一种可伸缩快速反应的机械臂及其控制方法与流程

1.本发明涉及机械、机器人运动及军事探测等技术领域，更具体的说是涉及一种可伸缩快速反应的机械臂及其控制方法。


背景技术：

2.随着快递等行业的迅速发展，用于商品打包分类的机械臂构思被不断设计并且广泛应用于各种工作场合；目前市场上传统的机械臂价格高，导致普适性较差，投资成本也高；编程和计算机模拟过程的时间耗费长且机械臂的抓取有限定的应用环境；多轴机械臂易于实现数控，但是作用范围较小，完成大幅度的生产搬运工作效果不佳；另外，传统机械臂的控制精度与响应速度还达不到所预期效果，导致生产效率降低，满足不了高速高效的生产需求，且机械臂形状由于自身结构占用更大的工作空间，在狭小空间工作时，往往不能发挥其抓取分类的优势。
3.因此，如何提供一种结构简单灵活、稳定性强且工作效率高的可伸缩快速反应的机械臂，是本领域技术人员亟需解决的问题。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明提供了一种可伸缩快速反应的机械臂及其控制方法，旨在解决上述技术问题。
5.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
6.一种可伸缩快速反应的机械臂，包括：驱动部、拉伸线缆和控制部；
7.所述驱动部包括多节首尾依次连接的弹性段；多节所述弹性段的一端为自由端，另一端为固定端；
8.所述拉伸线缆的数量至少为3根，且均匀环绕多节所述弹性段的轴线，并与其平行布置；所述拉伸线缆一端与所述自由端固定，并向所述固定端方向依次穿过多节所述弹性段，且从所述固定端穿出；
9.所述控制部固定在所述固定端；且能够实现对所述拉伸线缆的锁紧和释放。
10.通过上述技术方案，本发明提供的一种可伸缩快速反应的机械臂，包括驱动部、拉伸线缆和控制部；通过控制控制部驱动拉伸线缆，对拉伸线缆锁紧和释放，从而实现对装置的不同运动形式的控制。
11.优选的，在上述一种可伸缩快速反应的机械臂中，所述弹性段包括上固定板、下固定板和塔型弹簧；所述上固定板为圆形，且板面上具有第一圆形凸起；所述下固定板与所述上固定板形状相同，且板面上具有第二圆形凸起，所述第二圆形凸起的直径小于所述第一圆形凸起的直径；所述塔型弹簧的两端卡接在所述第一圆形凸起和所述第二圆形凸起之间。结构简单灵活，易于压缩，质地轻巧，具有足够大的弹射力，且提升整个装置的稳定性和协调性。
12.优选的，在上述一种可伸缩快速反应的机械臂中，所述上固定板和所述下固定板
边缘位置均设置有第一通孔；所述拉伸线缆穿过所述第一通孔，且一端端头与所述自由端固定连接，另一端端头向所述控制部穿出。结构简单稳定。
13.优选的，在上述一种可伸缩快速反应的机械臂中，在相邻的两个所述弹性段中：一个所述弹性段的所述下固定板与另一个所述弹性段的所述上固定板的板面贴合固定。结构简单稳定。
14.优选的，在上述一种可伸缩快速反应的机械臂中，所述控制部包括平行架、压缩弹簧控制器、压缩弹簧和紧固板；
15.所述平行架包括两块平行布置的圆形板，且一块所述圆形板与所述弹性段的所述上固定板的板面贴合固定；所述圆形板边沿均匀固定有多块紧固板；
16.所述压缩弹簧控制器包括圆筒、电机、旋转盘和线绳；所述圆筒为空心圆柱状，两端分别固定在两块所述圆形板之间，且其侧壁上开设有多个圆孔；所述电机布置在所述圆筒内部，且固定连接在所述圆形板中部，所述旋转盘布置在所述电机上方，且与所述电机的电机轴端头固定连接；
17.所述压缩弹簧的数量为多个；多个所述压缩弹簧径向布置在所述圆筒外侧；所述压缩弹簧一端与所述圆筒外侧固定，另一端指向所述紧固板，且端头固定有压板；
18.所述线绳的数量为多个；多个所述线绳等距固定在所述旋转盘边缘，所述线绳穿过所述圆孔，且端头与所述压板固定；所述压板用于在所述压缩弹簧的弹性作用下与所述紧固板配合夹紧所述拉伸线缆。结构简单稳定，可以实现任意时候的紧急制动，以及实现快速响应功能。
19.优选的，在上述一种可伸缩快速反应的机械臂中，所述圆形板上开设有与所述上固定板对应的第二通孔。结构简单稳定。
20.优选的，在上述一种可伸缩快速反应的机械臂中，所述压缩弹簧的数量为3个。结构简单。
21.优选的，在上述一种可伸缩快速反应的机械臂中，所述拉伸线缆的数量为3根。结构简单。
22.优选的，在上述一种可伸缩快速反应的机械臂中，所述上固定板、所述下固定板上开设的所述第一通孔的数量均为3个。结构简单。
