CN114161406A - 一种基于闭链机构的电动重载机械臂及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本公开提供了一种基于闭链机构的重载机械臂及其控制方法，重载机械臂包括：第一伸缩缸、第二伸缩缸、连接杆以及分别设于连接杆两端的第一平面闭链4R机构和第二平面闭链4R机构；第一平面闭链4R机构包括依次相互铰接的连接支座、第一连杆、第二连杆和连架杆构件；其中，连接支座为一平面闭链4R机构的机架；第二平面闭链4R机构包括依次相互铰接的机架构件、第三连杆、第四连杆和小臂连杆；机架构件、连架杆构件与连接杆一体成型并形成大臂连杆；第一伸缩缸的一端与大臂连杆铰接，另一端铰接于第一连杆和第二连杆的铰接点；第二伸缩缸的一端与大臂连杆铰接，另一端铰接于第三连杆和第四连杆的铰接点。
Description
技术领域
本公开涉及机械臂技术领域，尤其涉及一种基于闭链机构的重载机械臂及其控制方法。
背景技术
目前，机械臂广泛应用于工业生产过程中，尤其在一些人工无法操作或对人工有危害等环境中，例如排爆作业等；然而现有技术中的机械臂均基于开链机构，承载能力有限，限制了机械臂的使用。
发明内容
为了解决上述技术问题中的至少一个，本公开提供了一种基于闭链机构的重载机械臂及其控制方法。
根据本公开的一个方面，一种基于闭链机构的重载机械臂，包括：第一伸缩缸、第二伸缩缸、第一平面闭链4R机构和第二平面闭链4R机构；
所述第一平面闭链4R机构的连架杆之一和所述第二平面闭链4R机构的机架一体成型为大臂连杆；
所述第二平面闭链4R机构的连架杆之一为小臂连杆；
所述第一伸缩缸的一端与所述第一平面闭链4R机构铰接，另一端与所述大臂连杆铰接；所述第一伸缩缸用于驱动所述大臂连杆相对所述第一平面闭链4R机构的机架转动；
所述第二伸缩缸的一端与所述大臂连杆铰接，另一端与所述第二平面闭链4R机构；所述第二伸缩缸用于驱动所述小臂连杆相对所述大臂连杆转动。
通过第一平面闭链4R机构和第二平面闭链4R机构形成闭链机构，并用第一伸缩缸驱动大臂连杆转动，第二伸缩缸驱动小臂连杆相对大臂连杆转动，承载能力更强；并且，本公开的构件以杆件为主，自重更轻。
根据本公开的至少一个实施方式，所述第一平面闭链4R机构设有多组，多组所述第一平面闭链4R机构对称设于所述小臂连杆的两侧。
根据本公开的至少一个实施方式，所述第一平面闭链4R机构包括依次铰接的连接支座、第一连杆、第二连杆和所述大臂连杆；
所述连接支座为所述第一平面闭链4R机构的机架；
所述第一伸缩缸的一端铰接于所述第一连杆和第二连杆的铰接点；另一端铰接于所述大臂连杆。
根据本公开的至少一个实施方式，所述第二平面闭链4R机构包括依次铰接的所述大臂连杆、第三连杆、第四连杆和所述小臂连杆；
所述第二伸缩缸的一端铰接于所述第三连杆和第四连杆的铰接点；另一端铰接于所述大臂连杆。
根据本公开的至少一个实施方式，还包括：驱动所述连接支座旋转的第一驱动装置。
根据本公开的至少一个实施方式，还包括：设于所述小臂连杆远离所述大臂连杆一端的抓手和驱动所述抓手旋转的第三驱动装置。
根据本公开的至少一个实施方式，所述抓手包括：主体、分别设于所述主体两侧并以主体为机架的两个第三平面闭链4R机构、分别与两个所述第三平面闭链4R机构的连杆连接的两个夹爪以及驱动两个夹爪开合的第四驱动装置。
根据本公开的至少一个实施方式，所述第三平面闭链4R机构包括一端均与所述主体铰接的第七连杆和第八连杆、以及分别与第七连杆和第八连杆另一端铰接的第六连杆；
所述夹爪与所述第六连杆连接。
根据本公开的至少一个实施方式，所述第四驱动装置包括设于所述主体中部的蜗杆、驱动蜗杆旋转的旋转驱动件和设于蜗杆两侧并与所述蜗杆啮合的两个涡轮；
两个所述涡轮分别铰接于两个所述第七连杆和所述主体的铰接点，且两个涡轮分别与两个所述第七连杆固联。
根据本公开的至少一个实施方式，还包括第一摄像头和/或用于观测两个所述夹爪之间被抓取物体第二摄像头，
