一种基于磁铁与磁力大小减少撞击势能的机械臂结构

技术领域

本发明具体涉及一种基于磁铁与磁力大小减少撞击势能的机械臂结构。

背景技术

传统机械臂的设计有关节设计，在每个关节中间还装配有电机作为动力源，其中动力源一控制X方向的运动轨迹，动力源二负责y方向的动力轨迹；动力源三负责z方向的动力轨迹，但这种机械臂设计结构的缺陷在于：

1：无法支持外力撞击，优于机械臂控制精度很高，当此机械臂收到外力时候，机械臂受到冲击的动能很容易直接作用于电机本身，造成电机损坏，从而影响整个机械臂的控制精度和寿命；所以此类装置无法应用到消费电子领域，因为在消费电子领域，产品跌落测试是很必要条件，通过测试后才可以上市销售。

2：由于机械臂的动力输出装置放在机械臂内部，本身就会造成机械臂重量过大，当遇到撞击时，机械臂本身质量过大，一样会增大碰撞的势能，更容易损坏机械臂本身。

针对以上两种缺陷，我们创造性开发出来了一种基于磁铁与磁力大小减少撞击势能的机械臂结构。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于磁铁与磁力大小减少撞击势能的机械臂结构，将撞击势能一分为二，大大降低了两个各自要承担的势能冲击，有效的保护了主机和机械臂连杆装置。

本发明基于磁铁与磁力大小减少撞击势能的机械臂结构是通过以下技术方案来实现的：包括手臂大连臂、手臂小连臂、第一手臂连接头、第二手臂连接头和主机；

第一手臂连接头铰接于手臂大连臂的中央下方，手臂小连臂一端铰接于手臂大连臂的一端，且手臂小连臂下方安装有手臂小连臂盖板；第二手臂连接头安装于手臂小连臂另一端下方；第一手臂连接头与第二手臂连接头的另一端均安装有磁铁；第一手臂连接头通过磁铁连接有X轴机械臂，且X轴机械臂一端设置有与第一手臂连接头的磁铁相对的第二磁铁；所示第二手臂连接头连接有Y轴机械臂，且Y轴机械臂一端设置有与第二手臂连接头的磁铁相对的第二磁铁；X轴机械臂与Y轴机械臂的另一端均连接于主机。

作为优选的技术方案，主机主机上设置有外壳，且主机固定于外壳内；主机内部上方与下方均分别设置有X轴电机和Y轴电机；且X轴机械臂另一端连接X轴电机的输出轴，Y轴机械臂另一端连接Y轴电机的输出轴。

作为优选的技术方案，第一手臂连接头的两侧设置有第一手臂连臂盖板和第二手臂连臂盖板，且第一手臂连臂盖板和第二手臂连臂盖板安装于手臂大连臂的下方，手臂小连臂下方安装有手臂小连臂盖板。

作为优选的技术方案，第一手臂连接头与手臂大连臂铰接处和手臂小连臂与手臂大连臂铰接处均设置有轴承，第一手臂连接头与手臂大连臂，手臂小连臂与手臂大连臂均通过轴承进行铰接。

作为优选的技术方案，手臂大连臂一端安装有螺母，螺母上固定有螺杆。

作为优选的技术方案，第一手臂连接头与手臂大连臂铰接处，手臂小连臂与手臂大连臂铰接处和第二手臂连接头与手臂小连臂安装处下方均安装有手臂小盖。

作为优选的技术方案，第一手臂连接头与第二手臂连接头的另一端均设置有第一磁铁支架，磁铁通过第一磁铁支架固定于第一手臂连接头与第二手臂连接头上。

作为优选的技术方案，磁铁与第二磁铁的吸力方向均垂直于磁铁表面。

作为优选的技术方案，将第二手臂连接头与手臂小连臂安装处作动力源一，将手臂小连臂与手臂大连臂铰接处作动力源二，将第一手臂连接头与手臂大连臂铰接处作动力源三。

作为优选的技术方案，磁铁与第二磁铁的磁力大小与磁极的极面面积A成正比；公式为：

作为优选的技术方案，所述第一磁铁支架与第二磁铁支架通过一滑扣结构装配，所述滑扣结构包括设置于第一磁铁支架上的滑槽，以及设置有第二磁铁支架上的凸起滑块，凸起滑扣滑动装配至滑槽内并与滑槽摩擦接触。

