一种机械臂及取样机器人的制作方法

1.本发明属于智能机器人技领域，特别是涉及一种机械臂及取样机器人。


背景技术：

2.化学实验室使用机器人进行取样，使用机械臂夹持或吸附样品，不仅能够有效避免实验人员和危险化学品之间的接触，同时还能帮助实验人员减轻工作负担、提高工作效率。
3.现有的化学实验室使用的取样机器人的机械臂通常有不少于两个的关节臂，关节臂连接处设有电机和齿轮进行驱动，由于齿轮的动力臂小，使得齿轮驱动时会受到较大负荷，容易出现较为严重的机械磨损，且同时会影响取样机器人的载重，使得机器人载重小；现有的机械臂通常通过底座水平转动的方式来转换机械臂末端的操作方向，在狭窄的化学室环境中使用并不方便，使得取样机器人的使用具有较大局限性。
4.因此，现有的化学实验室使用的取样机器人存在机械磨损大、载重小的问题以及在狭窄的环境中使用具有局限性的问题，为此，我们提出机械臂。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种机械臂及取样机器人，可以有效解决背景技术中提出的现有的化学实验室使用的取样机器人存在机械磨损大、载重小的问题以及在狭窄的环境中使用具有局限性的问题。
6.为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：本发明为一种机械臂，包括支撑臂、活动连接在支撑臂上端的活动臂、固定安装在活动臂远离支撑臂一端的夹爪，所述支撑臂和活动臂连接端的内部活动设置有辅助定位组件，所述支撑臂的内部远离辅助定位组件的一端设置有第一调节装置，所述第一调节装置的输出端和辅助定位组件活动连接，所述活动臂的内部远离辅助定位组件的一端设置有第二调节装置，所述第一调节装置的输出端和辅助定位组件活动连接；所述辅助定位组件包括伸缩组件和定位轴，定位轴使得第一调节装置和第一调节装置产生连接关系，在伸缩组件和第一调节装置调节到合适位置后，伸缩组件、第一调节装置和支撑臂之间组成稳定的三角形结构，使得定位轴位置保持稳定，使得对第二调节装置的端部能起到支撑作用，第二调节装置另一端对连接在活动臂上，在第二调节装置伸出或收缩后带动活动臂转动，起到对活动臂的调节的效果。所述伸缩组件包括和支撑臂活动连接的转动轴、活动连接在转动轴内部的伸长轴以及用于驱动伸长轴的丝杆，所述定位轴的端部固定连接在伸长轴侧面；丝杆转动过程中对伸长轴传动，使得伸长轴伸出或缩回转动轴的内部，丝杆和伸长轴的连接结构具有自锁的效果，并使得对伸长轴的调节精度高，调节更灵敏。
7.所述第一调节装置包括第一电动伸缩杆，所述第一电动伸缩杆活动连接在支撑臂的内部，所述第一电动伸缩杆的输出端和定位轴活动连接；通过第一电动伸缩杆输出端和
伸长轴的伸缩位置来调节伸缩组件、第一调节装置以及支撑臂之间组成三角形结构的形状，便于使得定位轴处于合适位置对第二调节装置进行支撑，定位轴的位置能够进行调节，即为第二调节装置的支撑位置能够进行调节，根据第二调节装置对定位轴的支撑力的受力分析，f2=f1/cosθ（f2为第二调节装置对活动臂的支撑力，f1为活动臂受力平衡状态下，和第二调节装置连接处在做圆周运动时轨迹的切向方向临界力，θ角为切向方向和第二调节装置之间的夹角），如图1示，超出f1的大小则活动臂逆时针转动，小于f的大小则活动臂顺时针转动。因此，当f1为定值的情况下，θ角越小，f2的值越小，即第二调节装置对活动臂的临界支撑力越小，更便于对活动臂进行支撑，通过调节定位轴的位置，将θ角调到合适位置，便于提高第二调节装置的有效支撑力，既便于提高对活动臂的最大载重，同时能降低第二调节装置自身负荷，便于第二调节装置的调节，并能够大大降低第二调节装置的机械磨损，便于提高装置结构部件使用寿命。
8.在伸缩组件和第一调节装置的作用下，定位轴能够进行完整的圆周运动，使得能够带动活动臂在支撑臂上有转动范围大，可以在支撑臂的两侧进行来回的取样或送样工作，便于装置在狭窄环境的取样活动。
