CN114571432B - 一种移动式灵巧作业机械臂 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机械臂，特别涉及一种移动式灵巧作业机械臂。包括车体及设置于该车体上的机械手臂，其中机械手臂包括依次转动连接的回转底座、Ⅰ#臂、Ⅱ#臂、Ⅲ#臂及末端执行器，其中Ⅱ#臂的前端设有次级Ⅱ#臂，次级Ⅱ#臂的一端与Ⅱ#臂滑动连接，另一端与Ⅲ#臂铰接；末端执行器通过快换工具与作业工具连接。本发明使用的多级臂及次级臂的设计，使机械手作业半径相对更大，收起后状态占用空间更小；末端臂内部安装的液压缸实现机械手较高的输出力，及腕部伺服电机配合RV减速机实现精度较高的控制，为末端挂载多样工具完成精细操作提供基础，使得作业人员操作位在车内，对操作人员起到保护作用。

Description

一种移动式灵巧作业机械臂

技术领域

本发明涉及一种机械臂，特别涉及一种移动式灵巧作业机械臂。

背景技术

常规车载型机械手为电驱动方式，机械臂运动半径受到功率限制很难在有限空间范围内实较大工作半径范围内的高输出力作业。同时因电驱对车载供电设施提出更高要求，限制了机械手在传统车上的应用。

传统的电驱机械手有以下缺点：对车载供电装置的功率消耗提出更高要求；功率体积比相对较低，限制了机械手的综合能力。当要求机械手工作长距离工作半径，负载能力要求较高,手臂自重有严格范围限制时，传统的电驱机械手或液压驱动很难在结构上满足稳定的使用要求。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种移动式灵巧作业机械臂，以实现较高输出能力的同时兼顾机械手的控制精度。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种移动式灵巧作业机械臂，包括车体及设置于该车体上的机械手臂，其中机械手臂包括依次转动连接的回转底座、Ⅰ#臂、Ⅱ#臂、Ⅲ#臂及末端执行器，其中Ⅱ#臂的前端设有次级Ⅱ#臂，所述次级Ⅱ#臂的一端与所述Ⅱ#臂滑动连接，另一端与所述Ⅲ#臂铰接；所述末端执行器通过快换工具与作业工具连接。

所述机械手臂还包括Ⅰ#油缸、Ⅱ#油缸、Ⅲ#油缸及马达，其中马达设置于回转底座上，用于驱动所述回转底座转动；所述Ⅰ#油缸铰接在所述回转底座上，并且输出端与所述Ⅰ#臂铰接；所述Ⅱ#油缸铰接在所述Ⅰ#臂上，并且输出端与所述Ⅱ#臂铰接；所述Ⅲ#油缸铰接在所述Ⅲ#臂上，并且输出端与所述次级Ⅱ#臂铰接。

所述末端执行器包括末端臂及设置于末端臂内的推拉机构、电机及空心减速机，其中空心减速机通过减速机固定连接法兰连接在末端臂的端部，并且输入端与所述电机的输出端连接，所述空心减速机的输出端通过减速机回转连接法兰与所述快换工具连接；所述推拉机构的输出端穿过所述空心减速机与所述快换工具连接。

所述推拉机构包括液压缸、双连杆座、辅助连杆、推拉连杆及过渡连接架，其中过渡连接架与所述空心减速机连接，所述液压缸的尾部与所述末端臂铰接，输出端与双连杆座连接，所述双连杆座上连接有相互平行的辅助连杆和推拉连杆，所述辅助连杆和推拉连杆容置于所述过渡连接架上设有的两个导向孔内，并且所述推拉连杆穿过所述空心减速机的中心孔与所述快换工具连接。

所述快换工具包括活塞、前推拉杆及夹具快换法兰，其中夹具快换法兰与所述减速机回转连接法兰连接，所述活塞滑动连接在所述夹具快换法兰内，并且与所述推拉连杆连接；所述前推拉杆设置于所述夹具快换法兰上，并且一端与所述活塞转动连接，所述前推拉杆的另一端与所述作业工具铰接。

所述作业工具包括挖掘手和挖掘连杆，所述挖掘手的连接端通过销轴与所述前推拉杆的另一端铰接；所述挖掘连杆的一端与所述挖掘手的连接端铰接，另一端与所述夹具快换法兰铰接。

