CN106695745A - 一种新型平面欠驱动机械臂装置 - Google Patents

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王伟
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Abstract

本发明是一种新型平面欠驱动机械臂装置，它包括底盘，基座，步进电机，编码器，电磁制动器，四连杆机构(由推力杆、转动杆、执行杆、支撑杆等组成)和执行手爪等七个装置；所述的底盘位于整个机械臂装置最下端，与基座下端相连接；所述的基座位于底盘的上方，与步进电机和四连杆相连接；所述的推力杆与转动杆和电机轴交接一起；所述的执行杆与转动杆交接在一起，并在交接处下方安装编码器；所述的推力杆与支撑杆交接一起，并在下方安装电磁制动器；所述的支撑杆与执行杆交接一起，并在这个交接处安装机械手爪。本发明新型平面欠驱动机械臂装置，简化了六自由度机械臂的结构，使机械臂在二维平面内运动自由，大大降低了机械臂的制造成本，减轻机械臂本体的承重，充分发挥出机械臂的功能。

Description

一种新型平面欠驱动机械臂装置
技术领域
本发明涉及一种物料运输装置，特点是一种利用四连杆传动的二维平面运输装置。
背景技术
六自由度机器人是一种典型的工业机器人，在搬运、装配、焊接、喷涂等工业领域有广泛的应用。固高科技GRB系列六自由度机器人是固高科技运用成熟的运动控制技术、先进的设计理念以及教学理念相结合的新型智能产物，既能满足工业现场要求，也能作为教学机构、科研机构进行运动规划和编程系统设计的理想对象。该机器人采用六关节串联结构，各个关节以“绝对编码器电机+精密谐波减速器”为传动，在小臂处留有摄像头、气动工具等外部设备的安装接口，并提供备用电气接口，为用户进行功能扩展提供支持。机器人的控制方面，采用集成PC技术、图像技术、逻辑控制及专业运动控制技术的VME运动控制器相结合，保证其性能更加可靠稳定，高速高精度。
现代工业生产中六自由度机械臂工业机器人已经得到广泛应用，极大地提高了生产效率，降低了生产成本。特别在工件运输上，机械臂以其灵活高效的优势，逐渐淘汰了高强度低效率人工运输，最显著的例子就是码垛机器人的广泛应用。从驱动方式上来看，常用的六自由度机械臂主要分为两类：多马达驱动机械臂和单马达驱动机械臂。多马达六自由度机械臂每个关节分别由一个电机进行驱动，关节电机占机械臂关节比重较大，因此此类机械臂显得极为笨重，占用空间较大。单马达驱动机械臂属于欠驱动机械臂，其采用一个电机驱动所有关节，可以大大减轻机械臂本体承重，但其传动机构复杂于多马达机械臂，导致单马达机械臂的定位精度较差。上述两种六自由度机械臂均可在三维空间内进行灵活运作，但在许多工业应用场合中，比如两个工步之间的工件传递等，只需机械臂在二维平面内运动，在这种情况下采用六自由度机械臂成本价格过于昂贵，功能也得不到充分应用，体现不出六自由度机械臂的价值性。
发明内容
本发明设计了一种新型的平面欠驱动机械臂，可以在二维平面内灵活运动和工作。与传统单马达机械臂相比，具有更简单的结构，更高的定位精度，更低的制造成本。
本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
一种新型平面欠驱动机械臂装置，其特征在于：新型平面欠驱动机械臂装置包括底盘，基座，步进电机，电磁制动器，编码器，四连杆机构(由推力杆、转动杆、执行杆、支撑杆等组成)和执行手爪等七个装置；所述的底盘位于整个机械臂装置最下端，与基座下端相连接；所述的基座位于底盘的上方，与步进电机和四连杆相连接；所述的推力杆与转动杆和电机轴交接一起；所述的执行杆与转动杆交接在一起，并在交接处下方安装编码器；所述的推力杆与支撑杆交接一起，并在下方安装电磁制动器；所述的支撑杆与执行杆交接一起，并在这个交接处安装机械手爪。
采用以上的技术方案，利用一个电机驱动所有关节，避免了六自由度机械臂的结构，使机械臂在二维平面内运动自由，可以大大降低机械臂的制造成本，减轻机械臂本体的承重，更适合在两个工步之间的工件传递，充分发挥机械臂的功能。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明平面欠驱动机械臂装置的总体结构示意图；
图2为本发明平面欠驱动机械臂四连杆机构的俯视图；
图3为本发明平面欠驱动机械臂装置的前视图；
图1中：1底座；2步进电机；3基座；4编码器；5失电式电磁制动器；6四连杆机构，7末端手爪；
图2中：支撑杆1、关节2、推力杆3、关节4、转动杆5、关节6、执行杆7、关节8；
具体实施方式
为了使本发明所实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例和图示，进一步阐述本发明。
如图2和图1所示，一种新型平面欠驱动机械臂装置，包括图1中步进电机2、基座3、编码器4,、末端手爪7，图2中支撑杆1、推力杆3、转动杆5、执行杆7；所述的底盘位于整个机械臂装置最下端与基座下端相连接；所述的基座位于底盘的上方与步进电机和四连杆相连接；所述的推力杆与转动杆和电机轴交接一起；所述的执行杆与转动杆交接在一起，并在交接处下方安装一个编码器；所述的推力杆与支撑杆交接一起，并在下方安装一个电磁制动器；支撑杆与执行杆交接一起，在这个交接处安装一个机械手爪。
使用时，图1中步进电机2开始工作时，带动图2中转动杆杆5绕关节4转动，此时由于推力杆3的转动惯量较大，可以忽略其运动认定为固定。关节8的转动带动了关节6、8的转动，四连杆机构的形状发生改变，末端执行端点与基座的距离即臂长也随之改变。图1中的编码器4用于测量图2转动杆5和执行杆7所成夹角，当该夹角达到预期值时，图1中的失电式电磁制动器5开始工作使关节2固定，使整个四连杆机构固定为一个整体，即确定了末端执行点与基座的距离。电机带动转动杆5使得整个四连杆机构再次运动，转动至一定角度到达预期位置时电机停止工作，则此时末端执行点到达平面内预订位置。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明原理和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入本发明要求保护的范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.一种新型平面欠驱动机械臂装置，其特征在于：所述的新型平面欠驱动机械臂装置包括底盘，基座，步进电机，编码器，电磁制动器，四连杆机构(由转动杆、推力杆、支撑杆、执行杆组成)和执行手爪；所述的底盘位于整个机械臂装置最下端与基座下端相连接；所述的基座位于底盘的上方与步进电机和四连杆相连接；所述的推力杆与转动杆和电机轴交接一起；所述的执行杆与转动杆交接在一起，并在交接处下方安装一个编码器；所述的推力杆与支撑杆交接一起，并在下方安装一个电磁制动器；支撑杆与执行杆交接一起，在这个交接处安装一个机械手爪。
2.根据权利要为1所述的新型平面欠驱动机械臂装置，其特征在于：所述的电机轴与推力杆和转动杆连为一体。
3.根据权利要求1所述的新型平面欠驱动机械臂装置，其特征在于：所述的编码器测量连杆转过的角度。
4.根据权利要求1所述的新型平面欠驱动机械臂装置，其特征在于：所述的电磁制动器限制转动杆的运动转角。
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