CN105397841A - 一种三自由度机械臂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三自由度机械臂，包括底座，所述底座上有外筒、定子、固定架，所述定子上有转子，所述转子通过动力机构与旋转臂、内筒连接，所述转子通过动力机构与上述固定架连接，所述转子上有数根滑杆，所述滑杆穿过上述内筒上的孔，所述内筒套在上述外筒内，上述旋转臂上有固定架，所述固定架通过动力机构与功能执行部件连接。本发明拥有三个运动自由度，包括两个相互垂直的直线运动和一个旋转运动，所有运动的动力都由直线动力机构提供，功能执行部件的运动空间为一个扇柱体。本发明输出力大，结构紧凑牢固，支撑强度大、可方便进行位置姿态的精确控制。

Description

一种三自由度机械臂

技术领域

本发明属于一种机械臂。

背景技术

随着工业技术与社会需求的发展，机械臂的种类越来越多，应用领域也越来越广。现有传统的机械臂输出力小，不能完成大载荷任务；这类机械臂的结构强度弱，支撑强度小，受到冲击震动时容易损伤机械臂上的精密部件；传统机械臂只能对两个极限位置进行控制，不能对中间位置进行控制。

发明内容

本发明的目的是提供一种三自由度机械臂，有三个运动自由度，包括两个相互垂直的直线运动和一个旋转运动，功能执行部件的运动空间为一个扇柱体。

本发明为了实现上述目的，结构组成如下：如图1-6所示，底座(20)上固定有外筒(9)、定子(17)、旋转运动动力机构固定架(21)，转子(16)和转子端盖(19)安装在所述定子(17)上，所述转子(16)通过第一直线运动动力机构与旋转臂(5)、内筒(10)连接，所述转子(16)通过旋转运动动力机构与旋转运动动力机构固定架(21)连接，所述转子(16)上有数根滑杆(12)，所述滑杆(12)穿过上述内筒(10)上的孔，所述内筒(10)套在上述外筒(9)内，上述旋转臂(5)上有第二直线运动动力机构固定架(4)，所述第二直线运动动力机构固定架(4)通过第二直线运动动力机构与功能执行部件(1)连接。

本发明的优点在于输出力大，结构紧凑牢固，支撑强度大，可方便进行位置姿态的精度控制。

附图说明

下面将结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

图1为三自由度机械臂轴视图。

图2为三自由度机械臂左侧剖视图。

图3为三自由度机械臂左侧局部放大剖视图。

图4为三自由度机械臂正视图。

图5为三自由度机械臂后视图。

图6为三自由度机械臂俯视图。

图7为三自由度机械臂初始状态示意图。

图8为三自由度机械臂第一直线运动示意图。

图9为三自由度机械臂旋转运动示意图。

图10为三自由度机械臂第二直线运动示意图。

图11为三自由度机械臂旋转运动自由度原理图。

图中，1—功能执行部件，2—第二直线运动动力机构运动部分，3—第二直线运动动力机构固定部分，4—第二直线运动动力机构固定架，5—旋转臂，6—第二直线运动动力机构运动部分径向固定架，7—第一直线运动动力机构运动部分，8—滑杆定位圈，9—外筒，10—内筒，11—第一直线运动动力机构固定部分，12—滑杆，13—旋转运动动力机构运动部分，14—旋转运动动力机构固定部分，15—连接件，16—转子，17—定子，18—轴承，19—转子端盖，20—底座，21—旋转运动动力机构固定架，22—底座肋板。

具体实施方式

典型具体实施方式如下：从图4视角观察，旋转运动动力机构伸长，旋转臂5绕外筒9的轴线向顺时针方向转动，旋转运动动力机构缩短，旋转臂5绕外筒9的轴线向逆时针方向转动，控制旋转运动动力机构的伸长量既可控制旋转臂5的旋转角度，参考图7和图9。第一直线运动动力机构伸长，内筒10、旋转臂5沿X轴负方向运动，第一直线运动动力机构缩短，内筒10、旋转臂5沿X轴正方向运动，控制第一直线运动动力机构的伸长量既可控制内筒10、旋转臂5在X轴上的位置，参考图7和图8。第二直线运动动力机构伸长，功能执行部件1沿第二直线运动动力机构的轴线向远离旋转臂5的方向运动，第二直线运动动力机构缩短，功能执行部件1沿第二直线运动动力机构的轴线向接近旋转臂5的方向运动，控制第二直线运动动力机构的伸长量既可控制执行部件1在第二直线运动动力机构轴线上的位置，参考图7和图10。根据上述控制方法，可使执行部件1移动到一个扇柱体空间范围内的任意一点。