其中，第一摄像头通过第五连杆连接于小臂连杆上，所述第一摄像头相对于小臂连杆转动，用于获取被抓取物体的周边环境；
第二摄像头设置在两个所述第三平面闭链4R机构之间。
附图说明
附图示出了本公开的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本公开的原理，其中包括了这些附图以提供对本公开的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。
图1是根据本公开的实施方式的基于闭链机构的电动重载机械臂的总体装配图。
图2是图1所示的基于闭链机构的电动重载机械臂中抓手的结构示意图。
附图标记：1-第一电机；2-连接法兰；3-垫板；4-连接支座；5-第一连杆；6-第二连杆；7-第一伸缩缸；8-大臂连杆；9-第二伸缩缸；10-第三连杆；11-第四连杆；12-小臂连杆；13-第二电机；14-第五连杆；15-第一摄像头；16-第三电机；17-抓手；17-a-主体；17-b-夹爪；17-c-第六连杆；17-d-第七连杆；17-e-第八连杆；17-f-第四电机；17-g-第五电机；17-h-蜗杆；17-i-蜗轮；18-第二摄像头。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本公开的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本公开相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本公开。
如图1所示，根据本公开的第一实施方式，提供了一种基于闭链机构的重载机械臂，包括：第一伸缩缸7、第二伸缩缸9、第一平面闭链4R机构和第二平面闭链4R机构；第一平面闭链4R机构的连架杆之一和第二平面闭链4R机构的机架一体成型为大臂连杆8；第二平面闭链4R机构的连架杆之一为小臂连杆12；第一伸缩缸7的一端与第一平面闭链4R机构铰接，另一端与大臂连杆8铰接；第一伸缩缸用于驱动大臂连杆8相对第一平面闭链4R机构的机架转动；第二伸缩缸9的一端与大臂连杆8铰接，另一端与第二平面闭链4R机构；第二伸缩缸9用于驱动小臂连杆12相对大臂连杆8转动。
第一伸缩缸7和第二伸缩缸9均可采用伺服电动推杆，便于控制。
根据本公开的一个实施方式，第一平面闭链4R机构包括依次铰接的连接支座4、第一连杆5、第二连杆6和大臂连杆8；
连接支座4为第一平面闭链4R机构的机架；第一伸缩缸7的一端铰接于第一连杆5和第二连杆6的铰接点；另一端铰接于大臂连杆8。
根据本公开的一个实施方式，第二平面闭链4R机构包括依次铰接的大臂连杆8、第三连杆10、第四连杆11和小臂连杆12；第二伸缩缸9的一端铰接于第三连杆10和第四连杆11的铰接点；另一端铰接于大臂连杆8。
如图1所示，第一伸缩缸7伸缩，用于控制大臂连杆8相对连接支座4摆动；第二伸缩缸9伸缩，用于控制小臂连杆12相对大臂连杆8摆动。为加强本公开的重载机械臂的稳定性与承载能力，根据本公开的一个实施方式，第一平面闭链4R机构设有多组，多组第一平面闭链4R机构分别设于小臂连杆12的两侧并相对小臂连杆12对称。如图1所示，在本实施方式中，第一平面闭链4R机构设置四组，小臂连杆12两侧各两组，分别有两个同步运动的第一伸缩缸7进行驱动。
为增大本公开的重载机械臂的活动范围，如图1所示，根据本公开的一个实施方式，还包括：驱动连接支座4旋转的第一驱动装置。可采用伺服转台等方式驱动连接支座4旋转，在本实施方式中，如图1所示，第一驱动装置包括第一电机1、连接法兰2和垫板3；第一电机1固定于连接法兰2，第一电机1的输出轴可通过轴承安装于连接法兰2的通孔并与垫板3固定连接，垫板3位于连接支座4与连接法兰2之间，并与连接支座4固定连接。
如图1所示，根据本公开的一个实施方式，还包括第一摄像头15和/或用于观测两个所述夹爪(17-b)之间被抓取物体第二摄像头18，