9.所述第二调节装置包括第二电动伸缩杆，所述第二电动伸缩杆活动连接在活动臂的内部，所述第二电动伸缩杆的输出端和定位轴活动连接。第二电动伸缩杆输出端在伸缩情况下，用于调节活动臂并使得活动臂转动，第二电动伸缩杆高精度、高灵敏度和自身等特性，使得对活动臂的调节效果更好。
10.优选地，所述支撑臂的底端设置有调节平台，所述支撑臂活动连接在调节平台的上方。调节平台能带动支撑臂在水平和竖直方向转动，便于增强装置整体的调节能力，调节平台的底部可以安装行走机构，方便装置的移动。
11.优选地，所述转动轴远离伸长轴的一端固定连接有第一电机，所述第一电机的输出端贯穿转动轴并和丝杆固定连接。第一电机便于对丝杆提供动力，带动丝杆转动。
12.优选地，所述伸缩组件有两组，且对称分布在定位轴的端部，两组所述伸缩组件运动同步。便于对定位轴的位置进行调节，并使得对定位轴的定位更精准。
13.优选地，所述转动轴靠近支撑臂的一侧固定安装有转轴，所述转轴活动连接在支撑臂的内部。转轴便于转动轴在支撑臂上的连接。
14.优选地，所述支撑臂的一侧上端固定安装有第二电机，所述第二电机对与其相邻的一个转轴进行传动。第二电机对转轴提供动力，便于带动辅助定位组件整体的转动，使得定位轴便于通过支撑臂的最高点和最低点。
15.优选地，所述第一调节装置还包括和第一电动伸缩杆底座固定连接的第一安装座以及和第一电动伸缩杆输出端固定连接的第一套筒，所述第一安装座活动连接在支撑臂的内部，所述第一套筒套设在定位轴的侧面，且和定位轴活动连接。第一套筒和第一安装座使得第一电动伸缩杆的两端均为活动连接状态，便于第一电动伸缩杆的调节。
16.优选地，所述第二调节装置还包括和第二电动伸缩杆底座固定连接的第二安装座以及和第二电动伸缩杆输出端固定连接的第二套筒，所述第二安装座活动连接在支撑臂的内部，所述第二套筒套设在定位轴的侧面，且和定位轴活动连接。第二套筒和第二安装座使得第二电动伸缩杆的两端均为活动连接状态，便于第二电动伸缩杆的调节。
17.优选地，所述调节平台的上方连接有连接线，所述连接线安装在支撑臂和活动臂
的侧面。连接线用于分别对第一电机、第二电机、第二电动伸缩杆和第一电动伸缩杆供电以及进行信号传递。
18.优选地，所述活动臂靠近转动轴的一端内部开设有环槽，所述转动轴靠近环槽的一侧固定安装有滑块，所述滑块和环槽相匹配，且活动设置在环槽的内部。 滑块在环槽的内部滑动，对滑块起到限位效果，同时使得对转动轴进行限位，使得伸缩组件和定位轴的转动更稳定，并使得第一调节装置和第二调节装置的连接更稳定。
19.本发明还提供一种取样机器人，其包括上述任一的机械臂。
20.本发明具有以下有益效果：1、本发明通过在支撑臂和活动臂上设置辅助定位组件、第一调节装置和第二调节装置，来对活动臂进行调节和支撑，解决了现有齿轮传动的方式存在的机械磨损大的问题，且通过选取合适位置来减小第二调节装置的负荷，使得第二调节装置受力更小，便于第二调节装置的调节，并能有效避免第二调节装置出现机械磨损的问题。
21.2、本发明通过，第一电动伸缩杆、第二电动伸缩杆和伸长轴的配合伸缩，便于调节定位轴的位置，使得定位轴能够做出完整的圆周运动，在定位轴的圆周轨迹中，通过第二电动伸缩杆的调节能够使得活动臂在支撑臂的两侧均能进行作业，方便活动臂在狭窄空间进行工作，便于装置的使用，解决了现有机器人存在的活动局限性大的问题。
22.3、本发明通过，第一电动伸缩杆、第二电动伸缩杆和伸长轴的配合伸缩，便于提高第二调节装置的有效支撑力，既321，同时又能降低第二调节装置自身负荷，便于第二调节装置的调节，并使得降低第二调节装置的机械磨损，便于提高装置结构部件使用寿命。
附图说明
23.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述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。
24.图1为本发明的机械臂的整体的立体图；图2为本发明的机械臂的图1中a部分放大图；图3为本发明的机械臂的辅助定位组件立体图；图4为本发明的机械臂的辅助定位组件俯视剖视图；图5为本发明的机械臂的主视剖视图；图6为本发明的机械臂的图5中b部分放大图；图7为本发明的机械臂的图5中c部分放大图；图8为本发明的机械臂的俯视剖视图；图9为本发明的机械臂的图8中d部分放大图。