23.本发明还提供了一种可伸缩快速反应的机械臂的控制方法，通过控制控制部驱动拉伸线缆，对拉伸线缆锁紧和释放，从而实现对装置的不同运动形式的控制，其控制方法包括：
24.伸缩控制：控制所述控制部释放多根所述拉伸线缆，同时拉伸多根所述拉伸线缆，多节所述弹性段朝向同一方向进行伸缩并达到目标位置后，控制所述控制部锁紧多根所述拉伸线缆，实现伸缩控制；
25.弯曲控制：拉动任一根所述拉伸线缆，多节所述弹性段朝向拉动的所述拉伸线缆牵动方向弯曲并达到目标位置后，控制所述控制部锁紧多根所述拉伸线缆，实现弯曲控制；
26.旋转控制：沿圆周方向依次拉动多根所述拉伸线缆，多节所述弹性段的弯曲角度和方向依次发生变化并达到目标位置后，控制所述控制部锁紧多根所述拉伸线缆，实现旋转控制。
27.通过上述技术方案，本发明控制方法的主要思路是通过控制控制部驱动拉伸线
缆，对拉伸线缆锁紧和释放，从而实现对装置的不同运动形式的控制。
28.需要说明的是，本发明驱动拉伸线缆的驱动力可以通过电机转动或液压杆伸缩带动，也可以是其他具备动力输出的驱动装置。
29.经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种可伸缩快速反应的机械臂及其控制方法，具有以下有益效果：
30.1、本发明结构简单，操作便捷，能够灵活伸缩，实现多方位运动，提升工作效率，以满足工作需求。
31.2、本发明具备易于压缩，质地轻巧，有足够大的弹射力的性能，且能够承受更大的压力，增加的整个装置的稳定性和协调性。
32.3、本发明能够实现任意时候的紧急制动，具备快速响应的性能。
附图说明
33.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，下面将对实施例或现有技术描述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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
34.图1附图为本发明提供的可伸缩快速反应的机械臂的结构示意图；
35.图2附图为本发明提供的可伸缩快速反应的机械臂弹性段的结构示意图；
36.图3附图为本发明提供的可伸缩快速反应的机械臂塔型弹簧的结构示意图；
37.图4附图为本发明提供的可伸缩快速反应的机械臂控制部的主视图；
38.图5附图为本发明提供的可伸缩快速反应的机械臂控制部的俯视图；
39.图6附图为本发明提供的可伸缩快速反应的机械臂收缩状态的结构示意图；
40.图7附图为本发明提供的可伸缩快速反应的机械臂伸长状态的结构示意图；
41.图8附图为本发明提供的可伸缩快速反应的机械臂弯曲状态的结构示意图。
42.其中：
[0043]1‑
驱动部；
[0044]
11
‑
弹性段；111
‑
上固定板；1111
‑
第一圆形凸起；1112
‑
第二圆形凸起；1113
‑
第一通孔；112
‑
下固定板；113
‑
塔型弹簧；
[0045]2‑
拉伸线缆；
[0046]3‑
控制部；
[0047]
31
‑
平行架；311
‑
圆形板；3111
‑
第二通孔；32
‑
压缩弹簧控制器；321
‑
圆筒；3211
‑
圆孔；322
‑
电机；323
‑
旋转盘；324
‑
电机轴；325
‑
线绳；33
‑
压缩弹簧；34
‑
紧固板；35
‑
压板。
具体实施方式
[0048]
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。
[0049]
参加附图1至附图5，本发明实施例公开了一种可伸缩快速反应的机械臂，包括：驱
动部1、拉伸线缆2和控制部3；
[0050]
驱动部1包括多节首尾依次连接的弹性段11；多节弹性段11的一端为自由端，另一端为固定端；
[0051]
拉伸线缆2的数量至少为3根，且均匀环绕多节弹性段11的轴线，并与其平行布置；拉伸线缆2一端与自由端固定，并向固定端方向依次穿过多节弹性段11，且从固定端穿出；
[0052]
控制部3固定在固定端；且能够实现对拉伸线缆2的锁紧和释放。
[0053]
为了进一步优化上述技术方案，弹性段11包括上固定板111、下固定板112和塔型弹簧113；上固定板111为圆形，且板面上具有第一圆形凸起1111；下固定板112与上固定板111形状相同，且板面上具有第二圆形凸起1112，第二圆形凸起1112的直径小于第一圆形凸起1111的直径；塔型弹簧113的两端卡接在第一圆形凸起1111和第二圆形凸起1112之间。
