆320滑动连接，外杆310与内杆320能够在轴向上相对移动。
43.例如，如图2所示，第一伸缩臂300包括外杆310和内杆320，外杆310套设于内杆320的外部并与内杆320滑动连接，外杆310与内杆320能够在轴向上相对移动。第二伸缩臂400同样包括上述外杆310和内杆320。通过外杆310与内杆320的滑动连接实现第一伸缩臂300及第二伸缩臂400的伸缩，结构较为简单，能够降低装配难度并降低成本。
44.需要说明的是，第一伸缩臂300与第二伸缩臂400还均包括导轨330，导轨330平行于内杆320的轴向延伸，外杆310与内杆320通过导轨330滑动连接。
45.例如，如图2所示，第一伸缩臂300还包括导轨330，导轨330平行于内杆320的轴向延伸，外杆310与内杆320通过导轨330滑动连接。第二伸缩臂400同样还包括导轨330。导轨330能够对外杆310与内杆320的移动进行导向，提高运动过程中的稳定性。
46.可以理解的是，导轨330的数量、尺寸等不作限制，可在内杆320的周向上设置多个导轨330，以进一步提高运动过程中的稳定性。
47.需要说明的是，第一伸缩臂300与第二伸缩臂400均还包括伸缩驱动件340，伸缩驱动件340固定连接于外杆310，伸缩驱动件340的输出端连接于内杆320，伸缩驱动件340用于驱动内杆320与外杆310在轴向上相对移动。
48.例如，如图2所示，第一伸缩臂300还包括伸缩驱动件340，伸缩驱动件340固定连接于外杆310，伸缩驱动件340的输出端连接于内杆320，伸缩驱动件340用于驱动内杆320与外杆310在轴向上相对移动。第二伸缩臂400同样还包括伸缩驱动件340。伸缩驱动件340能够较为稳定地驱动内杆320与外杆310在轴向上相对移动，提高运动过程中的稳定性。
49.可以理解的是，伸缩驱动件340可采用直线电机，也可采用电机和丝杆的组合等，能够驱动内杆320与外杆310在轴向上相对移动即可。
50.需要说明的是，第一伸缩臂300与第二伸缩臂400均还包括丝杆350，内杆320与丝杆350螺纹连接，丝杆350连接于伸缩驱动件340的输出端，伸缩驱动件340能够驱动丝杆350转动。
51.例如，如图2所示，第一伸缩臂300还包括丝杆350，内杆320与丝杆350螺纹连接，丝杆350连接于伸缩驱动件340的输出端，伸缩驱动件340能够驱动丝杆350转动。第二伸缩臂400同样还包括丝杆350。丝杆350传动精度较高，寿命长，工作平稳，可靠性高，能够提高运动精度及使用寿命。
52.需要说明的是，第一滚转臂200与第二滚转臂500均包括第一滚转部210与第二滚转部220，第一滚转部210与第二滚转部220同轴连接，第二滚转部220与第一滚转部210能够绕第二滚转部220的轴线相对转动。
53.例如，如图1所示，第一滚转臂200包括第一滚转部210与第二滚转部220，第一滚转部210与第二滚转部220同轴连接，第二滚转部220与第一滚转部210能够绕第二滚转部220的轴线相对转动。第二滚转臂500同样包括第一滚转部210与第二滚转部220。转动连接的第
一滚转部210与第二滚转部220能够提供滚转自由度，从而调整机械臂的末端姿态。
54.需要说明的是，第一滚转部210为电机，第一滚转部210能够驱动第一滚转部210与第二滚转部220绕第二滚转部220的中心轴相对转动。
55.例如，如图1所示，第一滚转部210为电机，第一滚转部210能够驱动第一滚转部210与第二滚转部220绕第二滚转部220的中心轴相对转动。将第一滚转部210设置为电机，无需再设置单独的驱动件，能够简化第一滚转臂200及第二滚转臂500的结构，降低装配复杂度，进一步缩短制造周期，降低生产成本。
56.第一滚转臂200与第二滚转臂500也可以包括滚转驱动件，滚转驱动件连接于第一滚转部210及第二滚转部220，滚转驱动件用于驱动第二滚转部220与第一滚转部210绕第二滚转部220的中心轴相对转动。