25.附图中，各标号所代表的部件列表如下：1、支撑臂；2、活动臂；3、夹爪；4、转动轴；5、伸长轴；6、丝杆；7、定位轴；8、第一电动伸缩杆；9、第二电动伸缩杆；10、调节平台；11、第一电机；12、转轴；13、第一安装座；14、第一套筒；15、第二安装座；16、第二套筒；17、连接线；18、环槽；19、滑块；20、第二电机。
具体实施方式
26.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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
27.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“中”、“外”、“内”等指示方位或位置关系，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组件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。
28.请参阅图1-9所示，本发明为机械臂，包括支撑臂1、活动连接在支撑臂1上端的活动臂2、固定安装在活动臂2远离支撑臂1一端的夹爪3，支撑臂1和活动臂2连接端的内部活动设置有辅助定位组件，支撑臂1的内部远离辅助定位组件的一端设置有第一调节装置，第一调节装置的输出端和辅助定位组件活动连接，活动臂2的内部远离辅助定位组件的一端设置有第二调节装置，第一调节装置的输出端和辅助定位组件活动连接；辅助定位组件包括伸缩组件和定位轴7，定位轴7使得第一调节装置和第一调节装置产生连接关系，在伸缩组件和第一调节装置调节到合适位置后，伸缩组件、第一调节装置和支撑臂1之间组成稳定的三角形结构，使得定位轴7位置保持稳定，使得对第二调节装置的端部能起到支撑作用，第二调节装置另一端对连接在活动臂2上，在第二调节装置伸出或收缩后带动活动臂2转动，起到对活动臂2的调节的效果，本设计使得对活动臂2的支撑更稳定，且由于定位轴7的位置能够进行调节，使得能选取合适位置来减小第二调节装置的负荷，使得第二调节装置受力更小，便于第二调节装置的调节，并能有效避免第二调节装置出现机械磨损的问题。
29.伸缩组件包括和支撑臂1活动连接的转动轴4、活动连接在转动轴4内部的伸长轴5以及用于驱动伸长轴5的丝杆6，定位轴7的端部固定连接在伸长轴5侧面；丝杆6转动过程中对伸长轴5传动，使得伸长轴5伸出或缩回转动轴4的内部，丝杆6和伸长轴5的连接结构具有自锁的效果，并使得对伸长轴5的调节精度高，调节更灵敏。
30.第一调节装置包括第一电动伸缩杆8，第一电动伸缩杆8活动连接在支撑臂1的内部，第一电动伸缩杆8的输出端和定位轴7活动连接；通过第一电动伸缩杆8输出端和伸长轴5的伸缩位置来调节伸缩组件、第一调节装置以及支撑臂1之间组成三角形结构的形状，便于使得定位轴7处于合适位置对第二调节装置进行支撑，定位轴7的位置能够进行调节，即为第二调节装置的支撑位置能够进行调节，根据第二调节装置对定位轴7的支撑力的受力分析，f2=f1/cosθ（f2为第二调节装置对活动臂2的支撑力，f1为活动臂2受力平衡状态下，和第二调节装置连接处在做圆周运动时轨迹的切向方向临界力，θ角为切向方向和第二调节装置之间的夹角），如图1示，超出f1的大小则活动臂2逆时针转动，小于f1的大小则活动臂2顺时针转动。因此，当f1为定值的情况下，θ角越小，f2的值越小，即第二调节装置对活动臂2的临界支撑力越小，更便于对活动臂2进行支撑，通过调节定位轴7的位置，将θ角调到合适位置，便于提高第二调节装置的有效支撑力，既便于提高对活动臂2的最大载重，同时又使得第二调节装置自身负荷降低，便于第二调节装置的调节，并能够大大降低第二调节装置的机械磨损，便于提高装置结构部件使用寿命。