作为优选的技术方案，所述第二磁铁支架上具有一个磁铁容纳凹腔，第二磁铁嵌入设置在磁铁容纳凹腔内且第二磁铁的外侧面与第二磁铁支架端面之间形成一个台阶镂空面。

本发明的有益效果是：本发明将撞击势能一分为二，大大降低了两个各自要承担的势能冲击，有效的保护了主机和机械臂连杆装置。

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为本发明的爆炸图；

图2为本发明的控制原理图；

图3为本发明的组装示意图；

图4为本发明的另一视角的组装示意图；

图5为本发明的第一磁铁支架与第二磁铁支架的局部放大图；

图6为本发明第二磁铁支架处的局部放大图。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“一端”、“另一端”、“外侧”、“上”、“内侧”、“水平”、“同轴”、“中央”、“端部”、“长度”、“外端”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。

此外，在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

本发明使用的例如“上”、“上方”、“下”、“下方”等表示空间相对位置的术语是出于便于说明的目的来描述如附图中所示的一个单元或特征相对于另一个单元或特征的关系。空间相对位置的术语可以旨在包括设备在使用或工作中除了图中所示方位以外的不同方位。例如，如果将图中的设备翻转，则被描述为位于其他单元或特征“下方”或“之下”的单元将位于其他单元或特征“上方”。因此，示例性术语“下方”可以囊括上方和下方这两种方位。设备可以以其他方式被定向，并相应地解释本文使用的与空间相关的描述语。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“套接”、“连接”、“贯穿”、“插接”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；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，除非另有明确的限定。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发明中的具体含义。

如图1—图5所示，本发明的一种基于磁铁与磁力大小减少撞击势能的机械臂结构，包括手臂大连臂3、手臂小连臂4、第一手臂连接头9、第二手臂连接头12和主机18；

第一手臂连接头9铰接于手臂大连臂3的中央下方，手臂小连臂4一端铰接于手臂大连臂3的一端，且手臂小连臂4下方安装有手臂小连臂盖板13；第二手臂连接头12安装于手臂小连臂4另一端下方；第一手臂连接头9与第二手臂连接头12的另一端均安装有第一磁铁10；第一手臂连接头9通过第一磁铁10连接有X轴机械臂14，且X轴机械臂14一端设置有与第一手臂连接头9的磁铁相对的第二磁铁15；所示第二手臂连接头12连接有Y轴机械臂16，且Y轴机械臂16一端设置有与第二手臂连接头12的磁铁相对的第二磁铁；X轴机械臂14与Y轴机械臂16的另一端均连接于主机18。

本实施例中，主机18主机上设置有外壳，且主机固定于外壳内，受到撞击时缓冲动能，通过外壳24的形变而缓冲掉冲击的动能；主机18内部上方与下方均分别设置有X轴电机19和Y轴电机20；且X轴机械臂14另一端连接X轴电机19的输出轴，Y轴机械臂16另一端连接Y轴电机20的输出轴。

本实施例中，第一手臂连接头9的两侧设置有第一手臂连臂盖板6和第二手臂连臂盖板7，且第一手臂连臂盖板6和第二手臂连臂盖板7安装于手臂大连臂3的下方，手臂小连臂4下方安装有手臂小连臂盖板13。

本实施例中，第一手臂连接头9与手臂大连臂3铰接处和手臂小连臂4与手臂大连臂3铰接处均设置有轴承5，第一手臂连接头9与手臂大连臂3，手臂小连臂4与手臂大连臂3均通过轴承5进行铰接。

本实施例中，手臂大连臂3一端安装有螺母2，螺母2上固定有螺杆1。

本实施例中，第一手臂连接头9与手臂大连臂3铰接处，手臂小连臂4与手臂大连臂3铰接处和第二手臂连接头12与手臂小连臂4安装处下方均安装有手臂小盖8。

本实施例中，第一手臂连接头9与第二手臂连接头12的另一端均设置有第一磁铁支架11，第一磁铁10通过第一磁铁支架11固定于第一手臂连接头9与第二手臂连接头12上。

本实施例中，第一磁铁10与第二磁铁的吸力方向均垂直于磁铁表面，通过调整第一磁铁10与第二磁铁的吸力方向与水平面的夹角角度，决定机械臂与水平面的夹角。

本实施例中，将第二手臂连接头12与手臂小连臂4安装处作动力源一21，将手臂小连臂4与手臂大连臂3铰接处作动力源二22，将第一手臂连接头9与手臂大连臂3铰接处作动力源三23，通过X轴机械臂和Y轴机械臂与动力源一和动力源二的固定方向与水平面的夹角固定结构，来决定机械臂与水平面的夹角。

