一种新型三维编织机械臂及其制作方法与流程

1.本发明涉及机械臂技术领域，尤其涉及一种新型三维编织机械臂。


背景技术：

2.轻量级机械臂作为机械臂的一个细分品类，由底座、机械臂以及执行器机械臂一端与底座可转动连接，机械臂另一端与执行器可转动连接，底座用于驱动机械臂相对于底座转动，机械臂用于驱动执行机构相对于机械臂转动。
3.然而，现有机械臂零件较多，且现有机械臂中间部分为复合材料，两头为金属材质。在现有机械臂中，金属所占比例较高，轻量化对部分形状部件优势不明显；适合传动轴使用，不适合scara(水平多关节)机械臂等应用。且复合材料和金属部件连接方式为胶接，或胶接加齿形配合，前者连接强度有限，后者连接方式复杂。


技术实现要素：

4.鉴于上述问题，本技术提供一种新型三维编织机械臂，以提高机械臂轻量化效果，并保证机械臂精度以及连接强度。
5.为实现上述目的，本技术提供了一种新型三维编织机械臂，包括：第一接头、第二接头和编织主体；
6.所述编织主体包括：第一侧壁、第二侧壁以及连接件；所述第一侧壁和第二侧壁间隔设置，且所述第一侧壁和第二侧壁相对设置；所述连接件置于所述第一侧壁和第二侧壁之间，且所述连接件用于连接第一侧壁和第二侧壁；所述第一侧壁上设置有第一孔，所述第二侧壁上设置有第二孔；
7.所述第一接头置于所述第一孔中，且所述第一接头远离所述第一侧壁的一侧与所述第二侧壁连接；所述第二接头置于所述第二孔中，且所述第二接头远离所述第二侧壁的一侧与所述第一侧壁连接；
8.其中，所述第一接头为第一金属接头，所述第二接头为第二金属接头；所述第一接头高度等于所述第二接头高度，且所述第一接头高度与所述连接件高度相等。
9.在一些实施例中，所述第一接头靠近所述第二侧壁的一面上设置有第一胶水腔，所述第一胶水腔用于容置胶水；
10.所述第二接头靠近所述第一侧壁的一面上设置有第二胶水腔，所述第二胶水腔用于容置胶水。
11.在一些实施例中，所述第一胶水腔底部设置有多个阵列摆布的第一打麻槽，所述第一打麻槽倾斜设置，且所述第一打麻槽的底部置于所述第一打麻槽开口远离所述第二接头的一侧；
12.所述第二胶水腔底部设置有多个阵列摆布的第二打麻槽，所述第二打麻槽倾斜设置，且所述第二打麻槽的底部置于所述第二打麻槽开口靠近所述第一接头的一侧。
13.在一些实施例中，所述连接件为多个，多个所述连接件分别置于所述第一接头一
侧和第二接头一侧，且所述连接件与所述第一接头和第二接头的侧壁触碰。
14.在一些实施例中，所述第一接头的侧壁上还设置有第三胶水腔，所述第三胶水腔置于所述第一接头与所述连接件接触的侧面上，且所述第三胶水腔用于容置胶水。
15.在一些实施例中，所述第二接头的侧壁上还设置有第四胶水腔，所述第四胶水腔置于所述第二接头与所述连接件接触的侧面上，且所述第四胶水腔用于容置胶水。
16.在一些实施例中，还包括：限位销，所述限位销置于所述第二侧壁远离所述第一侧壁的一侧；
17.或者所述限位销置于所述第一侧壁远离所述第二侧壁的一侧。
18.在一些实施例中，还包括：定位柱；所述定位柱为多个，所述定位柱贯穿第一侧壁与所述第一接头靠近第一侧壁的一面连接，所述定位柱贯穿第一侧壁与所述第二接头靠近第一侧壁的一面连接；
19.所述定位柱贯穿第二侧壁与所述第二接头靠近第二侧壁的一面连接，所述定位柱贯穿第二侧壁与所述第一接头靠近第二侧壁的一面连接。
20.另一方面，本技术还公开了一种新型三维编织机械臂制备方法，包括步骤：
21.纤维编织形成编织主体预成型件；
22.将编织主体预成型件置于模具中，并注入树脂，浸胶固化形成编织主体；
23.于编织主体上形成第一接头定位柱孔、第二头定位柱孔和限位销孔；
24.在第一接头上形成定位柱孔，在第二接头上形成定位柱孔；
25.将胶水涂布于第一胶水腔以及第二胶水腔中；
26.将第一接头安装于第一孔内，将第二接头安装于第二孔内，使得第一接头上的定位柱孔与编织主体上的第一接头定位柱孔对位，第二接头上的定位柱孔与编织主体上的第二接头定位柱孔对位；
27.安装定位柱；
28.待胶水固化后，于机械臂上制作安装孔。
29.区别于现有技术，上述技术方案通过所述第一侧壁、第二侧壁以及连接件的设置减轻所述一种新型三维编织机械臂的重量，以此提高零部件精度，进一步提高零部件性能。
30.上述说明仅是本技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本技术的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本技术的具体实施方式。
