[发明专利]一种三自由度的可变柔性机械臂拧螺丝工具

说明书

本发明涉及一种三自由度的可变柔性机械臂拧螺丝工具，包括吸盘连接座、转动输入轴、传力套筒和活塞杆，吸盘连接座一面形成有凸起段，凸起段内设有贯穿的中心通孔；转动输入轴设于中心通孔内，其一端设有凹入的空腔用于容纳磁流变液；传力套筒与转动输入轴固定连接；活塞杆一端穿过传力套筒进入空腔，进入空腔部分套装有活塞，活塞外壁绕设有电磁线圈；活塞杆另一端设有限位台阶，传力套筒和限位台阶之间的活塞杆上套设有压缩弹簧和压力传感器，限位台阶通过柔性管与工作套筒连接；柔性管内填满有磁流变液，外壁绕设有电磁线圈，还套设有定型弹簧。本发明提高了工具的柔性，降低了控制系统智能化程度的要求，与机械臂的联接简单，安全可靠。

技术领域

本发明属于金属的其它加工中拧紧或松开螺钉或螺帽的机械技术领域，具体涉及一种三自由度的可变柔性机械臂拧螺丝工具。

背景技术

在石油勘查中需要用到测井探管，测井探管内装入放射源，然后将放有放射源的测井探管送入井下，利用放射源来检测该区域是否存在石油。在测井探管上设有可打开和关闭的仓门，仓门下部通过转动机构与测井探管可转动连接，仓门上或者测井探管内设有专门放置放射源的空腔，放射源即放置在该空腔中。

目前，放射源的装卸都是通过人工完成的，打开仓门前，需要先拧松仓门上部与测井探管连接的螺钉，再将仓门打开；放射源装载后再关闭仓门并拧紧螺钉即可。虽然人工装卸很简单，但由于放射源对人体的危害性，所以并不适合长期这样操作，故现在已开始尝试利用工业机器人（机械臂）自动完成放射源的装卸，即通过机械臂来打开和关闭存放放射源的仓门，再取放放射源。要打开和关闭仓门，首先面对的就是拧螺钉。通过机器臂连接拧螺钉工具装卸螺钉，大致可分为四个步骤：对接，推进，转动，脱离。

现有通过机器自动拧螺钉的工具比较多，但因为本应用场合拧螺钉的工具需要与机械臂配合完成，而现有拧螺钉的工具都是针对简单的机械转动联用，若用现有拧螺钉的工具与机械臂结合，将大大增加机械臂结构的复杂程度。也有部分拧螺钉的工具是针对机械臂联用的，如CN201410824519.1公开了一种用于测井探管放射源装卸的机械手可更换拧螺丝工具，但缺点是其柔性不足，弹簧不能提供柔性补偿，使得螺母套筒不能保持以设定速度推进，螺母套筒本身也不能提供柔性补偿，这就需要机械臂能精准控制对接、推进等操作，否则容易将撞坏拧螺钉工具甚至损伤机械臂，这又对机械臂控制系统的智能控制程度要求较高，而高智能的人工智能控制在我国乃至世界范围都尚未取得技术突破。

本发明为提高工具的柔性，应用了磁流变液。磁流变液是一种可控的流体液，由高磁导率、低磁滞性的颗粒和非磁导性的液体混合而成；当其周围无磁场时，磁流变液表现出良好的液体流动性，当周围存在磁场时，磁流变液的表观粘度会随磁场的加大而迅速增加，流动特性发生显著变化，甚至表现出固体的形态特性，这使其可作为力传递的介质；且这种变化是可逆的，即当周围环境恢复到无磁场状态时，磁流变液又恢复到原来的液体状态，其响应时间仅为几毫秒。磁流变液的表观粘度可随周围磁场强度的变化而变化，实现无级可调，可控性高，因为它具有这样特殊的性质，人们可将其用于制造“智能化”机械元件。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明要解决的技术问题是如何提供一种三自由度的可变柔性机械臂拧螺丝工具，以避免与之连接的机械臂结构复杂、因柔性不足而对机械臂的控制系统智能化程度要求较高的问题，达到连接简单，操作容易、安全的效果。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：