本实用新型涉及机器人领域，尤其是涉及一种可延伸臂长的机械臂。
背景技术：
机械臂是指高精度，高速点胶机器手，机械臂是一个多输入多输出、高度非线性、强耦合的复杂系统。因其独特的操作灵活性，已在工业装配，安全防爆等领域得到广泛应用。机械臂是一个复杂系统，存在着参数摄动、外界干扰及未建模动态等不确定性。因而机械臂的建模模型也存在着不确定性，对于不同的任务，需要规划机械臂关节空间的运动轨迹，从而级联构成末端位姿。
近年来，随着机器人技术的发展，应用高速、高精度、高负载自重比的机器人结构受到工业和航空航天领域的关注。由于运动过程中关节和连杆的柔性效应的增加，使结构发生变形从而使任务执行的精度降低。所以，机器人机械臂结构柔性特征必须予以考虑，实现柔性机械臂高精度有效控制也必须考虑系统动力学特性。柔性机械臂是一个非常复杂的动力学系统，其动力学方程具有非线性，强耦合，实变等特点。而进行柔性臂动力学问题的研究，其模型的建立是极其重要的。柔性机械臂不仅是一个刚柔耦合的非线性系统，而且也是系统动力学特性与控制特性相互耦合即机电耦合的非线性系统。动力学建模的目的是为控制系统描述及控制器设计提供依据。一般控制系统的描述(包括时域的状态空间描述和频域的传递函数描述)与传感器/执行器的定位，从执行器到传感器的信息传递以及机械臂的动力学特性密切相关。
目前，现有工业机械臂多为固定臂长，两点转动式设计。这一种机械臂能够达成的功能有限，且活动半径局限于机械臂臂长总和。对于大型机械建造或需要在大范围内工作的机械臂，现有方法只有制造尺寸更大的机械臂，该方法会消耗大量物资来制造机械臂，并且庞大的机械臂对于操作者来说很难实现便捷操作。因此，目前亟需一种新型机械臂，以实现对于单一机械臂无法在大范围内便捷的完成指令。
技术实现要素：
本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可实现单一机械臂在其可变臂长半径范围内均可提供不同工作的功能，并配置不同功能的末端模块化结构，具备功能繁多，可解决现有机械臂功能单一且活动半径局限于机械臂臂长总和的问题的可延伸臂长的机械臂。
本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种可延伸臂长的机械臂，该机械臂包括一级可延展机械臂、二级可延展机械臂和将两者连接的旋转轴机构，所述的一级可延展机械臂通过一级伺服驱动转动模块驱动一级皮带传动系统，使固定在皮带传动系统的固定架基座带动机械臂进行伸缩；二级可延展机械臂通过二级伺服驱动转动模块驱动二级皮带传动系统，使二级皮带传动系统的四滑轮可延展臂长机构带动机械臂进行伸缩。
进一步地，所述的一级可延展机械臂包括固定架基座、一级支撑座、一级滑轮导向系统、一级伺服驱动转动模块、一级皮带传动系统，所述的一级可延展机械臂通过一级伺服驱动转动模块驱动一级皮带传动系统，使固定在皮带传动系统的固定架基座带动机械臂进行伸缩。
进一步地，所述的一级皮带传动系统包括相互连接的一级转动齿轮和一级皮带和一级导向齿轮；所述的一级皮带套设在一级转动齿轮和一级导向齿轮上，所述的一级转动齿轮固定在一级支撑座上，所述的固定架基座固定连接一级皮带，所述的一级伺服驱动转动模块的电机驱动一级导向齿轮转动，带动一级皮带转动，从而带动固定架基座移动。
所述的六滑轮可延展臂长机构包括六个呈外凸u形的滑轮和分别连接滑轮上下两面的一级连接板，所述的连接板设有一级定位孔和一级连接孔。
所述的一级滑轮导向系统包括相互拼接的一级固定滑轨以及一级可移动滑轨、一级u形凹槽和六滑轮孔位。所述的一级可移动滑轨一端设有固定架基座，另一端伸入六滑轮可延展臂长机构内。所述的固定架基座连接一级皮带传动系统，所述的一级伺服驱动转动模块驱动一级皮带传动系统运动，带动固定架基座与一级可移动滑轨沿一级固定滑轨移动。所述的一级可移动滑轨上设有的一级u形凹槽与滑轮相匹配，还在与一级连接孔同一横截面上对应设有角度分布一致的一级孔位，同时，一级可移动滑轨与二级可延展机械臂连接，使得一级可移动滑轨的移动可以带动二级可延展机械臂在一级可延展机械臂上的升降，实现伸缩。
