CN104552246A - 一种具有九连杆五自由度可控机构式移动机械臂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有九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、组合主动杆、拉杆、主动杆销、支撑架、连杆、连杆销、电动机以及机械手。组合主动杆安装在机架上，第一连杆与第二连杆通过连杆销组成组合连杆与组合主动杆相连，机械手连接于组合连杆组第三连杆相连，第三连杆另一端与支撑架相连，支撑架与第二拉杆相连，第二拉杆与第二主动杆相连，第一主动杆与机架和第一拉杆相连。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

一种具有九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，特别是一种具有九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。

随着现代工程技术的发展，机电技术和控制技术大大的提高，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

本发明的目的在于设计一种具有九连杆五自由度可控机构式移动机械臂，除了必须具备传统机械臂结构紧凑，动作灵活等优点，克服传统机械臂转动惯量大，动态性能差，关节误差累计等特点之外，还应将原安装于手臂上的电机安装于机架上来减轻手臂重量，并使传统的不可移动的机械手变为可移动的机械手，使其满足多种工作需求。

本发明通过以下技术方案达到上述目的：一种具有九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、组合主动杆一、组合主动杆二、第一拉杆、第二拉杆、主动杆销、支撑架、第一连杆、第二连杆、第三连杆、连杆销、第一电动机、第二电动机、第三电动机、第四电动机以及机械手，具体结构和连接方式为：

所述组合主动杆一一端通过第一转动副与旋转机架连接，另一端通过第三转动副与主动杆销相连，主动杆销另一端通过第四转动副与组合主动杆二相连，组合主动杆另一端通过第二转动副与旋转机架相连。

所述第一连杆通过第三转动副与组合主动杆一连接，另一端通过第七转动副与机械手连接，第二连杆一端通过第四转动副与组合主动杆二连接，另一端通过第八转动副与机械手连接。

所述连杆销一端通过第五转动副与第一连杆相连，另一端通过第六转动副与第二连杆相连。

所述第一主动杆通过第十五转动副与旋转机架连接，另一端通过第十六转动副与第一拉杆连接，第一拉杆另一端通过第十七转动副与连杆销相连。

所述第二主动杆通过第十四转动副与旋转机架连接，另一端通过第十三转动副与第二拉杆相连。

所述支撑架一端通过第十一转动副与主动杆销连接，一端通过第十二转动副与第二拉杆相连，一端通过第十转动副与第三连杆连接，第三连杆另一端通过第九转动副与机械手连接。

所述旋转机架通过第十八转动副与移动操作平台连接。

所述第一电动机与组合主动杆一、组合主动杆二连接，第二电动机与第二主动杆连接，第三电动机与第一主动杆连接，第四电动机与旋转机架连接。

所述电动机均为伺服电机。

工作原理及过程：

所述九连杆五自由度可控机构式移动机械臂在各个工况中，机械手旋转工况中，第二主动杆通过转动使第二拉杆运动，第二拉杆通过拉动使支撑架绕第十一转动副转动，带动第三连杆，第三连杆通过第九转动副驱动机械手使机械手的角度发生变化，从而使得机械手旋转。举降工况中，在组合主动杆、第一连杆、第二连杆、第一主动杆、第一拉杆的共同作用下使得机械手举降。旋转工况中，通过第十八转动副驱动旋转机架使其旋转。移动工况中，通过移动操作平台的移动使得机械手可在一定平面和空间内任意移动。

本发明的突出优点在于：

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.通过使用组合连杆组，使得主驱动杆与主连杆的刚度增强，整体结构的可靠性提高，构件的使用寿命延长。

4.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。

附图说明

图1为本发明所述的具有九连杆五自由度可控机构式移动机械臂整体立体图。

图2为本发明所述的具有九连杆五自由度可控机构式移动机械臂举降机构图。

图3为本发明所述的具有九连杆五自由度可控机构式移动机械臂机械手旋转机构图。

图4为本发明所述的具有九连杆五自由度可控机构式移动机械臂机械手旋转图。

图5为本发明所述的具有九连杆五自由度可控机构式移动机械臂旋转机架旋转图。

具体实施方式

一种具有九连杆五自由度可控机构式移动机械臂，包括移动操作平台15、旋转机架14、第一主动杆8、第二主动杆10、组合主动杆一1、组合主动杆二2、第一拉杆9、第二拉杆11、主动杆销3、支撑架12、第一连杆5、第二连杆4、第三连杆13、连杆销6、第一电动机34、第二电动机36、第三电动机35、第四电动机以及机械手7，具体结构和连接方式为：