其中，第一摄像头15通过第五连杆14连接于小臂连杆上，所述第一摄像头15相对于小臂连杆12转动，用于获取被抓取物体的周边环境；
第二摄像头18设置在主体17-a的两个第三平面闭链4R机构之间
第二驱动装置可为第二电机13，安装于小臂连杆12，第二电机13的输出轴连接第五连杆14，第五连杆14的一端与小臂连杆12铰接并与第二电机13的输出轴连接，第五连杆14的另一端与第一摄像头15连接，第五连杆14长度较长，因此可视范围大，用于观测重载机械臂周遭环境情况，包括被抓取物体的位置信息、周边障碍物信息等，可用于判断被抓取物体是否处于重载机械臂的抓取范围内。第二摄像头18可视范围小，用于观测被抓取物体的情况，例如是否被夹爪17-b夹住，是否偏离夹爪17-b等情况。
如图1和2所示，根据本公开的一个实施方式，还包括：设于小臂连杆12远离大臂连杆8一端的抓手17和驱动抓手17旋转的第三驱动装置。第三驱动装置可包括第三电机16或/和第四电机17-f，第三电机16输出轴的旋转方向与第四电机17-f输出轴的旋转方向不同。在一个实施方式中，第四电机17-f的输出轴与抓手17固联，第四电机17-f与小臂连杆12铰接，并与第三电机16的输出轴固联。
如图2所示，根据本公开的一个实施方式，抓手17包括：主体17-a、分别设于主体17-a两侧并以主体17-a为机架的两个第三平面闭链4R机构、分别与两个第三平面闭链4R机构的连杆连接的两个夹爪17-b以及驱动两个夹爪17-b开合的第四驱动装置；第三平面闭链4R机构可包括一端均与主体17-a铰接的第七连杆17-d和第八连杆17-e、以及分别与第七连杆17-d和第八连杆17-e另一端铰接的第六连杆17-c；夹爪17-b与第六连杆17-c连接。
主体17-a与第四电机17-f的输出轴固联，在第四电机17-f的驱动下，抓手17可绕蜗杆17-h的中轴线转动。
根据本公开的一个实施方式，如图2所示，第四驱动装置包括设于主体17-a中部的蜗杆17-h、驱动蜗杆17-h旋转的旋转驱动件和设于蜗杆17-h两侧并与蜗杆17-h啮合的两个涡轮；两个涡轮分别铰接于两个第七连杆17-d和主体17-a的铰接点，且两个涡轮分别与两个第七连杆17-d固联。
第四驱动装置为第五电机17-g，第五电机17-g驱动蜗杆17-h旋转，通过两个涡轮带动两个第七连杆17-d摆动，从而驱动两个夹爪17-b张开或闭合。
工作过程：
首先通过第二电机13驱动第五连杆14调整第一摄像头15的位置，通过其传送的图像确认周围环境信息，判断被抓取物体是否处于重载机械臂抓取范围内，若在抓取范围内，则启动第一电机1、第一伸缩缸7、第二伸缩缸9、第三电机16或/和第四电机17-f调整重载机械臂姿态，在夹爪17-b靠近被抓取物体后，启动第五电机17-g控制夹爪17-b闭合抓取物体，在抓取过程中可通过第二摄像头18观察被抓取物体情况以对重载机械臂的姿态进行调整，最终完成作业。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施例/方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例/方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例/方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例/方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例/方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的特征进行结合和组合。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本公开，而并非是对本公开的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本公开的范围内。