进一步地，所述的一级转动齿轮和六滑轮可延展臂长机构固定在一级支撑座上，一级皮带将一级转动齿轮和一级伺服驱动转动模块相连接，固定架基座穿插在一级皮带上，由一级伺服驱动转动模块带动一级转动齿轮和一级皮带转动，从而使固定架基座在一级滑轨上滑动，实现机械臂的伸缩；滑轮导向系统上的孔位与六滑轮可延展臂长机构上的连接孔相匹配，可以实现机械臂的固定。
进一步地，所述的二级可延展机械臂包括二级支撑座、二级滑轮导向系统、二级伺服驱动转动模块、二级皮带传动系统和四滑轮可延展臂长机构，所述的二级可延展机械臂通过二级伺服驱动转动模块驱动二级皮带传动系统，使二级皮带传动系统的四滑轮可延展臂长机构带动机械臂进行伸缩。
进一步地，所述的二级皮带传动系统包括相互连接的二级转动齿轮和二级皮带；和以及导向齿轮，所述的二级皮带套设在二级转动齿轮和二级导向齿轮上，所述的二级转动齿轮固定在二级支撑座上。
所述的四滑轮可延展臂长机构包括四个呈外凸u形的滑轮和分别连接滑轮上下两面的二级连接板，所述的二级连接板设有二级连接孔，用于与二级皮带连接。
所述的二级滑轮导向系统包括相互拼接的二级固定滑轨、二级一级u形凹槽、四滑轮孔位以及二级可移动滑轨。所述的二级可移动滑轨一端与四滑轮可延展臂长机构固定，所述的四滑轮可延展臂长机构连接二级皮带传动系统，所述的二级伺服驱动转动模块驱动二级皮带传动系统运动，四滑轮可延展臂长机构与二级可移动滑轨沿二级固定滑轨移动，实现伸缩。所述的二级可移动滑轨上设有二级u形凹槽，与滑轮相匹配。
进一步地，所述的四滑轮可延展臂长机构通过四滑轮定位孔穿插在二级皮带上，由二级伺服驱动转动模块带动二级转动齿轮和二级皮带转动，从而使四滑轮可延展臂长机构在二级一级u形凹槽上滑动，实现机械臂的伸缩；二级滑轮导向系统上的四滑轮孔位与四滑轮可延展臂长机构上的四滑轮连接孔相匹配，可以实现机械臂的固定。
进一步地，所述的旋转轴机构包括旋转伺服、一号齿轮、二号齿轮和旋转轴，当旋转伺服驱动时，将带动旋转轴和一号齿轮旋转，当一级可延展机械臂固定时，二号齿轮会沿着一号齿轮的边缘移动，带动二级可延展机械臂形成转动。
进一步地，所述的旋转轴机构包括旋转伺服、齿轮组和旋转轴；所述的齿轮组包括互相咬合的一号齿轮与二号齿轮形成，所述的一号齿轮与旋转轴连接，一号齿轮与一级可延展机械臂连接，二号齿轮与二级可延展机械臂连接；
旋转伺服驱动二号齿轮旋转，带动一号齿轮沿旋转轴旋转，当一级可延展机械臂固定时，二号齿轮会沿着一号齿轮的边缘移动，带动二级可延展机械臂形成转动，旋转伺服在结束转动后给出一个能够稳定旋转轴不再转动的力量，达到固定作用。
与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：
1、该机械臂可以根据需求调整方向，向目标延伸，此时平移传动系统将延伸机械臂长度，通过滑轨导向，从而使机械臂能够到达指定远距离位置，实现单一机械臂在可伸展臂长半径内皆可实现功能性工作的能力。该延伸机构同时在单个机械臂的两个不同臂展上可同时做两个方向的伸缩，与旋转底座和旋转支撑轴的配合为机械臂移动半径和敏捷性能提升提供了可能；
2、该机械臂的末端为模块化结构，可根据不同需求安装不同功能工具。其中，所述地末端模块化结构可以是切割、抓取、焊接、雕刻等等功能，可满足不同工作场景的机械操作需求。
附图说明
图1为本实用新型提供的一种可延伸臂长的机械臂的俯视图；
图2为本实用新型提供的一种可延伸臂长的机械臂的仰视图；
图3a为六滑轮可延展臂长机构在一级u形凹槽中运作图，图3b为四滑轮可延展臂长机构在二级u形凹槽中运作图；
图4a为本实用新型提供的六滑轮可延展臂长机构示意图，图4b为四滑轮可延展臂长机构示意图；
图5为一级可移动滑轨上的一级孔位示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。
一种可延伸臂长的机械臂，该机械臂包括一级可延展机械臂6、二级可延展机械臂和将两者连接的旋转轴机构，所述的一级可延展机械臂6通过一级伺服驱动转动模块16驱动一级皮带传动系统4，使固定在皮带传动系统4的固定架基座2带动机械臂进行伸缩；二级可延展机械臂通过二级伺服驱动转动模块14驱动二级皮带传动系统4’，使二级皮带传动系统4’的四滑轮可延展臂长机构1’带动机械臂进行伸缩。