本发明的工作原理详细分析如下：如图11所示，中间的移动副为主动，上下两个旋动副为从动，相应地旋转运动动力机构运动部分13和旋转运动动力机构固定部分14的相对直线运动会带动转子16绕轴承18的轴线做旋转运动，轴承18与定子17限制了转子16的其他五个自由度。转子16带动滑杆12做旋转运动，所述滑杆12带动内筒10绕内筒10自身轴线在外筒9内部做旋转运动，因为滑杆12与内筒10的配合为间隙配合，所以滑杆12不限制内筒10沿X轴的直线自由度，滑杆12的另一端与滑杆定位圈8固连，使滑杆12的刚性增加，可有效承载来自内筒10的翻转力矩。内筒10带动旋转臂5做旋转运动，最终带动执行部件1沿内筒10的轴线做旋转运动。

外筒9限制了内筒10除了沿X轴的直线自由度和绕X轴的旋转自由度的以外的其他四个自由度，第一直线运动动力机构运动部分7与第一直线运动动力机构固定部分11的相对直线运动会带动旋转臂5、内筒10沿X轴做直线运动，最终带动执行部件1沿X轴做直线运动。

第二直线运动动力机构固定架4限制了第二直线运动动力机构固定部分3的所有自由度，第二直线运动动力机构运动部分径向固定架6可承担部分第二直线运动动力机构运动部分2所受到的沿自身径向的载荷，第二直线运动动力机构运动部分2与第二直线运动动力机构固定部分3的相对直线运动会带动执行部件1沿第二直线运动动力机构自身的轴线做直线运动。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变形属于本发明的权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也包含这些改动和变形在内。

Claims (9)

1.一种三自由度机械臂，其特征在于：底座(20)上固定有外筒(9)、定子(17)、旋转运动动力机构固定架(21)，转子(16)和转子端盖(19)安装在所述定子(17)上，所述转子(16)通过第一直线运动动力机构与旋转臂(5)、内筒(10)连接，所述转子(16)通过旋转运动动力机构与旋转运动动力机构固定架(21)连接，所述转子(16)上有数根滑杆(12)，所述滑杆(12)穿过上述内筒(10)上的孔，所述内筒(10)套在上述外筒(9)内，上述旋转臂(5)上有第二直线运动动力机构固定架(4)，所述第二直线运动动力机构固定架(4)通过第二直线运动动力机构与功能执行部件(1)连接。

2.根据权利要求1所述的三自由度机械臂，其特征在于：所述第一直线运动动力机构为直线动力提供机构，所述第二直线运动动力机构为直线动力提供机构，所述旋转运动动力机构为直线动力提供机构。

3.根据权利要求1所述的三自由度机械臂，其特征在于：所述内筒(10)的外缘轮廓为圆柱体，所述外筒(9)的内缘轮廓为圆柱体。

4.根据权利要求1、权利要求3所述的三自由度机械臂，其特征在于：所述转子(16)、转子端盖(19)需要通过对称定位的方式安装在定子(17)上，转子(16)的旋转轴线与内筒(10)轴线共线。

5.根据权利要求1所述的三自由度机械臂，其特征在于：所述旋转运动动力机构与旋转运动动力机构固定架(21)、旋转运动动力机构与转子(16)的连接方式均为铰链连接。

6.根据权利要求1所述的三自由度机械臂，其特征在于：所述滑杆(12)一端固定在转子(16)上，另一端固定在滑杆定位圈(8)上。

7.根据权利要求1、权利要求3所述的三自由度机械臂，其特征在于：所述第一直线运动动力机构的一端连接转子(16)，另一端连接旋转臂(5)，旋转臂(5)与内筒(10)固连，第一直线运动动力机构处在内筒(10)内部。

8.根据权利要求1所述的三自由度机械臂，其特征在于：所述的旋转臂(5)的顶端有槽，第二直线运动动力机构固定架(4)通过上述槽固定在旋转臂(5)上，所述槽可调整第二直线运动动力机构固定架(4)与旋转臂(5)的相对位置。

9.根据权利要求1、权利要求8所述的三自由度机械臂，其特征在于：所述第二直线运动动力机构的一端固连在第二直线运动动力机构固定架(4)上，另一端固连在功能执行部件(1)上。