CN104476538A - 一种具有十连杆五自由度可控机构式移动机械臂 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种具有十连杆五自由度可控机构式移动机械臂，包括移动操作平台、旋转机架、主动杆、拉杆、支撑架、连杆、电动机以及机械手。主动杆均与旋转机架连接，第一主动杆与第三连杆连接，第二主动杆与第三拉杆连接，第三主动杆与第一拉杆连接，第四主动杆与第二拉杆连接，第三连杆与第三拉杆连接，支撑架分别与第一、第二连杆、第二拉杆连接，机械手分别与第一、第二连杆连接。本发明采用电动机安装于旋转机架上的多自由度可控机构代替原来电动机安装于机械臂上的串联机构，解决了原有机构手臂重量大，动态性能差等特点，并且将移动操作机械臂技术应用到本发明，适用于制造各类机械手臂及其他工程机械。

Description

一种具有十连杆五自由度可控机构式移动机械臂

【技术领域】

本发明涉及工程机械领域，尤指一种具有十连杆五自由度可控机构式移动机械臂。

【背景技术】

随着机器人技术的不断发展，为了能更好地与环境进行交互、操纵物体、完成任务，跟上智能化的步伐，机器人的操作终端，如机械臂、手爪的作用越来越重要。这对机械臂的结构设计也提出了更高的指标，要求高的负载自重比，操作更加灵活，强稳定性和安全性等。一般机械臂是模拟人的上臂而构成的，全部关节皆为转动型关节，而且其前三个关节一般都集中在手腕部。关节型机械臂的特点是结构紧凑，所占空间体积小，相对的工作空间最大，是机械臂中使用最多的一种结构形式，然而由于其驱动电机一般安装在手关节上，大大增加了其自身的载重，使其转动惯量变大，加速度变小，残余震动变大，降低了其动态性能，并且一般机械臂常常固定在不可移动的机架上，大大限制了其工作范围。

本技术方案的一一种具有十连杆五自由度可控机构式移动机械臂，其设计的可控机构为工程机构提供了广阔的发展空间，由控制电机驱动的可控机构不仅具有工作空间大、动作灵活、可完成复杂和可变的运动轨迹输出，同时还具有制造成本低，维护保养简单等优点。多自由度可控移动式机械臂不仅能将原来安装在手臂关节处的电机安装于机架上，解决传统机械臂转动惯量大，动态性能差等缺点，还通过应用移动操作机械臂的技术，扩大了传统机械手的工作空间，提高了其工作速度，增加了其工作精度。

【发明内容】

针对背景技术所述面临的种种问题，本发明的目的在于提供一种具有十连杆五自由度可控机构式移动机械臂。

为达到上述目的，本发明一种具有十连杆五自由度可控机构式移动机械臂所采用的技术方案是：一种具有十连杆五自由度可控机构式移动机械臂，包括移动操作平台、旋转机架、第一主动杆、第二主动杆、第三主动杆、第四主动杆、第一拉杆、第二拉杆、第三拉杆、支撑架、第一连杆、第二连杆、第三连杆、电动机以及机械手；第一连杆沿其长度方向依次设有第一连接部、第二连接部及第三连接部；旋转机架上安装上电动机，旋转机架通过第一转动副连接在移动操作平台上，且旋转机架表面分别安装有第二转动副、第三转动副、第四转动副及第五转动副，第二转动副连接第一主动杆下端，第三转动副连接第二主动杆下端，第四转动副连接第三主动杆下端，第五转动副连接第四主动杆下端；第一主动杆上端通过第六转动副连接第三连杆下端，第三连杆上端通过第七转动副与第一连杆的第二连接部相连，第二主动杆上端通过第八转动副与第三拉杆一端相连接，第三拉杆另一端通过第九转动副连接在第三连杆上，第三主动杆通过第十转动副与第一拉杆下端相连，第一拉杆上端通过第十一转动副与第一连杆的第一连接部相连，第四主动杆通过第十二转动副与第二拉杆的下端相连，第二拉杆的上端通过第十三转动副与支撑架第一连接端相连；支撑架第二连接端通过第七转动副连接在第一连杆的第二连接部上，支撑架的第三连接端通过第十四转动副与第二连杆的一端相连，第二连杆的另一端通过第十五转动副与机械手相连，机械手另通过第十六转动副与第一连杆的第三连接相连接。