如图2所示，一级可延展机械臂6包括固定架基座2、一级支撑座3、一级滑轮导向系统5、一级伺服驱动转动模块16、一级皮带传动系统4，所述的一级可延展机械臂6通过一级伺服驱动转动模块16驱动一级皮带传动系统4，使固定在皮带传动系统4的固定架基座2带动机械臂进行伸缩。一级皮带传动系统4包括相互连接的一级转动齿轮41和一级皮带42以及一级导向齿轮43；所述的一级皮带42套设在一级转动齿轮41和一级导向齿轮43上，所述的一级转动齿轮41固定在一级支撑座3上，所述的固定架基座2固定连接一级皮带42，所述的一级伺服驱动转动模块16的电机驱动一级导向齿轮43转动，带动一级皮带42转动，从而带动固定架基座2移动。一级转动齿轮41和六滑轮可延展臂长机构1固定在一级支撑座3上，一级皮带42将一级转动齿轮41和一级伺服驱动转动模块16相连接，固定架基座2穿插在一级皮带42上，由一级伺服驱动转动模块16带动一级转动齿轮41和一级皮带42转动，从而使固定架基座2在一级滑轨15上滑动，实现机械臂的伸缩。
六滑轮可延展臂长机构1包括六个呈外凸u形的滑轮11和分别连接滑轮上下两面的一级连接板12，所述的连接板12设有一级定位孔13和一级连接孔14。
所述的一级滑轮导向系统5包括一级固定滑轨51以及一级可移动滑轨52，所述的一级可移动滑轨52一端设有固定架基座2，另一端伸入六滑轮可延展臂长机构1内，所述的一级可移动滑轨52上设有的一级u形凹槽521与滑轮11相匹配，还在与一级连接孔14同一横截面上对应设有角度分布一致的一级孔位522，同时，一级可移动滑轨52与二级可延展机械臂连接，使得一级可移动滑轨52的移动可以带动二级可延展机械臂在一级可延展机械臂上的升降，实现伸缩。如图3a和图5所示。
如图1所示，所述的二级可延展机械臂包括二级支撑座3’、二级滑轮导向系统5’、二级伺服驱动转动模块6’、二级皮带传动系统4’，所述的二级滑轮导向系统5’包括二级固定滑轨51’以及二级可移动滑轨52’，所述的二级可移动滑轨52’一端与四滑轮可延展臂长机构1’固定，所述的四滑轮可延展臂长机构1’连接二级皮带传动系统4’，所述的二级伺服驱动转动模块6’驱动二级皮带传动系统4’运动，四滑轮可延展臂长机构1’与二级可移动滑轨52’沿二级固定滑轨51’移动，实现伸缩。所述的二级皮带传动系统4’包括二级转动齿轮41’、二级皮带42’和以及导向齿轮43’，所述的二级皮带42’套设在二级转动齿轮41’和二级导向齿轮43’上，所述的二级转动齿轮41’固定在二级支撑座3’上。
所述的四滑轮可延展臂长机构1’包括四个呈外凸u形的滑轮11’和分别连接滑轮上下两面的二级连接板12’，所述的二级连接板12’设有二级连接孔14’，用于与二级皮带42’连接。所述的二级可移动滑轨52’上设有二级u形凹槽521'，与滑轮11’相匹配。如图4所示。
如图1和图2所示，旋转轴机构包括旋转伺服7、齿轮组8和旋转轴9；所述的齿轮组8包括互相咬合的一号齿轮82与二号齿轮81形成，所述的一号齿轮82与旋转轴9连接，一号齿轮82与一级可延展机械臂6连接，二号齿轮81与二级可延展机械臂连接；
旋转伺服7驱动二号齿轮81旋转，带动一号齿轮82沿旋转轴9旋转，当一级可延展机械臂固定时，二号齿轮81会沿着一号齿轮82的边缘移动，带动二级可延展机械臂形成转动，旋转伺服7在结束转动后给出一个能够稳定旋转轴9不再转动的力量，达到固定作用。
以上实施例仅用于说明本实用新型技术方案，并非是对本实用新型的限制，本技术领域的普通技术人员在本实用新型的实质范围内所做的改变、替代、修饰、简化均为等效的变换，都不脱离本实用新型的宗旨，也应属于本实用新型的权利要求保护范围。
1.一种可延伸臂长的机械臂，其特征在于，该机械臂包括一级可延展机械臂、二级可延展机械臂和将两者连接的旋转轴机构，所述的一级可延展机械臂一端连接旋转轴机构，另一端连接六滑轮可延展臂长机构(1)，所述的二级可延展机械臂一端连接旋转轴机构，另一端连接一四滑轮可延展臂长机构(1’)。
