CN108453706A - 一种外肢体辅助作业机械臂 - Google Patents

Abstract

本发明属于机器人装置技术领域，更具体地，涉及一种外肢体辅助作业机械臂。该外肢体辅助作业机械臂采用类似人体外肢体的结构进行设计，包括至少一个单机械臂。所述单机械臂包括依次连接的支架、第一机械臂、第二机械臂、第三机械臂、第四机械臂和末端执行器；所述支架固定于移动搬运装置上，第一机械臂与支架垂直转动连接，第二机械臂与第一机械臂水平转动连接，所述第三机械臂与第二机械臂水平转动连接，所述第四机械臂与第三机械臂垂直转动连接，所述第四机械臂与末端执行器固定连接。末端执行器采用曲柄滑块装置，能够用于夹紧形状不规则的货物。

Description

一种外肢体辅助作业机械臂

技术领域

本发明属于机器人装置技术领域，更具体地，涉及一种外肢体辅助作业机械臂。

背景技术

随着工厂自动化程度的不断提高，机械臂的应用也越来越广泛。目前机械臂的末端执行器一般是抓取式结构，这种结构能够对轻型货物进行辅助作业，但由于该结构自身的限制，难以实现对重型货物的辅助作业。已有的针对重型货物的机械臂大多属于专用型机械，即只能针对某一种特定的货物进行作业，应用面较为狭窄。此外，针对于不规则形状的货物，为实现对货物的夹紧，需要设计一种新的辅助作业机械臂，能够用于不规则形状的货物。

发明内容

针对现有技术存在的不足之处，本发明提出一种外肢体辅助作业机械臂，该机械臂末端设有夹紧装置，夹紧装置用于夹持货物，本发明解决了现有机械臂难以对重型货物进行辅助作业、适用面窄等问题。

实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种外肢体辅助作业机械臂，至少包括一个单机械臂，所述单机械臂包括依次连接的支架、第一机械臂、第二机械臂、第三机械臂、第四机械臂和末端执行器；所述支架固定于移动搬运装置上，第一机械臂与支架垂直转动连接，第二机械臂与第一机械臂水平转动连接，所述第三机械臂与第二机械臂水平转动连接，所述第四机械臂与第三机械臂垂直转动连接，所述第四机械臂与末端执行器固定连接。

本技术方案进一步的优化，所述末端执行器包括驱动电机、第一连杆装置、第二连杆装置、末端托举部分、第一夹紧块和第二夹紧块，所述驱动电机固定设置在第四机械臂上，驱动电机的输出轴分别与第一连杆装置、第二连杆装置通过键连接，所述第一连杆装置与第二夹紧块通过铰链相连接，第二连杆装置与第一夹紧块通过铰链相连接，所述末端托举部分固定连接在第四机械臂上，第一夹紧块和第二夹紧块位于末端托举部分内部，且与末端托举部分滑动连接。

本技术方案更进一步的优化，所述末端托举部分包括第一固定板、第二固定板、第一连接板和第二连接板，其中第一固定板和第二固定板的内侧均布置有轨道，轨道用于连接第一夹紧块和第二夹紧块，第一固定板和第二固定板通过螺栓分别与第一连接板和第二连接板固定连接。

本技术方案进一步的优化，还包括第一转动关节，所述第一机械臂一端通过第一转动关节与支架相连接。

本技术方案更进一步的优化，所述第一转动关节为转动轴承。

本技术方案进一步的优化，还包括第二转动关节，所述第四机械臂通过第二转动关节与第三机械臂相连接。

本技术方案更进一步的优化，所述第二转动关节为转动轴承。

本技术方案进一步的优化，所述外肢体辅助作业机械臂包括两个单机械臂。

区别于现有技术，上述技术方案具有如下优点：

1.本发明中采用类似人体外肢体结构对辅助作业机械臂进行设计，该辅助作业机械臂共有4个自由度，与人体外肢体的自由度相似，能够灵活地对货物进行作业。

2.本发明中的辅助作业机械臂根据货物的重量及形状尺寸既可单臂作业，也可双臂协同作业。在双臂协同作业时，通过协调第一转动关节和第二转动关节之间的关系能够保证双机械臂在对货物进行作业时，货物的轴线能够始终处于水平位置。