本实施例中，第一磁铁10与第二磁铁的磁力大小与磁极的极面面积A成正比；公式为：

如图5所示，第一磁铁支架11与第二磁铁支架17通过一滑扣结构装配，所述滑扣结构包括设置于第一磁铁支架上的滑槽111，以及设置有第二磁铁支架上的凸起滑块171，凸起滑扣171滑动装配至滑槽内并与滑槽111摩擦接触，通过设置滑扣结构来增加第一磁铁支架与第二磁铁支架装配后的摩擦接触了，通过凸起滑扣与滑槽的装配结构使得在测试时不会随意的发生松脱，通过凸起滑扣只能让支架朝着一个方向松脱，增加接触摩擦力。

如图6所示，第二磁铁支架17上具有一个磁铁容纳凹腔，第二磁铁172嵌入设置在磁铁容纳凹腔内且第二磁铁172的外侧面与第二磁铁支架17端面之间形成一个台阶镂空面，在第一磁铁支架与第二磁铁支架接触吸合后，由于第二磁铁处形成一个台阶镂空面，故第一磁铁与第二磁铁接触时不是直接接触吸合的，采用隔空吸附的方式使得在受到撞击时能够更好的松脱，使得撞击力能够一分为二，减少力的连带效果。

另外，值得注意的是，附图中，第一磁铁支架与第二磁铁支架之间为对接的180度结构，实际使用时，可以根据绘制的方向调节第一磁铁支架或者第二磁铁支架的角度，如第二磁铁支架由原先平行于水平面的结构变换为垂直于水平面的结构，此时第一磁铁支架与第二磁铁支架之间由原先的水平对接变换为垂直对接，主要应对不同的应用场景。

工作原理如下：

将第二手臂连接头与手臂小连臂安装处设为动力源一，将手臂小连臂与手臂大连臂铰接处设为动力源二，将第一手臂连接头与手臂大连臂铰接处设为动力源三；

将负责X方向的动力源一、Y方向运动的动力源二，Z方向运动的动力源三放在一个主机里面固定好，有固定的外壳包裹，当受到外力撞击时，外壳的主要作用在受到撞击时缓冲动能，通过外壳的形变而缓冲掉冲击的动能；主机保证电机的动力输出装置在检测到跌落时，动力源一、二的动力输出轴要和外壳断连，保证主要要防止跌落时，可以保证壳内电机正常工作。

动力源三放在主机内，主要负责Z方向的输出，动力源三主要支撑动力源一、动力源二的结构固定，为整个机械装置在Z方向上的移动提供动能。移动的范围基于动力三的设计需要而定，理论上可以实现外壳高度范围内的移动。

机械臂之所以能实现在移动范围内精准的控制，主要是依靠动力源一和动力源二的精确控制，两台动力装置决定了机械臂执行控制端元的X、Y坐标，从而实现在XY平面内的大范围的精准控制。

XY的长度也决定了机械臂控制执行单元移动范围，范围大小根据设计参数来定。

当机械臂控制单元先着地，撞击产生的势能会通过X、Y连杆传到到动力源一、动力源二的动力输出轴上，巨大的势能会破坏动力一和动力二的输出轴，因此机械臂控制执行制单元撞到地面所产势能，经过X、Y连杆传到到动力源的输出装置上的势能，要大大小于动力源设计参数上受到损坏的临界值，在未达到这个临时值时，X、Y机械臂连杆就要脱离，余下撞击的智能由主机装置和机械臂连杆装置各自承担。

在动力源一、动力源二与X、Y机械臂连杆处增加磁铁的设计，将动力源一、二的输出轴上安装一磁铁，X、Y连杆处也各自安装一磁铁，利用磁铁NS级相吸的原理，将X机械臂连杆和动力源一输出轴吸附在一起，将Y机械臂连杆和动力源二输出轴吸附在一起。

磁铁的吸力的设计需大于整个机械臂由于自身重力在红色连接点所产生的扭力矩，这样才能保证正常工作时，机械臂装置由于吸力不足而掉落。

综上所述磁铁的设计要求需遵循以下的要求：整个机械臂的自然重量在连接处产生的扭力值<磁铁吸附力<动力源收到外力损坏的扭力值；磁铁的设计要根据磁铁的类型、密度、吸附面积、吸附距离来计算。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。