附图说明
31.通过阅读对下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本技术的限制。而且在全部附图中，用相同的附图标号表示相同的部件。在附图中：
32.图1为所述一种新型三维编织机械臂结构图；
33.图2为所述一种新型三维编织机械臂爆炸图；
34.图3为所述第一接头结构图一；
35.图4为所述第一接头结构图二；
36.图5为图4中a处放大图；
37.图6为图4中b处放大图；
38.图7为所述编织主体结构图；
39.图8为所述第一打麻槽和第二打麻槽结构图。
40.附图标记说明：
41.100、执行器；200、底座；
42.1、第一接头；2、第二接头；3、编织主体；4、限位销；5、定位柱；
43.11、第一胶水腔；12、第三胶水腔；13、第一打麻槽；
44.21、第二胶水腔；22、第四胶水腔；23、第二打麻槽；
45.31、第一侧壁；32、第二侧壁；33、连接件；
46.311、第一孔。
具体实施方式
47.下面将结合附图对本技术技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本技术的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本技术的保护范围。
48.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本技术；本技术的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
49.在本技术实施例的描述中，技术术语“第一”“第二”等仅用于区别不同对象，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量、特定顺序或主次关系。在本技术实施例的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。
50.在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本技术的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
51.在本技术实施例的描述中，术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
52.在本技术实施例的描述中，术语“多个”指的是两个以上(包括两个)，同理，“多组”指的是两组以上(包括两组)，“多片”指的是两片以上(包括两片)。
53.在本技术实施例的描述中，技术术语“中心”“纵向”“横向”“长度”“宽度”“厚度”“上”“下”“前”“后”“左”“右”“竖直”“水平”“顶”“底”“内”“外”“顺时针”“逆时针”“轴向”“径向”“周向”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技术实施例和简化描述，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技术实施例的限制。
54.在本技术实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，技术术语“安装”“相连”“连接”“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；也可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，
可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术实施例中的具体含义。
55.请参阅图1至图7，本技术公开了一种新型三维编织机械臂，包括：第一接头1、第二接头2和编织主体3(壳体)；所述编织主体3包括：第一侧壁31、第二侧壁32以及连接件33；所述第一侧壁31和第二侧壁32间隔设置，且所述第一侧壁31和第二侧壁32相对设置；所述连接件33置于所述第一侧壁31和第二侧壁32之间，且所述连接件33用于连接第一侧壁31和第二侧壁32；所述第一侧壁31上设置有第一孔311，所述第二侧壁32上设置有第二孔；所述第一接头1置于所述第一孔311中，且所述第一接头1远离所述第一侧壁31的一侧与所述第二侧壁32连接；所述第二接头2置于所述第二孔中，且所述第二接头2远离所述第二侧壁32的一侧与所述第一侧壁31连接。在某些实施例中，所述第一接头1为第一金属接头，所述第二接头2为第二金属接头。