[0054]
为了进一步优化上述技术方案，上固定板111和下固定板112边缘位置均设置有第一通孔1113；拉伸线缆2穿过第一通孔1113，且一端端头与自由端固定连接，另一端端头向控制部3穿出。
[0055]
为了进一步优化上述技术方案，在相邻的两个弹性段11中：一个弹性段11的所述下固定板112与另一个弹性段11的上固定板111的板面贴合固定。
[0056]
为了进一步优化上述技术方案，控制部3包括平行架31、压缩弹簧控制器32、压缩弹簧33和紧固板34；
[0057]
平行架31包括两块平行布置的圆形板311，且一块圆形板311与弹性段11的上固定板111的板面贴合固定；圆形板311边沿均匀固定有多块紧固板34；
[0058]
压缩弹簧控制器32包括圆筒321、电机322、旋转盘323和线绳325；圆筒321为空心圆柱状，两端分别固定在两块圆形板311之间，且其侧壁上开设有多个圆孔3211；电机322布置在圆筒321内部，且固定连接在圆形板311中部，旋转盘323布置在电机322上方，且与电机322的电机轴324端头固定连接；
[0059]
压缩弹簧33的数量为多个；多个压缩弹簧33径向布置在圆筒321外侧；压缩弹簧33一端与圆筒321外侧固定，另一端指向紧固板34，且端头固定有压板35；
[0060]
线绳325的数量为多个；多个线绳325等距固定在旋转盘323边缘，线绳325穿过圆孔3211，且端头与压板35固定；压板35用于在压缩弹簧33的弹性作用下与紧固板34配合夹紧拉伸线缆2。
[0061]
为了进一步优化上述技术方案，圆形板上311开设有与上固定板111对应的第二通孔3111。
[0062]
为了进一步优化上述技术方案，压缩弹簧33的数量为3个。
[0063]
为了进一步优化上述技术方案，拉伸线缆2的数量为3根。
[0064]
为了进一步优化上述技术方案，上固定板111、下固定板112上开设的第一通孔1111的数量均为3个。
[0065]
参见附图6至附图8，应用本装置的控制方法，包括：
[0066]
伸缩控制：控制控制部3释放多根拉伸线缆2，同时拉伸多根拉伸线缆2，多节弹性段11朝向同一方向进行伸缩并达到目标位置后，控制控制部3锁紧多根拉伸线缆2，实现伸缩控制；
[0067]
弯曲控制：拉动任一根拉伸线缆2，多节弹性段11朝向拉动的拉伸线缆2牵动方向
弯曲并达到目标位置后，控制控制部3锁紧多根拉伸线缆2，实现弯曲控制；
[0068]
旋转控制：沿圆周方向依次拉动多根拉伸线缆2，多节弹性段11的弯曲角度和方向依次发生变化并达到目标位置后，控制控制部3锁紧多根拉伸线缆2，实现旋转控制。
[0069]
本发明的具体实施方式为：通过控制控制部3驱动拉伸线缆2，对拉伸线缆2锁紧和释放，从而实现对装置的不同运动形式的控制；为了实现伸缩控制：同时拉动3根拉伸线缆2，多节弹性段11朝向同一方向进行蓄力压缩并达到目标位置，当需要对目标位置进行操作时，驱动电机322，旋转盘323带动3个线绳325同时收缩，进而带动3个压缩弹簧33进行压缩，3个压缩弹簧33分别与3根拉伸线缆2分离，控制控制部3锁紧多根拉伸线缆2，实现伸缩控制；为了实现弯曲控制：拉动任一根拉伸线缆2，多节弹性段11朝向拉动的拉伸线缆2牵动方向弯曲并达到目标位置，当需要对目标位置进行操作时，驱动电机322，旋转盘323带动与拉动的拉伸线缆2连接的线绳325收缩，进而带动与线绳325连接的压缩弹簧33进行压缩，压缩弹簧33与被拉动的拉伸线缆2分离，控制控制部3锁紧多根拉伸线缆2，实现弯曲控制；为了实现旋转控制：沿圆周方向依次拉动多根拉伸线缆2，多节弹性段11的弯曲角度和方向依据发生变化并达到目标位置，当需要对目标位置进行操作时，驱动电机322，旋转盘323带动3个线绳325依次收缩，进而带动3个压弹簧33依次进行压缩，3个压缩弹簧分别与3根拉伸线缆2依次分离，控制控制部3锁紧多根拉伸线缆2，实现旋转控制。
[0070]
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
[0071]
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。