3.本发明中的夹紧装置采用两个曲柄滑块装置，所述夹紧块为可更换模块，能够实现对不规则形状货物的夹紧，且机械臂的两个夹紧装置能够保证所夹紧的不规则货物始终同轴心。

附图说明

图1是单机械臂结构的示意图；

图2是单机械臂的爆炸图；

图3是末端执行器结构的轴测图；

图4是末端托举部分的爆炸图；

图5是末端执行器结构的俯视图；

图6是夹紧装置中曲柄滑块装置处于上极限位置的示意图；

图7是夹紧装置中曲柄滑块装置处于下极限位置的示意图；

图8是单机械臂结构对货物进行作业的示意图；

图9是双机械臂结构的示意图；

图10是双机械臂对普通货物进行作业的示意图；

图11是双机械臂对较长货物进行作业的示意图。

附图标记说明：

支架1、第一转动关节2、第一机械臂3、第二机械臂4、第三机械臂5、第二转动关节6、第四机械臂7、末端执行器8、驱动电机81、两个第一连杆装置82、第二连杆装置83、第一夹紧块85、第二夹紧块86、末端托举部分84、第一固定板841、第二固定板842、第一连接板843、第二连接板844、轨道845、第一连杆821、第二连杆822、第三连杆831、第四连杆832、第一货物9、第二货物10、第一单机械臂11、第二单机械臂12和第三货物13。

具体实施方式

为详细说明技术方案的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合具体实施例并配合附图详细说明。

实施例一

请参阅图1所示，本发明优选一实施例一种外肢体辅助作业机械臂，该实施例一包括一个单机械臂，该单机械臂包括支架1、第一转动关节2、第一机械臂3、第二机械臂4、第三机械臂5、第二转动关节6、第四机械臂7和末端执行器8。其中，支架1固定于移动装置上，第一机械臂3一端通过第一转动关节2与支架1相连接，第一机械臂3相对于支架1转动，第一机械臂3另一端连接有第二机械臂4。第三机械臂5与第二机械臂4连接，第四机械臂7通过第二转动关节6与第三机械臂5相连接，第四机械臂7可相对第三机械臂5转动，第四机械臂7另一端连接有末端执行器8。

参阅图2所示，为单机械臂的爆炸图，支架1与第一机械臂3通过第一转动关节2相连接，第一转动关节2提供了沿竖直方向的旋转自由度，使得第三机械臂3可相对于支架水平转动。第一机械臂3与第二机械臂4转动连接，提供了沿水平方向的旋转自由度。第二机械臂4与第三机械臂5同样转动连接，也提供了沿水平方向的旋转自由度。第三机械臂5与第四机械臂7通过第二转动关节6相连接，第二转动关节6提供了沿竖直方向的旋转自由度，因此该单机械臂属于四自由度机械臂，类似于人体外肢体的结构，能够灵活地对货物进行作业。末端执行器8包括末端托举部分84和夹紧装置，第四机械臂7与末端执行器8的末端托举部分84通过螺栓进行固定连接。

需要说明的是，该实施例一的第一机械臂3一端通过第一转动关节2与支架1相连接，第四机械臂7通过第二转动关节6与第三机械臂5相连接，本领域技术人员可知，第一机械臂3和支架1可直接铰接，第一机械臂3也可实现相对于支架1沿着垂直方向旋转，同理，第四机械臂7与第三机械臂5铰接连接，实现相同的功能。