所述挖掘手的背面设有犁头。

所述作业工具包括夹爪，所述夹爪安装在所述夹具快换法兰上，所述夹爪的中心铰轴与所述前推拉杆的另一端铰接。

所述快换工具上设有摄像头和/或风筒。

本发明的优点及有益效果是：

本发明采用了独立液压源提供供给，降低整车输出能源要求；使用的多级臂及次级臂的设计，使机械手作业半径相对更大，收起后状态占用空间更小；末端臂内部安装的液压缸实现机械手较高的输出力，及腕部伺服电机配合RV减速机实现精度较高的控制，为末端挂载多样工具完成精细操作提供基础，使得作业人员操作位在车内，对操作人员起到保护作用。

本发明的末端执行器结构利用液压缸链接输出伸缩推拉作用力，穿过中通式RV减速机，实现了执行件与工具的物理隔离，结构上更加适应野外作业环境。

本发明的机械臂使用液压驱动，与末端执行器电机驱动相结合的方式，为机械手综合能力提升提供基础。

本发明的机械臂采用多级臂+次级臂方式，次级臂不参与协调运动，在不增加控制难度的前提下提高机械臂的伸展半径。

附图说明

图1是本发明车载状态的布局图；

图2是本发明的工作姿态图；

图3是本发明中机械臂的结构示意图；

图4是本发明中末端执行器使用挖掘工具的结构示意图；

图5是图4的俯视图；

图6是本发明中末端执行器使用挖掘工具的轴测图；

图7是本发明中末端执行器的内部结构示意图；

图8是本发明中末端执行器使用夹爪工具的结构示意图。

图中：100、车内控制单元，200、液压站单元，300、机械手臂，301、Ⅰ#臂，302、Ⅱ#臂，303、次级Ⅱ#臂，304、Ⅲ#臂，305、末端执行器，306回转底座，307、Ⅰ#油缸，308、Ⅱ#油缸，309、Ⅲ#油缸，310、马达，311、控制阀组，1、末端臂，2、液压缸，3、活塞，4、减速机固定连接法兰，5、减速机回转连接法兰，6、前推拉杆，7、夹具快换法兰，8、摄像头，9、销轴，10、挖掘手，11、挖掘连杆，12、电机，13、空心减速机，14、风筒，15、轴端盖，16、双连杆座，17、辅助连杆，18、推拉连杆，19、过渡连接架，20、犁头，21、夹爪。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。

如图1-3所示，本发明提供的一种移动式灵巧作业机械臂，包括车体及设置于该车体上的机械手臂300，其中机械手臂300包括依次转动连接的回转底座306、Ⅰ#臂301、Ⅱ#臂302、Ⅲ#臂304及末端执行器305，其中Ⅱ#臂302的前端设有次级Ⅱ#臂303，次级Ⅱ#臂303的一端与Ⅱ#臂302滑动连接，另一端与Ⅲ#臂304铰接；末端执行器305通过快换工具与作业工具连接。

本发明的实施例中，机械手臂300还包括Ⅰ#油缸307、Ⅱ#油缸308、Ⅲ#油缸309及马达310，其中马达310设置于回转底座306上，用于驱动回转底座306转动；Ⅰ#油缸307铰接在回转底座306上，并且输出端与Ⅰ#臂301铰接；Ⅱ#油缸308铰接在Ⅰ#臂301上，并且输出端与Ⅱ#臂302铰接；Ⅲ#油缸309铰接在Ⅲ#臂304上，并且输出端与次级Ⅱ#臂303铰接。

车体的整套系统内设有车内控制单元100和液压站单元200，液压站及控制柜形式由车型情况适情况布置。机械手臂300在运输时折叠放置于车辆上方托架上，工作时操作机械臂展开进行作业。操控系统主要元件布置于车内，实现在车内对机器人进行操作，动力系统放置于车辆右侧后方，通过液压管路为机器人提供动力。

如图4-6所示，本发明的实施例中，末端执行器305包括末端臂1及设置于末端臂1内的推拉机构、电机12及空心减速机13，其中空心减速机13通过减速机固定连接法兰4连接在末端臂1的端部，并且输入端与电机12的输出端连接，空心减速机13的输出端通过减速机回转连接法兰5与快换工具连接；推拉机构的输出端穿过空心减速机13与快换工具连接。