2.根据权利要求1所述的一种可延伸臂长的机械臂，其特征在于，所述的一级可延展机械臂包括固定架基座(2)、一级支撑座(3)、一级滑轮导向系统(5)、一级伺服驱动转动模块(16)、一级皮带传动系统(4)，所述的一级滑轮导向系统(5)包括一级固定滑轨(51)以及一级可移动滑轨(52)，所述的一级可移动滑轨(52)一端设有固定架基座(2)，另一端伸入六滑轮可延展臂长机构(1)内，所述的固定架基座(2)连接一级皮带传动系统(4)，所述的一级伺服驱动转动模块(16)驱动一级皮带传动系统(4)运动，带动固定架基座(2)与一级可移动滑轨(52)沿一级固定滑轨(51)移动。
3.根据权利要求2所述的一种可延伸臂长的机械臂，其特征在于，所述的一级皮带传动系统(4)包括一级转动齿轮(41)、一级皮带(42)和一级导向齿轮(43)，所述的一级皮带(42)套设在一级转动齿轮(41)和一级导向齿轮(43)上，所述的一级转动齿轮(41)固定在一级支撑座(3)上，所述的固定架基座(2)固定连接一级皮带(42)，所述的一级伺服驱动转动模块(16)的电机驱动一级导向齿轮(43)转动，带动一级皮带(42)转动，从而带动固定架基座(2)移动。
4.根据权利要求2所述的一种可延伸臂长的机械臂，其特征在于，所述的六滑轮可延展臂长机构(1)包括六个呈外凸u形的滑轮(11)和分别连接滑轮上下两面的一级连接板(12)，所述的连接板(12)设有一级定位孔(13)和一级连接孔(14)。
5.根据权利要求2或4所述的一种可延伸臂长的机械臂，其特征在于，所述的一级可移动滑轨(52)上设有的一级u形凹槽(521)与滑轮(11)相匹配，还在与一级连接孔(14)同一横截面上对应设有角度分布一致的一级孔位(522)，同时，一级可移动滑轨(52)与二级可延展机械臂连接，使得一级可移动滑轨(52)的移动可以带动二级可延展机械臂在一级可延展机械臂上的升降，实现伸缩。
6.根据权利要求1所述的一种可延伸臂长的机械臂，其特征在于，所述的二级可延展机械臂包括二级支撑座(3’)、二级滑轮导向系统(5’)、二级伺服驱动转动模块(6’)、二级皮带传动系统(4’)，所述的二级滑轮导向系统(5’)包括二级固定滑轨(51’)以及二级可移动滑轨(52’)，所述的二级可移动滑轨(52’)一端与四滑轮可延展臂长机构(1’)固定，所述的四滑轮可延展臂长机构(1’)连接二级皮带传动系统(4’)，所述的二级伺服驱动转动模块(6’)驱动二级皮带传动系统(4’)运动，四滑轮可延展臂长机构(1’)与二级可移动滑轨(52’)沿二级固定滑轨(51’)移动，实现伸缩。
7.根据权利要求6所述的一种可延伸臂长的机械臂，其特征在于，所述的二级皮带传动系统(4’)包括二级转动齿轮(41’)、二级皮带(42’)和以及导向齿轮(43’)，所述的二级皮带(42’)套设在二级转动齿轮(41’)和二级导向齿轮(43’)上，所述的二级转动齿轮(41’)固定在二级支撑座(3’)上。
8.根据权利要求6所述的一种可延伸臂长的机械臂，其特征在于，所述的四滑轮可延展臂长机构(1’)包括四个呈外凸u形的滑轮(11’)和分别连接滑轮上下两面的二级连接板(12’)，所述的二级连接板(12’)设有二级连接孔(14’)，用于与二级皮带(42’)连接。
9.根据权利要求6或8所述的一种可延伸臂长的机械臂，其特征在于，所述的二级可移动滑轨(52’)上设有二级u形凹槽(521')，与滑轮(11’)相匹配。
10.根据权利要求1所述的一种可延伸臂长的机械臂，其特征在于，所述的旋转轴机构包括旋转伺服(7)、齿轮组(8)和旋转轴(9)；所述的齿轮组(8)包括互相咬合的一号齿轮(82)与二号齿轮(81)形成，所述的一号齿轮(82)与旋转轴(9)连接，一号齿轮(82)与一级可延展机械臂(6)连接，二号齿轮(81)与二级可延展机械臂连接；
旋转伺服(7)驱动二号齿轮(81)旋转，带动一号齿轮(82)沿旋转轴(9)旋转，当一级可延展机械臂固定时，二号齿轮(81)会沿着一号齿轮(82)的边缘移动，带动二级可延展机械臂形成转动，旋转伺服(7)在结束转动后给出一个能够稳定旋转轴(9)不再转动的力量，达到固定作用。
技术总结