进一步地，所述第一主动杆、第二主动杆、第三主动杆、第四主动杆、旋转机架均由电动机驱动。

进一步地，移动操作平台通过安装在其底部的车轮移动。

本发明具有以下有益效果：

1.利用多自由度可控机构代替原有单一串联机构，使得原来安装于手臂上的电动机能够安装在机架上，减轻了手臂自身重量，降低了其转动惯量，提高了其动态性能，减少了原有手臂重量所带来的关节累计误差，提高了机械手精度和速度。

2.通过应用可移动式操作平台，使得原来只能在固定位置工作的机械臂能够移动，大大增加了机械臂的活动范围，提高了生产效率，降低了成本。

3.通过加入支撑架连接的构造使得机械手能够独立旋转成一定角度，增加了机械手的自由度，使得机械手能够在更多工况下工作。

为便于贵审查委员能对本发明的目的、形状、构造、特征及其功效皆能有进一步的认识与了解，并结合实施例作详细说明。

【附图说明】

图1为本发明整体立体图；

图2为本发明举降机构图；

图3为本发明机械手旋转机构图；

图4为本发明机械手旋转图；

图5为本发明车体旋转图。

具体实施方式的附图标号说明：

移动操作平台13  旋转机架14      第一主动杆3

第二主动杆1     第三主动杆10    第四主动杆8

第一拉杆11      第一拉杆9       第一拉杆2

支撑架7         第一连杆5       第一连杆6

第一连杆4       第一转动副30    第二转动副15

第三转动副17    第四转动副22    第五转动副20

第六转动副16    第七转动副25    第八转动副18

第九转动副19    第十转动副23    第十一转动副24

第十二转动副21  第十三转动副27  第十四转动副26

第十五转动副29  第十六转动副28  机械手12

【具体实施方式】

下面结合附图和具体实施例对本发明一种具有十连杆五自由度可控机构式移动机械臂作进一步说明。

请参阅图1至图5，为本发明一种具有十连杆五自由度可控机构式移动机械臂，其包括移动操作平台13、旋转机架14、第一主动杆3、第二主动杆1、第三主动杆10、第四主动杆8、第一拉杆11、第二拉杆9、第三拉杆2、支撑架7、第一连杆5、第二连杆6、第三连杆4、电动机以及机械手12；

移动操作平台13通过安装在其底部的车轮移动；

第一连杆5沿其长度方向依次设有第一连接部、第二连接部及第三连接部；

旋转机架14上安装上电动机，旋转机架14通过第一转动副30连接在移动操作平台13上，且旋转机架14表面分别安装有第二转动副15、第三转动副17、第四转动副22及第五转动副20，第二转动副15连接第一主动杆3下端，第三转动副17连接第二主动杆1下端，第四转动副22连接第三主动杆10下端，第五转动副20连接第四主动杆8下端；

第一主动杆3上端通过第六转动副16连接第三连杆4下端，第三连杆4上端通过第七转动副25与第一连杆5的第二连接部相连，第二主动杆1上端通过第八转动副18与第三拉杆2一端相连接，第三拉杆2另一端通过第九转动副19连接在第三连杆4上，第三主动杆10通过第十转动副23与第一拉杆11下端相连，第一拉杆11上端通过第十一转动副24与第一连杆5的第一连接部相连，第四主动杆8通过第十二转动副21与第二拉杆9的下端相连，第二拉杆9的上端通过第十三转动副27与支撑架7第一连接端相连；