31.在伸缩组件和第一调节装置的作用下，定位轴7能够进行完整的圆周运动，使得能
够带动活动臂2在支撑臂1上有转动范围大，可以在支撑臂1的两侧进行来回的取样或送样工作，便于装置在狭窄环境的取样活动。
32.第二调节装置包括第二电动伸缩杆9，第二电动伸缩杆9活动连接在活动臂2的内部，第二电动伸缩杆9的输出端和定位轴7活动连接。第二电动伸缩杆9输出端在伸缩情况下，用于调节活动臂2并使得活动臂2转动，第二电动伸缩杆9高精度、高灵敏度和自身等特性，使得对活动臂2的调节效果更好。
33.其中，支撑臂1的底端设置有调节平台10，支撑臂1活动连接在调节平台10的上方。调节平台10能带动支撑臂1在水平和竖直方向转动，便于增强装置整体的调节能力，调节平台10的底部可以安装行走机构，方便装置的移动。
34.其中，转动轴4远离伸长轴5的一端固定连接有第一电机11，第一电机11的输出端贯穿转动轴4并和丝杆6固定连接。第一电机11便于对丝杆6提供动力，带动丝杆6转动。
35.其中，伸缩组件有两组，且对称分布在定位轴7的端部，两组伸缩组件运动同步。便于对定位轴7的位置进行调节，并使得对定位轴7的定位更精准。
36.其中，转动轴4靠近支撑臂1的一侧固定安装有转轴12，转轴12活动连接在支撑臂1的内部。转轴12便于转动轴4在支撑臂1上的连接。
37.其中，支撑臂1的一侧上端固定安装有第二电机20，第二电机20对与其相邻的一个转轴12进行传动。第二电机20对转轴12提供动力，便于带动辅助定位组件整体的转动，使得定位轴7便于通过支撑臂1的最高点和最低点。
38.其中，第一调节装置还包括和第一电动伸缩杆8底座固定连接的第一安装座13以及和第一电动伸缩杆8输出端固定连接的第一套筒14，第一安装座13活动连接在支撑臂1的内部，第一套筒14套设在定位轴7的侧面，且和定位轴7活动连接。第一套筒14和第一安装座13使得第一电动伸缩杆8的两端均为活动连接状态，便于第一电动伸缩杆8的调节。
39.其中，第二调节装置还包括和第二电动伸缩杆9底座固定连接的第二安装座15以及和第二电动伸缩杆9输出端固定连接的第二套筒16，第二安装座15活动连接在支撑臂1的内部，第二套筒16套设在定位轴7的侧面，且和定位轴7活动连接。第二套筒16和第二安装座15使得第二电动伸缩杆9的两端均为活动连接状态，便于第二电动伸缩杆9的调节。
40.其中，调节平台10的上方连接有连接线17，连接线17安装在支撑臂1和活动臂2的侧面。连接线17用于分别对第一电机11、第二电机20、第二电动伸缩杆9和第一电动伸缩杆8供电以及进行信号传递。
41.请参阅图3-5所示，其中，活动臂2靠近转动轴4的一端内部开设有环槽18，转动轴4靠近环槽18的一侧固定安装有滑块19，滑块19和环槽18相匹配，且活动设置在环槽18的内部。滑块19在环槽18的内部滑动，对滑块19起到限位效果，同时使得对转动轴4进行限位，使得伸缩组件和定位轴7的转动更稳定，并使得第一调节装置和第二调节装置的连接更稳定。
42.请参阅图1-9所示，本发明为机械臂，其使用方法及工作原理为：使用时，第一电机11启动带动丝杆6转动，使得伸长轴5伸出或收缩，第一电动伸缩杆8和第二电动伸缩杆9同步伸缩，使得定位轴7处于支撑臂1一侧的合适的位置，第二电动伸缩杆9进一步进行伸缩，带动活动臂2上的夹爪3伸向待取样样品，夹爪3夹持或吸附住样品后，第二电动伸缩杆9带动活动臂2转动，将样品取回，当需要将样品带向支撑臂1另一侧时，伸缩组件和第一电动伸缩杆8将定位轴7调节向支撑臂1另一侧，第二电动伸缩杆9带动活动臂2同步运动。
43.本发明还提供本发明还提供一种取样机器人，其包括实施一或者实施例二任一的机械臂。
44.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”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。
45.以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。