56.所述第一接头1为一端开口且内部中空的柱形结构，且所述第一接头1为金属材质，优选的，所述第一接头1为铝合金接头。
57.所述第二接头2为一端开口且内部中空的柱形结构，且所述第二接头2为金属材质，优选的，所述第二接头2为铝合金接头。所述第一接头1和第二接头2的结构与材质均相同。
58.所述第一侧壁31和第二侧壁32结构和形状均相同，所述第一侧壁31和第二侧壁32相对设置，所述第一侧壁31和第二侧壁32间具有间隙，且所述第一侧壁31和第二侧壁32相互平行。所述第一侧壁31上设置有第一孔311，所述第二侧壁32上设置有第二孔，所述第一孔311和第二孔交错设置，具体的，所述第一孔311置于所述编织主体一端，所述第二孔置于所述编织主体另一端。所述第一孔311和第二孔均为通孔。
59.所述连接件33置于所述第一侧壁31和第二侧壁32之间，且所述连接件33一端与所述第一侧壁31连接，所述连接件33另一端与第二侧壁32连接，所述连接件33与所述第一侧壁31垂直，所述连接件33与所述第二侧壁32垂直。进一步的，所述连接件33的高度与所述第一接头1和第二接头2的高度相同。
60.在某些实施例中，所述连接件33可为连接壁或者实体结构；具体的，当所述连接件33为连接壁时，所述连接壁置于所述第一侧壁31和第二侧壁32边缘，或者置于所述第一孔311和第二孔边缘，使得所述编织主体3为中空结构；当所述连接件33为实体结构时，所述连接件33将所述第一侧壁31和第二侧壁32之间的间隙填满，此时第一孔311以所述第二侧壁32为底，第二孔以所述第一侧壁31为底。
61.在实际作业中，当所述第一接头1卡接与所述第一侧壁31和第二侧壁32之前，且所述第一接头1的开口朝向所述第一孔311；同理，所述第二接头2卡接与所述第一侧壁31和第二侧壁32之前，且所述第二接头2的开口朝向所述第二孔。
62.所述第一侧壁31、第二侧壁32和连接件33一体成型形成编织主体3；所述编织主体3通过三维碳纤维编织工艺以及rtm工艺制程，具体的，三维编织碳纤维是利用编织技术，把经向、纬向及法向的纤维束(或纱线)编织成一个整体，即为预成型结构件(简称“预制体”)，然后以预制体作为增强材料进行树脂浸渍固化而形成的复合材料结构。由于增强纤维在三维空间多向分布，阻止或减缓了冲击载荷作用下复合材料层间裂纹的扩展，使得复合材料性能大大提升。
63.三维编织复合材料大多采用液体成型工艺进行浸胶固化，直接形成复合材料结构件，如树脂传递模塑工艺(rtm)、树脂膜渗透工艺(rfi)及真空辅助树脂渗透工艺(vari)等。
64.在本技术中，所述编织主体的截面为梯形。
65.上述技术方案通过所述第一侧壁31、第二侧壁32以及连接件33的设置减轻所述一种新型三维编织机械臂的重量，以此提高零部件精度，进一步提高零部件性能。
66.根据本技术的一些实施例，参照图4至图5，所述第一接头1靠近所述第二侧壁32的一面上设置有第一胶水腔11，所述第一胶水腔11用于容置胶水。
67.所述第一胶水腔11置于所述第一接头1靠近所述第二侧壁32的面上，即，所述第一接头1靠近所述第二侧壁32的面上设置有凹槽，凹槽与所述第一接头1的截面相适配，操作人员将胶水涂布于所述第一胶水腔11后，将带有胶水的所述第一接头1安装在所述第一孔311内，以此固定所述第一接头1。所述第一侧壁31将凹槽开口完全覆盖。
68.还需要进一步说明的是，所述第一胶水腔截面为梯形，即，所述第一胶水腔的开口面积小于所述第一胶水腔的底面面积，所述第一胶水腔的腔壁从所述第一胶水腔开口至所述第一胶水腔底面向外延伸；所述第二胶水腔同理。
69.根据本技术的一些实施例，参照图8，所述第一胶水腔底部设置有多个阵列摆布的第一打麻槽13，所述第一打麻槽13倾斜设置，且所述第一打麻槽13的底部置于所述第一打麻槽13的开口远离所述第二接头的一侧；
70.所述第二胶水腔底部设置有多个阵列摆布的第二打麻槽23，所述第二打麻槽23倾斜设置，且所述第二打麻槽23的底部置于所述第二打麻槽23的开口靠近所述第一接头的一侧。