支撑架7第二连接端通过第七转动副25连接在第一连杆5的第二连接部上，支撑架7的第三连接端通过第十四转动副26与第二连杆6的一端相连，第二连杆6的另一端通过第十五转动副29与机械手12相连，机械手12另通过第十六转动副28与第一连杆5的第三连接相连接。

所述第一主动杆3、第二主动杆1、第三主动杆10、第四主动杆8、旋转机架14均由电动机驱动。

工作时，在机械手12旋转工况中，第四主动杆8绕第五转动副20转动，并通过第十二转动副21带动第二拉杆9，第二拉杆9通过第十三转动副27带动支撑架7，使得支撑架7绕第七转动副25转动，支撑架7通过第十四转动副26带动第二连杆6，第二连杆6通过第十五转动副29带动机械手12，使其绕第十六转动副28转动，从而使得机械手12能够进行一定角度的旋转；举降工况中，在第一主动杆3、第二主动杆1、第三主动杆10、第一连杆5、第三连杆4、第一拉杆11、第三拉杆2的共同作用下使得机械手12举降；旋转工况中，通过第一转动副30驱动旋转机架14使其在水平面内旋转；移动工况中，通过移动操作平台13的移动使得机械手12可在一定平面和空间内任意移动。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1.利用多自由度可控机构代替原有单一串联机构，使得原来安装于手臂上的电动机能够安装在机架上，减轻了手臂自身重量，降低了其转动惯量，提高了其动态性能，减少了原有手臂重量所带来的关节累计误差，提高了机械手精度和速度。

2.通过应用可移动式操作平台，使得原来只能在固定位置工作的机械臂能够移动，大大增加了机械臂的活动范围，提高了生产效率，降低了成本。

3.通过加入支撑架连接的构造使得机械手能够独立旋转成一定角度，增加了机械手的自由度，使得机械手能够在更多工况下工作。

上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本发明的专利申请范围，凡本发明所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本发明所涵盖专利范围。

Claims (3)

1.一种具有十连杆五自由度可控机构式移动机械臂，其特征在于：包括移动操作平台、旋转机架、第一主动杆、第二主动杆、第三主动杆、第四主动杆、第一拉杆、第二拉杆、第三拉杆、支撑架、第一连杆、第二连杆、第三连杆、电动机以及机械手；

第一连杆沿其长度方向依次设有第一连接部、第二连接部及第三连接部；

旋转机架上安装上电动机，旋转机架通过第一转动副连接在移动操作平台上，且旋转机架表面分别安装有第二转动副、第三转动副、第四转动副及第五转动副，第二转动副连接第一主动杆下端，第三转动副连接第二主动杆下端，第四转动副连接第三主动杆下端，第五转动副连接第四主动杆下端；

第一主动杆上端通过第六转动副连接第三连杆下端，第三连杆上端通过第七转动副与第一连杆的第二连接部相连，第二主动杆上端通过第八转动副与第三拉杆一端相连接，第三拉杆另一端通过第九转动副连接在第三连杆上，第三主动杆通过第十转动副与第一拉杆下端相连，第一拉杆上端通过第十一转动副与第一连杆的第一连接部相连，第四主动杆通过第十二转动副与第二拉杆的下端相连，第二拉杆的上端通过第十三转动副与支撑架第一连接端相连；

支撑架第二连接端通过第七转动副连接在第一连杆的第二连接部上，支撑架的第三连接端通过第十四转动副与第二连杆的一端相连，第二连杆的另一端通过第十五转动副与机械手相连，机械手另通过第十六转动副与第一连杆的第三连接相连接。

2.如权利要求1所述的一种具有十连杆五自由度可控机构式移动机械臂，其特征在于：所述第一主动杆、第二主动杆、第三主动杆、第四主动杆、旋转机架均由电动机驱动。

3.如权利要求1所述的一种具有十连杆五自由度可控机构式移动机械臂，其特征在于：移动操作平台通过安装在其底部的车轮移动。