参阅图3所示，为末端执行器结构的轴测图，末端执行器8包括末端托举部分84和夹紧装置，夹紧装置包括驱动电机81、两个第一连杆装置82、第二连杆装置83、第一夹紧块85和第二夹紧块86，驱动电机81固定设置在第四机械臂7上，驱动电机81的输出轴分别与第一连杆装置82、第二连杆装置83通过键连接，第一连杆装置82与第二夹紧块86通过铰链相连接，两个第一连杆装置82位于第二夹紧块86两侧，构成曲柄滑块装置一；第二连杆装置83与第一夹紧块85通过铰链相连接，构成曲柄滑块装置二。由于两个曲柄滑块装置由同一驱动电机81驱动，因此在夹紧装置工作时，第一夹紧块85和第二夹紧块86同时向前或向后运动，在货物形状不规则时仍然能够保证货物在中心处夹紧。末端托举部分84固定连接在第四机械臂7上，第一夹紧块85和第二夹紧块86位于末端托举部分84内部，且与末端托举部分84滑动连接。

该实施例的夹紧装置采用两个曲柄滑块装置，其中第一夹紧块85和第二夹紧块86为可更换模块，针对不同形状的货物，设计不同的夹紧块，实现夹紧块与货物的相配合。

参阅图4所示，为末端托举部分的爆炸图，末端托举部分84包括第一固定板841、第二固定板842、第一连接板843和第二连接板844，其中，第一固定板841和第二固定板842的内侧均布置有轨道845，轨道845用于连接第一夹紧块85和第二夹紧块86，第一固定板841和第二固定板842通过螺栓分别与第一连接板843和第二连接板844固定连接。第一夹紧块85和第二夹紧块86能够沿着轨道845进行前后移动，从而实现对不同形状货物的夹紧。

参阅图5所示，为末端执行器结构的俯视图，将第一连杆装置82关于末端托举部分84对称布置能够保证第二夹紧块86在轨道845上平稳地前后移动。

如图6所示，为夹紧装置中曲柄滑块装置处于上极限位置的示意图，夹紧装置中的第一夹紧块85和第二夹紧块86此时处于上极限的位置，即此时夹紧的重物为该实施例中所能夹紧的最小货物。第一连杆装置82包括相连接的第一连杆821和第二连杆822，第二连杆装置83包括相连接的第三连杆831和第四连杆832。在该实施例中，将第一夹紧块85和第二夹紧块86的行程设置为60mm，根据驱动电机81输出轴与两夹紧块之间的距离，计算得到各连杆参数如下：第一连杆821长度为66mm，第二连杆822长度为509mm，第三连杆831长度为52mm，第四连杆832长度为207mm，在实际应用时可根据具体货物的尺寸范围对各连杆的长度进行调整。

如图7所示，为夹紧装置中曲柄滑块装置处于下极限位置的示意图。此时第一夹紧块85和第二夹紧块86处于下极限的位置，即货物处于非夹紧状态。实际应用中可根据货物的大小范围对第一夹紧块85和第二夹紧块86的上下极限进行设置。

如图8所示，为单机械臂结构对货物进行作业的示意图，此时第一货物9处于夹紧状态，实际应用时可在第一夹紧块85和第二夹紧块86内侧布置应变片，当夹紧力达到设定值时，即第一货物9处于夹紧状态时，控制驱动电机81停转，然后机械臂对货物进行作业。

实施例二

如图9所示，为双机械臂结构的示意图，该双机械臂是由两个结构相同的第一单机械臂11和第二单机械臂12组合而成，工作时两单机械臂协同作业。双机械臂能够实现对不规则形状货物的夹紧，且能够保证所夹紧的不规则货物始终同轴心。

如图10所示，为双机械臂对普通货物进行作业的示意图，该实施例中第一单机械臂11和第二单机械臂12组合形成双机械臂，该双机械臂结构能够用于对重型、长形等不适宜使用单机械臂的货物进行作业，第二货物10的前后截面积不同，通过调整第一单机械臂11和第二单机械臂12中的第一夹紧块85和第二夹紧块86的位置，能够保证在夹紧货物的同时，第二货物10的轴线仍然处于水平位置，不会因货物的夹紧而改变。