57.可以理解的是，滚转驱动件可设置为电机，其输出端与第一滚转部210及第二滚转部220中的任意一个连接，以驱动第二滚转部220与第一滚转部210绕第二滚转部220的中心轴相对转动。
58.需要说明的是，机械臂还包括俯仰关节700，第一滚转臂200与第一伸缩臂300、第一伸缩臂300与第二伸缩臂400、第二伸缩臂400与第二滚转臂500均通过俯仰关节700转动连接，俯仰关节700包括俯仰支座710和俯仰件720，俯仰件720铰接于俯仰支座710。
59.例如，如图1所示，机械臂还包括俯仰关节700，第一滚转臂200与第一伸缩臂300、第一伸缩臂300与第二伸缩臂400、第二伸缩臂400与第二滚转臂500均通过俯仰关节700转动连接，如图3所示，俯仰关节700包括俯仰支座710和俯仰件720，俯仰件720铰接于俯仰支座710。将俯仰关节700设置为铰接的俯仰支座710和俯仰件720，结构较为简单且便于装配，能够缩短制造周期，降低生产成本。
60.需要说明的是，俯仰支座710为电机，俯仰支座710能够驱动俯仰件720与俯仰支座710相对转动。
61.例如，如图3所示，俯仰支座710为电机，俯仰支座710能够驱动俯仰件720与俯仰支座710相对转动。将俯仰支座710设置为电机，无需再设置单独的驱动件，能够简化俯仰关节700的结构，降低装配复杂度，进一步缩短制造周期，降低生产成本。
62.下面结合图1至图3以一个完整实施例详细描述根据本发明实施例的机械臂。值得理解的是，下述描述仅是示例性说明，而不是对本发明的具体限制。
63.机械臂包括依次串联的第一执行器100、第一滚转臂200、第一伸缩臂300、第二伸缩臂400、第二滚转臂500及第二执行器600，第一滚转臂200与第一伸缩臂300、第一伸缩臂300与第二伸缩臂400、第二伸缩臂400与第二滚转臂500均通过俯仰关节700转动连接。
64.第一滚转臂200与第二滚转臂500均包括第一滚转部210与第二滚转部220，第一滚转部210与第二滚转部220同轴连接，第二滚转部220与第一滚转部210能够绕第二滚转部220的中心轴相对转动，其中，第一滚转部210为电机，用于驱动第一滚转部210与第二滚转部220绕第二滚转部220的中心轴相对转动。第一滚转臂200与第二滚转臂500能够提供两个滚转自由度。
65.第一伸缩臂300与第二伸缩臂400均包括外杆310、内杆320、导轨330、伸缩驱动件340及丝杆350，外杆310套设于内杆320的外部并通过导轨330与内杆320滑动连接，导轨330平行于内杆320的轴向延伸，内杆320的周向上设置有多个导轨330，内杆320与丝杆350螺纹
连接，丝杆350连接于伸缩驱动件340，伸缩驱动件340能够驱动丝杆350转动以驱动内杆320相对外杆310沿轴向移动。第一伸缩臂300与第二伸缩臂400能够提供两个伸缩自由度。
66.俯仰关节700包括俯仰支座710和俯仰件720，俯仰件720铰接于俯仰支座710，俯仰支座710为电机，俯仰支座710能够驱动俯仰件720与俯仰支座710相对转动。
67.需要说明的是，上述第一滚转部210及伸缩驱动件340采用相同的电机，第一滚转臂200与第二滚转臂500的结构相同，第一伸缩臂300与第二伸缩臂400的结构相同，各俯仰关节700的结构相同，能够提高相同功能的部件的一致性，缩短设计制造周期，降低装配难度，并且，对称设置的执行器能够实现机械臂的首尾互换，从而进行爬行动作；各部件之间的连接方式较为简单，采用模块化设计，能够在某一部件发生故障时较为便捷地替换，也可以将单独的部件拆除形成新的自由度更少的机械臂；通过减少转动自由度、增加平移自由度，能够减小运动规划的复杂度。
68.上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。