Claims (10)
1.一种基于闭链机构的重载机械臂，其特征在于，包括：第一伸缩缸(7)、第二伸缩缸(9)、第一平面闭链4R机构和第二平面闭链4R机构；
所述第一平面闭链4R机构的连架杆之一和所述第二平面闭链4R机构的机架一体成型为大臂连杆(8)；
所述第二平面闭链4R机构的连架杆之一为小臂连杆(12)；
所述第一伸缩缸(7)的一端与所述第一平面闭链4R机构铰接，另一端与所述大臂连杆(8)铰接；所述第一伸缩缸用于驱动所述大臂连杆(8)相对所述第一平面闭链4R机构的机架转动；
所述第二伸缩缸(9)的一端与所述大臂连杆(8)铰接，另一端与所述第二平面闭链4R机构；所述第二伸缩缸(9)用于驱动所述小臂连杆(12)相对所述大臂连杆(8)转动。
2.如权利要求1所述的基于闭链机构的重载机械臂，其特征在于，所述第一平面闭链4R机构设有多组，多组所述第一平面闭链4R机构对称设于所述小臂连杆(12)的两侧。
3.如权利要求1所述的基于闭链机构的重载机械臂，其特征在于，所述第一平面闭链4R机构包括依次铰接的连接支座(4)、第一连杆(5)、第二连杆(6)和所述大臂连杆(8)；
所述连接支座(4)为所述第一平面闭链4R机构的机架；
所述第一伸缩缸(7)的一端铰接于所述第一连杆(5)和第二连杆(6)的铰接点；另一端铰接于所述大臂连杆(8)。
4.如权利要求1所述的基于闭链机构的重载机械臂，其特征在于，所述第二平面闭链4R机构包括依次铰接的所述大臂连杆(8)、第三连杆(10)、第四连杆(11)和所述小臂连杆(12)；
所述第二伸缩缸(9)的一端铰接于所述第三连杆(10)和第四连杆(11)的铰接点；另一端铰接于所述大臂连杆(8)。
5.如权利要求1所述的基于闭链机构的重载机械臂，其特征在于，还包括：驱动所述连接支座(4)旋转的第一驱动装置。
6.如权利要求1至5任一项所述的基于闭链机构的重载机械臂，其特征在于，还包括：设于所述小臂连杆(12)远离所述大臂连杆(8)一端的抓手(17)和驱动所述抓手(17)旋转的第三驱动装置。
7.如权利要求6所述的基于闭链机构的重载机械臂，其特征在于，所述抓手(17)包括：主体(17-a)、分别设于所述主体(17-a)两侧并以主体(17-a)为机架的两个第三平面闭链4R机构、分别与两个所述第三平面闭链4R机构的连杆连接的两个夹爪(17-b)以及驱动两个夹爪(17-b)开合的第四驱动装置。
8.如权利要求7所述的基于闭链机构的重载机械臂，其特征在于，所述第三平面闭链4R机构包括一端均与所述主体(17-a)铰接的第七连杆(17-d)和第八连杆(17-e)、以及分别与第七连杆(17-d)和第八连杆(17-e)另一端铰接的第六连杆(17-c)；
所述夹爪(17-b)与所述第六连杆(17-c)连接。
9.如权利要求8所述的基于闭链机构的重载机械臂，其特征在于，所述第四驱动装置包括设于所述主体(17-a)中部的蜗杆(17-h)、驱动蜗杆(17-h)旋转的旋转驱动件和设于蜗杆(17-h)两侧并与所述蜗杆(17-h)啮合的两个涡轮；
两个所述涡轮分别铰接于两个所述第七连杆(17-d)和所述主体(17-a)的铰接点，且两个涡轮分别与两个所述第七连杆(17-d)固联。
10.如权利要求7所述的基于闭链机构的重载机械臂，其特征在于，还包括第一摄像头(15)和/或用于观测两个所述夹爪(17-b)之间被抓取物体第二摄像头(18)，
其中，第一摄像头(15)通过第五连杆(14)连接于小臂连杆(12)上，所述第一摄像头(15)相对于小臂连杆(12)转动，用于获取被抓取物体的周边环境；
第二摄像头(18)设置在两个所述第三平面闭链4R机构之间。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |