带柔性延长臂的小型协作机械臂结构

这款带柔性延长臂的小型机械臂，最初的设计定位是面向狭小空间内的精密作业场景，在电子元器件返修、狭小舱体内壁检测、实验室微量样本移取这类常规工业机械臂无法施展的工况下，能凭借细长的柔性延伸段抵达作业点位。从结构布局来看，基座部分采用多关节紧凑堆叠设计，三个回转关节的轴线呈空间交错布置，关节内部集成了谐波减速组件与中空走线通道，所有动力线缆与信号线缆都从关节轴心穿过，避免臂体运动过程中出现线缆拖拽、缠绕的问题，同时也能减少外部走线对作业空间的占用。柔性延长段采用内置镍钛合金骨架的包覆结构，外层是低摩擦系数的聚氨酯护套，既可以保持任意弯曲后的形态稳定性，又能在碰到硬质障碍物时产生一定的形变缓冲，不会因为刚性碰撞损坏末端执行器或者被操作工件。末端执行器的安装接口采用标准快换结构，适配夹爪、真空吸盘、微型摄像头、点胶针头等多种作业端头，快换接口的定位销采用锥面配合设计，重复定位精度可以控制在0.02mm以内，满足精密装配类作业的精度要求。

从安装边界来看，基座底部设置了四个均布的M6安装螺孔，既可以直接固定在水平工作台面上，也可以搭配L型安装支架实现侧装或者倒装，安装面的平面度要求不低于0.1mm，避免安装应力导致关节轴承出现偏载磨损。臂体完全展开后的总长度约为650mm，其中柔性延长段的长度占比接近二分之一，基座回转关节的旋转范围为±180度，大臂俯仰角度范围为-30度到120度，小臂俯仰角度范围为-60度到150度，柔性段可以在半径50mm的空间范围内实现任意方向的弯曲调整，整体作业覆盖范围是一个半径约400mm的半球形空间，在这个空间范围内的任意点位，臂体都可以调整到合适的作业姿态。

在实际应用场景中，这类小型柔性机械臂常被集成在自动化检测工位上，搭配视觉检测模块完成精密零件的内腔瑕疵检测，也可以安装在移动巡检机器人上，完成设备缝隙、管道接口等位置的巡检作业。设计过程中特意对关节处的密封结构做了优化，关节衔接位置采用双唇形密封圈，防护等级达到IP54，可以在有少量粉尘、飞沫的生产车间环境下长期稳定运行，不需要额外加装防护外罩。臂体的运动控制采用分布式驱动方案，每个关节的驱动电机都集成了位置编码器与电流检测模块，运行过程中可以实时检测关节的负载力矩，当碰到人体或者其他障碍物时，能在10ms内触发停止保护，满足协作机器人的安全要求，不需要额外设置安全围栏就可以和操作人员在同一工位协同作业。

从结构强度设计来看，基座关节采用铝合金一体切削成型，小臂和大臂的壳体采用碳纤维复合材料模压成型，在保证结构刚度的前提下尽可能降低臂体自身重量，整机自重控制在8kg以内，单人就可以完成搬运和安装调试。柔性段的骨架经过反复的疲劳测试，可以承受超过10万次的反复弯曲而不出现塑性形变，外层护套采用耐磨材质，长期和工件、设备表面摩擦也不会出现表层破损。末端执行器的最大负载为500g，完全满足轻量型作业的负载要求，在额定负载下的运行速度可以达到200mm/s，兼顾作业效率与运行稳定性。