如图7所示，本发明的实施例中，推拉机构包括液压缸2、双连杆座16、辅助连杆17、推拉连杆18及过渡连接架19，其中过渡连接架19与空心减速机13连接，液压缸2的尾部与末端臂1铰接，输出端与双连杆座16连接，双连杆座16上连接有相互平行的辅助连杆17和推拉连杆18，辅助连杆17和推拉连杆18容置于过渡连接架19上设有的两个导向孔内，并且推拉连杆18穿过空心减速机13的中心孔与快换工具连接。

如图4所示，本发明的实施例中，快换工具包括活塞3、前推拉杆6及夹具快换法兰7，其中夹具快换法兰7与减速机回转连接法兰5连接，活塞3滑动连接在夹具快换法兰7内，并且与推拉连杆18连接；前推拉杆6设置于夹具快换法兰7上，并且一端与活塞3转动连接，前推拉杆6的另一端与作业工具铰接。具体地，推拉连杆18与前推拉杆6的轴线共线。

进一步地，快换工具的夹具快换法兰7上设有摄像头8和/或风筒14，摄像头8和风筒14可以根据需要加装或拆除。

如图4所示，本发明的一实施例中，作业工具包括挖掘手10和挖掘连杆11，挖掘手10的连接端通过销轴9与前推拉杆6的另一端铰接；挖掘连杆11的一端与挖掘手10的连接端铰接，另一端与夹具快换法兰7铰接。

进一步地，挖掘手10的背面可拆卸地设有犁头20。可拆卸犁头需要使用时，可旋转末端执行器使犁头20向下，进行作业。

如图8所示，本发明的另一实施例中，作业工具包括夹爪21，夹爪21安装在夹具快换法兰7上，夹爪21的中心铰轴与前推拉杆6的另一端铰接，通过前推拉杆6推动夹爪21张开或闭合。

本发明的工作原理是：

回转底座306在回转马达310的作用下带动整个机械臂实现两个方向的转动，Ⅰ#油缸307驱动Ⅰ#臂301实现俯仰动作，Ⅱ#臂302内部嵌套次级Ⅱ#臂303，其可在Ⅱ#臂302内部伸缩，Ⅱ#臂302在Ⅱ#油缸308的驱动下围绕Ⅰ#臂301末端铰点转动，Ⅱ#臂302的伸缩和转动实现机械臂第一级的幅度调节作用；Ⅲ#臂304为主要工作臂，在工作中末端执行器的伸出幅度与高度的频繁调整主要由Ⅲ#臂304完成，Ⅲ#臂304与Ⅱ#臂302同样为伸缩臂结构，内部嵌套次级Ⅲ#臂，Ⅲ#臂304可在Ⅲ#油缸309的推动下围绕次级Ⅱ#臂303末端铰点转动，Ⅲ#臂304的伸缩和转动实现机械臂第二级的幅度调节作用。

末端执行器305的腕部可实现±180°的旋转，带动前端工具头实现转动，在末端执行器305上集成了挖掘手、摄像头、鼓风机、夹爪等工具，其中挖掘手与夹爪视工况需要可进行快速更换，摄像头、鼓风机等元件为末端执行器上常在元件，可随时使用。在挖掘手上设置了可拆卸犁头，需要使用时，可旋转末端执行器使犁头向下，进行作业。在夹爪的结构上，设置了剪切刃，使夹爪既具备夹紧功能又具备剪切功能。

本发明中的机械手臂本体结构为长臂结构，可与末端执行器连接，由机械臂输送至目标区域，末端执行器配备不同的工具头，根据具体工况完成不同的排爆相关任务。在车内控制平台上实现对其一键的启停控制。操控系统由操控终端等监控设备和电控系统两部分组成，操作终端设置显示屏与操作手柄，显示器可显示摄像头，操作人员通过显示器进行监视遥操作，电控系统通过控制液压系统实现对机械手臂动作的控制、保护及故障警示。在机械臂上设置摄像头能够获得外部环境信息，并将转化的数字信息传输操作终端，供系统使用。