71.在本实施了中，由于本技术的机械臂一端与执行器100连接，另一端与底座200连接，在机械臂作业时，机械臂将从底座200上方转出，执行器100也将从机械臂上方转出，使得四轴机器人从左往右依次为执行器100、机械臂以及底座200；因此，执行器100仅靠执行器100与机械臂的转动连接处支撑。
72.为了提高机械臂对执行器100的承载能力，本实施例在所述第一胶水腔的底部增设第一打麻槽13，以提高机械臂的承载能力。具体的，当执行器100处于图8状态下，执行器100远离所述第一接头的一侧受到重力作用具有向下运动的趋势，因此执行器100靠近所述第一接头的一侧将具有向上向左运动的趋势，进一步使得所述第一接头上到向上以及向左的拉力。
73.所述第一打麻槽13将增加第一接头与胶水的接触面积，使得所述第一接头与所述编织主体的连接更为牢固，进一步防止所述第一接头向上脱出所述编织主体；进一步的，由于所述第一打麻槽13的开口靠近所述第一接头，所述第一打麻槽13底部靠近所述第二接头，当固化后的胶水置于所述第一胶水腔以及第一打麻槽13内，且执行器100旋转至所述编织主体左侧时，固化后的胶水将向所述第一打麻槽13靠近所述第二接头的侧壁施力，以此抵消向左以及向上的拉力。
74.所述第二打麻槽23将增加第二接头与胶水的接触面积，使得所述第二接头与所述编织主体的连接更为牢固，进一步防止所述第二接头向下脱出所述编织主体；进一步的，由于所述第二麻槽的开口靠近所述第二接头，所述第二打麻槽23底部靠近所述第一接头，当固化后的胶水置于所述第二胶水腔以及第二打麻槽23内，且所述编织主体旋转至底座200
左侧时，固化后的胶水将向所述第二打麻槽23靠近所述第一接头的侧壁施力，以此抵消向右以及向下的拉力。
75.在某些实施例中，所述第一胶水腔底部设置有多个阵列摆布的第一打麻槽13，且所述第一打麻槽13为梯形；所述第二胶水腔底部设置有多个阵列摆布的第二打麻槽23，且所述第二打麻槽23为梯形。
76.具体的，所述第一打麻槽13开口小于所述第一打麻槽13底部；同理，所述第二打麻槽23的开口小于所述第一打麻槽13底部。即，所述第一打麻槽13靠近所述第二侧壁的一端开口面积小于所述第一打麻槽13远离所述第二侧壁的一端的面积；所述第二打麻槽23靠近所述第一侧壁的一端开口面积小于所述第二打麻槽23远离所述第一侧壁的一端的面积。
77.梯形的设置通过提高胶水的接触面积，提高所述第一接头与所述第二侧壁粘度，进一步防止所述第一接头脱出。
78.根据本技术的一些实施例，参照图4至图5，所述第二接头2靠近所述第一侧壁31的一面上设置有第二胶水腔21，所述第二胶水腔21用于容置胶水。由于所述第一接头1和第二接头2结构相同，所述第二接头2结构可参照所述第一接头1结构。
79.所述第二胶水腔21置于所述第二接头2靠近所述第一侧壁31的面上，即，所述第二接头2靠近所述第一侧壁31的面上设置有凹槽，凹槽与所述第二接头2的截面相适配，操作人员将胶水涂布于所述第二胶水腔21后，将带有胶水的所述第二接头2安装在所述第二孔内，以此固定所述第二接头2。
80.根据本技术的一些实施例，参照图7，所述连接件33为多个，多个所述连接件33分别置于所述第一接头1一侧和第二接头2一侧，且所述连接件33与所述第一接头1和第二接头2的侧壁触碰。
81.在本实施例中，所述连接件33为连接壁，连接壁置于所述第一接头1和第二接头2侧壁的一侧，且连接壁与所述第一接头1和第二接头2的侧壁接触，即，所述第一接头1的侧壁与连接壁相互适配，当所述第一接头1侧壁为弧形时，连接壁也为弧形，当所述第一接头1侧壁为平面时，连接壁也为一平面；所述第二接头2侧壁同理，不再赘述。
82.根据本技术的一些实施例，参照图4和图6，所述第一接头1的侧壁上还设置有第三胶水腔12，所述第三胶水腔12置于所述第一接头1与所述连接件33接触的侧面上，且所述第三胶水腔12用于容置胶水。
83.所述第三胶水腔12为一凹槽，凹槽的开口朝连接壁设置，连接壁将所述第三胶水腔12开口完全覆盖。凹槽的设置将使得所述第一接头1侧壁与所述编织主体3粘黏，进一步防止所述第一接头1于所述编织主体3内旋转或滑动，同时防止所述第一接头1从所述编织主体3上掉落。
84.根据本技术的一些实施例，参照图4和图6，所述第二接头2的侧壁上还设置有第四胶水腔22，所述第四胶水腔22置于所述第二接头2与所述连接件33接触的侧面上，且所述第四胶水腔22用于容置胶水。
85.所述第四胶水腔22为一凹槽，凹槽的开口朝连接壁设置，连接壁将所述第四胶水腔22开口完全覆盖。凹槽的设置将使得所述第二接头2侧壁与所述编织主体3粘黏，进一步防止所述第二接头2于所述编织主体3内旋转或滑动，同时防止所述第二接头2从所述编织主体3上掉落。
86.根据本技术的一些实施例，参照图1至图2，还包括：限位销4，所述限位销4置于所述第二侧壁32远离所述第一侧壁31的一侧；或者所述限位销4置于所述第一侧壁31远离所述第二侧壁32的一侧。所述限位销4置于所述编织主体3外壁上，由于所述第一侧壁31和第二侧壁32结构相同，在本实施例中仅以所述第一侧壁31为例。
87.所述限位销4为柱体结构，置于所述第一侧壁31远离所述第二侧壁32的一侧，且所述限位销4置于所述第一孔311的一侧。所述限位销4可与所述编织主体3一体成型，也可通过粘黏或者螺纹连接的方式固定于所述第一侧壁31上。
88.本技术主要应用于四轴机器人上，所述第二接头2与四轴机器人底座200可转动连接，所述第一接头1与四轴机器人的执行器100可转动连接，所述限位销4用于限制四轴机器人执行器100的旋转，通过所述限位销4的设置防止执行器100旋转至本技术的机械臂上方，同时防止执行器100与机械臂重合。
89.当所述限位销4置于所述第二侧壁32上时，所述限位销4将防止机械臂旋转置底座200上方，防止机械臂与底座200重合。
90.根据本技术的一些实施例，参照图1至图2，还包括：定位柱5；所述定位柱5为多个，所述定位柱5贯穿第一侧壁31与所述第一接头1靠近第一侧壁31的一面连接，所述定位柱5贯穿第一侧壁31与所述第二接头2靠近第一侧壁31的一面连接；所述定位柱5贯穿第二侧壁32与所述第二接头2靠近第二侧壁32的一面连接，所述定位柱5贯穿第二侧壁32与所述第一接头1靠近第二侧壁32的一面连接。在某些实施例中，在容置定位柱的腔体还可注入胶水，使得所述定位柱与容置定位柱腔体的连接更为紧密。
91.所述定位柱5为金属材质，且所述定位柱5用于连接所述第一接头1和编织主体3以及第二接头2和编织主体3。在所述第一接头1、第二接头2、第一侧壁31以及第二侧壁32上容置所述定位柱5的定位孔内涂布有胶水。
92.本技术还提供了一种新型三维编织机械臂制备方法，包括步骤：纤维编织形成编织主体预成型件；将编织主体预成型件置于模具中，并注入树脂，浸胶固化形成编织主体，在本实施例中，可注入环氧树脂；于编织主体上形成第一接头定位柱孔、第二头定位柱孔和限位销孔；在第一接头上形成定位柱孔，在第二接头上形成定位柱孔；将胶水涂布于第一胶水腔以及第二胶水腔中；将第一接头安装于第一孔内，将第二接头安装于第二孔内，使得第一接头上的定位柱孔与编织主体上的第一接头定位柱孔对位，第二接头上的定位柱孔与编织主体上的第二接头定位柱孔对位；安装定位柱；待胶水固化后，于机械臂上制作安装孔。
93.需要说明的是，根据产品性能要求，进行编织结构和树脂体系设计，主体采用纤维编织预成型体而后经rtm成型，金属件连接件预加工留余量，主体和金属件连接件用定位柱、胶接定位连接，固化后进行精加工，编织主体预成型件为碳纤维编织主体预成型件。
94.在实际作业中，先将编织主体预成型件放置至模具内，再将模具进行锁紧；待模具锁紧后，对模具抽真空；模具抽真空完毕后，通过模具上的预留孔道将热的树脂注入到模具内表面上，使模具完全封闭；继续挤压树脂，使编织主体预成型件涂有树脂膜的外壳；最后待外壳固化，开模将成型的编织主体取出；即，通过编织形成编织主体预成型件，将编织主体预成型件作为增强体，采用树脂传递模塑工艺(rtm)，进行浸胶固化，直接形成复合材料结构。
95.而后在所述第一接头的第一胶水腔和第三胶水腔内以及所述第二接头的第二胶
水腔和第四胶水腔内涂布胶水；将涂布有胶水的第一接头安装至第一孔中，将涂布有胶水的第二接头安装至第二孔中，使得所述第一接头与所述第二侧壁连接，所述第二接头与所述第一侧壁连接。
96.待胶水固化后，将定位柱插入对应的定位孔中，进行定位。最后，在机械臂上制作安装孔，所述安装孔用于连接执行器100和底座200。
97.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本技术的权利要求和说明书的范围当中。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本技术并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。