如图11所示，为双机械臂对较长货物进行作业的示意图，该实施例中第一单机械臂11和第二单机械臂12的支架1均固定于移动装置上。当第三货物13较长时(第三货物13长度大于支架间距的1.5倍)，为保证安全平稳地对货物进行作业，需要使第一单机械臂11和第二单机械臂12的第一转动关节2同时向外旋转角度θ，以增加两个单机械臂末端执行器8之间的距离，为保证此时所作业的第三货物13的轴线仍然处于水平位置，因此对应的将第一单机械臂11和第二单机械臂12的第二旋转关节6同时向内旋转角度θ，此时第三货物13的轴线处于水平位置。当货物长度小于第一单机械臂11和第二单机械臂12的支架间的距离时，且单机械臂无法完成作业时，如或物的质量较大等原因，此时应向内旋转第一转动关节2，同时向外旋转第二转动关节6，其原理与上述相同，此处不再赘述。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”或“包含……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的要素。此外，在本文中，“大于”、“小于”、“超过”等理解为不包括本数；“以上”、“以下”、“以内”等理解为包括本数。

尽管已经对上述各实施例进行了描述，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改，所以以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围之内。

Claims (8)

1.一种外肢体辅助作业机械臂，其特征在于：至少包括一个单机械臂，所述单机械臂包括依次连接的支架(1)、第一机械臂(3)、第二机械臂(4)、第三机械臂(5)、第四机械臂(7)和末端执行器(8)；所述支架(1)固定于移动搬运装置上，第一机械臂(3)与支架(1)垂直转动连接，第二机械臂(4)与第一机械臂(3)水平转动连接，所述第三机械臂(5)与第二机械臂(4)水平转动连接，所述第四机械臂(7)与第三机械臂(5)垂直转动连接，所述第四机械臂(7)与末端执行器(8)固定连接。

2.如权利要求1所述的外肢体辅助作业机械臂，其特征在于：所述末端执行器(8)包括驱动电机(81)、第一连杆装置(82)、第二连杆装置(83)、末端托举部分(84)、第一夹紧块(85)和第二夹紧块(86)，所述驱动电机(81)固定设置在第四机械臂(7)上，驱动电机(81)的输出轴分别与第一连杆装置(82)、第二连杆装置(83)通过键连接，所述第一连杆装置(82)与第二夹紧块(86)通过铰链相连接，第二连杆装置(83)与第一夹紧块(85)通过铰链相连接，所述末端托举部分(84)固定连接在第四机械臂(7)上，第一夹紧块(85)和第二夹紧块(86)位于末端托举部分(84)内部，且与末端托举部分(84)滑动连接。

3.如权利要求2所述的外肢体辅助作业机械臂，其特征在于：所述末端托举部分(84)包括第一固定板(841)、第二固定板(842)、第一连接板(843)和第二连接板(844)，其中第一固定板(841)和第二固定板(842)的内侧均布置有轨道(845)，轨道(845)用于连接第一夹紧块(85)和第二夹紧块(86)，第一固定板(841)和第二固定板(842)通过螺栓分别与第一连接板(843)和第二连接板(844)固定连接。

4.如权利要求1所述的外肢体辅助作业机械臂，其特征在于：还包括第一转动关节(2)，所述第一机械臂(3)一端通过第一转动关节(2)与支架(1)相连接。

5.如权利要求4所述的外肢体辅助作业机械臂，其特征在于：所述第一转动关节(2)为转动轴承。

6.如权利要求1所述的外肢体辅助作业机械臂，其特征在于：还包括第二转动关节(6)，所述第四机械臂(7)通过第二转动关节(6)与第三机械臂(5)相连接。

7.如权利要求6所述的外肢体辅助作业机械臂，其特征在于：所述第二转动关节(6)为转动轴承。

8.如权利要求1所述的外肢体辅助作业机械臂，其特征在于：所述外肢体辅助作业机械臂包括两个单机械臂。