技术领域
[0001] 本发明属于机械臂技术领域，尤其涉及一种复合材料机械臂及其制备方法与机械手。
相关背景技术
[0002] 现有金属机械臂重量大，灵活性差，因此技术人员开发了多种纤维复合材料的机械臂，达到减重、降低驱动能耗和提高灵活性的目的。但是根据使用场景的不同，有时候需要在机械臂表面设置滑轨。为了保证滑轨安装座的尺寸精度，需要以机械加工的方式进行制造。
[0003] 当纤维复合材料机械臂使用整体式复合材料制备时，滑轨安装座加工过程中的长尺寸范围的机械加工会破坏复合材料中机械纤维的连续性，引起强度的大幅下降。当采用滑轨安装座单独制作，之后安装到机械臂主体的表面的技术方案时，由于复合材料攻丝难度大，需要在复合材料机械臂主体中增加金属预埋件，利用金属预埋件的螺纹固定滑轨安装座，但是预埋金属一体成型复合材料在成形过程中，由于金属材料与纤维复合材料的膨胀系数等物理性质不同，会在金属预埋件区域产生压力不均匀得现象，导致降低机械臂的承重能力不足。
具体实施方式
[0041] 应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0042] 需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0043] 实施例1
[0044] 一种复合材料机械臂，为上下对称结构，如图1所示，包括：型腔梁4、金属嵌件3、补强管2和滑轨安装座1；
[0045] 如图2所示，型腔梁4内部分隔为多个型腔41；
[0046] 如图3所示，金属嵌件3的数量为两个，分别设置在型腔梁4的上下表面，金属嵌件3上有螺纹孔31；
[0047] 如图1所示，补强管2为纤维复合材料，包裹在型腔梁4和金属嵌件3的外侧；
[0048] 滑轨安装座1的数量为两个，设置在补强管2表面，与内部的金属嵌件3位置相对，并通过沉头螺栓与金属嵌件3上的螺纹孔31固定在一起。
[0049] 通过以上设置，采用滑轨安装座1、型腔梁4、金属嵌件3和补强管2的模块化设计，能够有效避免滑轨安装座加工后纤维不连续引起的强度大幅下降，且具有明显的减重效果；还能有效解决一体成型时金属嵌件3区域压力不均以及热膨胀系数不匹配引起的质量缺陷，有效减少内部缺陷以及可能出现的薄弱环节，提高复合材料机械臂的强度。
[0050] 如图2所示，型腔41的长度方向与复合材料机械臂的长度方向一致；型腔梁4的多个型腔41之间设置有隔板形状的加强筋43，如图5所示，滑轨安装座1设置有外凸的线形凸起结构11，线形凸起结构11在滑轨安装座1外的分布位置与加强筋43在型腔梁4内的分布位置相同；使加强筋43能够作为承力结构负载弯矩，有效提升复合材料机械臂的强度。
[0051] 如图5所示，本实施例中滑轨安装座1上包括三个线形凸起结构11，最左侧线形凸起结构11用于齿条限位，右侧2个线形凸起结构11各用于1个滑轨的限位。3个线形凸起结构11的本质用途都是装配限位。
[0052] 复合材料机械臂设置有贯穿金属嵌件3、补强管2和滑轨安装座1的安装孔，金属嵌件3的安装孔为螺纹孔31(如图3所示)，滑轨安装座1通过沉头螺栓与螺纹孔31固定连接在一起，螺栓穿过滑轨安装座1上的第一安装孔12(如图5所示)和补强管2上的第二安装孔21(如图4所示)，螺栓尾固定在金属嵌件3的螺纹孔31中，螺栓头将滑轨安装座1和补强管2挤压在一起，实现三者的连接。
[0053] 其中，如图5所示，第一安装孔12设置在线形凸起结构11的外侧，多个第一安装孔呈线性排列，排列方向与线形凸起结构11的长度方向相同。
[0054] 如图3所示，金属嵌件3与型腔梁4的接触面设置有多个凸台32，螺纹孔31设置在凸台32中心；如图2所示，型腔梁4设置有多个贯穿孔42，金属嵌件3的凸台32位于型腔梁4的贯穿孔42中，且凸台32外缘形状与贯穿孔42轮廓形状相同；这种凸台32结构提升了金属嵌件3中螺纹孔31的有效长度，且没有螺纹孔31的位置不设凸台32，提升了复合机械臂整体的减重效果，并且凸台32卡在贯穿孔42中，能够避免金属嵌件3与型腔梁4的相对滑动，进一步提升了复合机械臂整体的强度，贯穿孔42的形式相比于凹台形式更加方便成型。
[0055] 补强管2对内部的型腔梁4、金属嵌件3施加压应力，提高复合机械臂整体抵抗弯矩的能力；型腔梁4的左右两侧没有滑轨，所以不设金属嵌件3。
[0056] 型腔梁4由碳纤维预浸料制备，作为立体结构，由单向纤维预浸料和斜纹编织预浸料铺层制备。
[0057] 补强管2由单向碳纤维预浸料铺层制备，铺层过程中，纤维方向的设计方案为：0°方向占40％，±45°方向占40％，90°方向占20％；补强管的作用为2个方面：(1)约束金属嵌件不脱落；(2)提高机械臂刚度，从而减小机械臂运动过程中的变形量。
[0058] 本实施例中，滑轨安装座1由碳纤维预浸料制备，纤维方向为准各向同性铺层。
[0059] 金属嵌件3为不锈钢材质。
[0060] 本实施例中复合材料机械臂的制备方法包括以下步骤：
[0061] S1、分别用纤维复合材料铺层制备型腔梁4和滑轨安装座1，并对补强管2和滑轨安装座1机械加工出贯穿的安装孔(包括第一安装孔12和第二安装孔21)，对型腔梁4机械加工出贯穿孔42，
[0062] 用金属材料制备金属嵌件3，并在金属嵌件3与型腔梁4接触的一面加工出凸台32，在凸台32中心加工出螺纹孔31；
[0063] S2、将金属嵌件3粘贴在型腔梁4的上下表面，将金属嵌件3的凸台32嵌入型腔梁4的贯穿孔42中；将补强管2在金属嵌件3和型腔梁4的外侧制备补强管，并在补强管上机械加工出第二安装孔21，第二安装孔21和金属嵌件3的螺纹孔31对齐；
[0064] 其中，制备补强管2时，型腔梁为芯模，铺层制备补强管，通过共胶接形式形成整体；
[0065] S3、滑轨安装座1放置在补强管2的上下表面，并且滑轨安装座1的第一安装孔12与补强管2的第二安装孔21对齐，使沉头螺栓穿过第一安装孔12与补强管2的第二安装孔21，紧固连接在金属嵌件3的螺纹孔31中，完成复合材料机械臂的装配。
[0066] 实施例2
[0067] 一种包括实施例1中所述复合材料机械臂的机械手。
[0068] 申请号为201610359305.0的中国专利“热成型压机上下料机械手”中，穿梭臂安装于升降臂的下端，穿梭臂通过端拾器夹持移动上料工作台或下料工作台上的工件，由于端拾器并非位于升降臂的正下方，因此穿梭臂受弯矩作用。
[0069] 采用实施例1的复合材料机械臂时，金属嵌件3位于复合材料机械臂的上下两侧，受到弯矩作用时，上侧的金属嵌件3为拉伸变形倾向，下侧的金属嵌件3为压缩变形倾向，且装配过程中人为增加的预应力也能够提升对抗弯矩的效果。
[0070] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