本发明提出一种液电混合式机械手，利用液压驱动执行件高功率体积比的特点结合末端电驱执行部件实现高精度控制要求，最终让机械臂实现较高输出能力的同时兼顾机械手的控制精度。

以上所述仅为本发明的实施方式，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进、扩展等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种移动式灵巧作业机械臂，其特征在于，包括车体及设置于该车体上的机械手臂(300)，其中机械手臂(300)包括依次转动连接的回转底座(306)、Ⅰ#臂(301)、Ⅱ#臂(302)、Ⅲ#臂(304)及末端执行器(305)，其中Ⅱ#臂(302)的前端设有次级Ⅱ#臂(303)，所述次级Ⅱ#臂(303)的一端与所述Ⅱ#臂(302)滑动连接，另一端与所述Ⅲ#臂(304)铰接；所述末端执行器(305)通过快换工具与作业工具连接；

所述末端执行器(305)包括末端臂(1)及设置于末端臂(1)内的推拉机构、电机(12)及空心减速机(13)，其中空心减速机(13)通过减速机固定连接法兰(4)连接在末端臂(1)的端部，并且输入端与所述电机(12)的输出端连接，所述空心减速机(13)的输出端通过减速机回转连接法兰(5)与所述快换工具连接；所述推拉机构的输出端穿过所述空心减速机(13)与所述快换工具连接；

所述推拉机构包括液压缸(2)、双连杆座(16)、辅助连杆(17)、推拉连杆(18)及过渡连接架(19)，其中过渡连接架(19)与所述空心减速机(13)连接，所述液压缸(2)的尾部与所述末端臂(1)铰接，输出端与双连杆座(16)连接，所述双连杆座(16)上连接有相互平行的辅助连杆(17)和推拉连杆(18)，所述辅助连杆(17)和推拉连杆(18)容置于所述过渡连接架(19)上设有的两个导向孔内，并且所述推拉连杆(18)穿过所述空心减速机(13)的中心孔与所述快换工具连接。

2.根据权利要求1所述的移动式灵巧作业机械臂，其特征在于，所述机械手臂(300)还包括Ⅰ#油缸(307)、Ⅱ#油缸(308)、Ⅲ#油缸(309)及马达(310)，其中马达(310)设置于回转底座(306)上，用于驱动所述回转底座(306)转动；所述Ⅰ#油缸(307)铰接在所述回转底座(306)上，并且输出端与所述Ⅰ#臂(301)铰接；所述Ⅱ#油缸(308)铰接在所述Ⅰ#臂(301)上，并且输出端与所述Ⅱ#臂(302)铰接；所述Ⅲ#油缸(309)铰接在所述Ⅲ#臂(304)上，并且输出端与所述次级Ⅱ#臂(303)铰接。

3.根据权利要求1所述的移动式灵巧作业机械臂，其特征在于，所述快换工具包括活塞(3)、前推拉杆(6)及夹具快换法兰(7)，其中夹具快换法兰(7)与所述减速机回转连接法兰(5)连接，所述活塞(3)滑动连接在所述夹具快换法兰(7)内，并且与所述推拉连杆(18)连接；所述前推拉杆(6)设置于所述夹具快换法兰(7)上，并且一端与所述活塞(3)转动连接，所述前推拉杆(6)的另一端与所述作业工具铰接。

4.根据权利要求3所述的移动式灵巧作业机械臂，其特征在于，所述作业工具包括挖掘手(10)和挖掘连杆(11)，所述挖掘手(10)的连接端通过销轴(9)与所述前推拉杆(6)的另一端铰接；所述挖掘连杆(11)的一端与所述挖掘手(10)的连接端铰接，另一端与所述夹具快换法兰(7)铰接。

5.根据权利要求4所述的移动式灵巧作业机械臂，其特征在于，所述挖掘手(10)的背面设有犁头(20)。

6.根据权利要求3所述的移动式灵巧作业机械臂，其特征在于，所述作业工具包括夹爪(21)，所述夹爪(21)安装在所述夹具快换法兰(7)上，所述夹爪(21)的中心铰轴与所述前推拉杆(6)的另一端铰接。

7.根据权利要求1所述的移动式灵巧作业机械臂，其特征在于，所述快换工具上设有摄像头(8)和/或风筒(14)。

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