对照图1与图2，所述组合主动杆一1一端通过第一转动副16与旋转机架14连接，另一端通过第三转动副18与主动杆销3相连，主动杆销3另一端通过第四转动副19与组合主动杆二2相连，组合主动杆二2另一端通过第二转动副17与旋转机架14相连。

对照图1与图2，所述第一连杆5通过第三转动副18与组合主动杆一1连接，另一端通过第七转动副22与机械手7连接，第二连杆4一端通过第四转动19副与组合主动杆二2连接，另一端通过第八转动副23与机械手连7接。

对照图1与图2，所述连杆销6一端通过第五转动副20与第一连杆5相连，另一端通过第六转动副21与第二连杆4相连。

对照图1与图2，所述第一主动杆8通过第十五转动副30与旋转机架14连接，另一端通过第十六转动副31与第一拉杆9连接，第一拉杆9另一端通过第十七转动副32与连杆销6相连。

对照图1与图3，所述第二主动杆10通过第十四转动副29与旋转机架14连接，另一端通过第十三转动副28与第二拉杆11相连。

对照图1与图3，所述支撑架12一端通过第十一转动副26与主动杆销3连接，一端通过第十二转动副27与第二拉杆11相连，一端通过第十转动副25与第三连杆13连接，第三连杆13另一端通过第九转动副24与机械手7连接。

对照图1、图2、图3，所述旋转机架14通过第十八转动副33与移动操作平台15连接。

对照图1、图2、图3，所述第一电机34通过第一转动副16、第二转动副17与组合主动杆一1、组合主动杆二2连接，第二电机36通过第十四转动副29与第二主动杆10连接，第三电机35通过第十五转动副30与第一主动杆8连接，第四电动机通过第十八转动副33与旋转机架14连接。

所述电机均为伺服电机。

工作原理及过程：

对照图1、图2、图3、图4、图5，所述九连杆五自由度可控机构式移动机械臂在各个工况中，机械手旋转工况中，第二主动杆10通过转动使第二拉杆10运动，第二拉杆10通过拉动使支撑架12绕第十一转动副26转动，带动第三连杆13，第三连杆13通过第九转动副24驱动机械手7使机械手7的角度发生变化，从而使得机械手7旋转。举降工况中，在组合主动杆一1、组合主动杆二2、第一连杆1、第二连杆2、第一主动杆8、第一拉杆9的共同作用下使得机械手7举降。旋转工况中，通过第十八转动副驱动33旋转机架14使其旋转。移动工况中，通过移动操作平台15的移动使得机械手7可在一定平面和空间内任意移动。

Claims (1)

1.一种具有九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、组合主动杆一、组合主动杆二、第一拉杆、第二拉杆、主动杆销、支撑架、第一连杆、第二连杆、第三连杆、连杆销、第一电动机、第二电动机、第三电动机、第四电动机以及机械手，具体结构和连接方式为：

所述组合主动杆一一端通过第一转动副与旋转机架连接，另一端通过第三转动副与主动杆销相连，主动杆销另一端通过第四转动副与组合主动杆二相连，组合主动杆另一端通过第二转动副与旋转机架相连；

所述第一连杆通过第三转动副与组合主动杆一连接，另一端通过第七转动副与机械手连接，第二连杆一端通过第四转动副与组合主动杆二连接，另一端通过第八转动副与机械手连接；

所述连杆销一端通过第五转动副与第一连杆相连，另一端通过第六转动副与第二连杆相连；

所述第一主动杆通过第十五转动副与旋转机架连接，另一端通过第十六转动副与第一拉杆连接，第一拉杆另一端通过第十七转动副与连杆销相连；

所述第二主动杆通过第十四转动副与旋转机架连接，另一端通过第十三转动副与第二拉杆相连；

所述支撑架一端通过第十一转动副与主动杆销连接，一端通过第十二转动副与第二拉杆相连，一端通过第十转动副与第三连杆连接，第三连杆另一端通过第九转动副与机械手连接；

所述旋转机架通过第十八转动副与移动操作平台连接；

所述第一电动机与组合主动杆一、组合主动杆二连接，第二电动机与第二主动杆连接，第三电动机与第一主动杆连接，第四电动机与旋转机架连接；

所述电动机均为伺服电机。