CN116425057A - 一种多自由度机械臂 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多自由度机械臂，多自由度机械臂包括基座以及安装在基座上的举升机构，举升机构上安装有纵移机构，纵移机构具有沿纵向伸缩的伸缩端，所述伸缩端上设置用于支撑负载的支撑机构，支撑机构包括与伸缩端连接的支撑座以及安装在支撑座上的支撑板，支撑座上设置有用于驱动支撑板横移的横移驱动机构。本发明有效解决了现有技术中因吊车的伸缩臂和叉车的货叉无横移的自由度而导致无法满足复杂空间位置负载挂载需求的问题。

Description

一种多自由度机械臂

技术领域

本发明涉及一种多自由度机械臂，属于机械臂技术领域。

背景技术

某型挂载设备工作在恶劣环境中，不仅需要完成对负载的铲取，而且也需要完成对铲取的负载在固定位置的挂载，且在挂载的过程中，还需要对负载进行姿态的调整，以精确调整负载上的接口位置，便于完成挂载。由于需要兼容不同的挂载类型，且挂点高度差大，极限低点离地高度低，可用空间受限，因此对挂载设备要求较高。

目前，工业领域通常采用吊车或叉车进行负载的挂载，其中，吊车的伸缩臂只有升降和沿伸缩臂的长度方向纵向伸缩的两个自由度，叉车的货叉只有升降和前后翻转两个自由度，因此吊车的伸缩臂和叉车的货叉自由度均有限，且均没有横移的自由度，这样对负载姿态的调整有限，无法完成对负载姿态的多自由度的调整，无法满足复杂空间位置负载的挂载需求。对于叉车而言，叉车的货叉若要实现横移，只能通过横移车身来实现，而对于吊车而言，虽然伸缩臂能够通过吊车车身上与其相连的转盘实现转动，但是若要实现横移，也只能通过横移车身来实现。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多自由度机械臂，以解决现有技术中因吊车的伸缩臂和叉车的货叉无横移的自由度而导致无法满足复杂空间位置负载挂载需求的问题。

为实现上述目的，本发明中的多自由度机械臂采用如下技术方案：

一种多自由度机械臂，包括基座以及安装在基座上的举升机构，举升机构上安装有纵移机构，纵移机构具有沿纵向伸缩的伸缩端，所述伸缩端上设置用于支撑负载的支撑机构，支撑机构包括与伸缩端连接的支撑座以及安装在支撑座上的支撑板，支撑座上设置有用于驱动支撑板横移的横移驱动机构。

上述技术方案的有益效果在于：本发明提供了一种对现有技术进行改进的多自由度机械臂，本发明的多自由度机械臂中，由于设置在伸缩端上的支撑机构包括与伸缩端连接的支撑座以及安装在支撑座上的支撑板，因此对于支撑板而言，通过举升机构的动作以及纵移机构的动作可以使支撑板具有升降和纵移两个自由度，同时又由于支撑座上设置有用于驱动支撑板横移的横移驱动机构，因此通过横移驱动机构的驱动，支撑板还可以具有横移的自由度；与现有技术相比，本发明中的支撑板通过举升机构、纵移机构以及横移驱动机构动作的叠加，具有升降、纵移以及横移自由度，即支撑板的自由度多于吊车伸缩臂和叉车货叉的自由度，有利于实现支撑板上负载姿态的多自由度调节，进而也有利于满足复杂空间位置负载的挂载需求，解决了现有技术中因吊车的伸缩臂和叉车的货叉无横移的自由度而导致无法满足复杂空间位置负载挂载需求的问题。

进一步地，所述横移驱动机构包括设置在支撑座上的横向导轨、导向滑动装配在横向导轨上的滑块以及用于驱动滑块横移的驱动装置，支撑板连接在滑块上。

上述技术方案的有益效果在于：优化了横移驱动机构的结构设置，通过横向导轨对滑块的导向，能够保证连接在滑块上的支撑板横移的稳定性，进而有利于保证支撑板上负载姿态调整的精确性。

进一步地，所述横移驱动机构设置有两组，各所述滑块均包括滑块主体以及设置在滑块主体上的立柱，支撑板上设置有两个分别供各立柱穿过的穿孔，以实现支撑板在滑块上的连接。

上述技术方案的有益效果在于：通过两组横移驱动机构能够给支撑板提供更大的横移动力，有利于方便重量大的负载的姿态调整，进而有利于增强多自由度机械臂的实用性；通过穿孔与立柱的配合方便了支撑板与滑块的连接。

进一步地，两个所述穿孔中的一个为圆孔，另一个为长圆孔，以用于在与长圆孔对应的驱动装置动作且与圆孔对应的驱动装置不动作时，驱动支撑板以圆孔的轴线为回转中心进行回转。

上述技术方案的有益效果在于：这样在两组支撑板驱动机构的配合使用下，能够使支撑板具有回转的自由度，进而有利于进一步方便支撑板上负载姿态的调整，方便了负载在复杂空间位置的挂载。

进一步地，多自由度机械臂还包括两个触发开关和一个与触发开关配合使用的触发件，横移驱动机构具有与滑块传动连接的输出轴，两个触发开关沿横向间隔设置在同一横移驱动机构的输出轴或滑块上，触发件设置在另一横移驱动机构的输出轴或滑块上且位于两个触发开关之间，以在触发开关被触发件触发时停止与所述长圆孔对应的横移驱动机构的动作。

上述技术方案的有益效果在于：通过触发开关和触发件的配合对横移驱动机构动作的控制，能够限制两个滑块相对滑动的范围，进而能够实现对支撑板回转角度的限制，有利于避免支撑板回转角度过大而造成的功能浪费以及负载姿态的不便调整。

进一步地，支撑座上设置有供所述伸缩端穿过的穿孔，以使支撑座能够绕伸缩端左右摆动，纵移机构与支撑座之间或举升机构与支撑座之间设置有用于驱动支撑座绕伸缩端左右摆动的摆动驱动装置。

上述技术方案的有益效果在于：通过摆动驱动装置对支撑座的驱动，能够使支撑板具有绕伸缩端左右摆动的自由度，进一步增加了支撑板调整的自由度，有利于进一步方便对负载姿态的调整。

进一步地，所述纵移机构包括固定在所述伸缩端上的固定盘，固定盘上设置有第一耳板，支撑座上设置有第二耳板，第一耳板和第二耳板上均设置有销轴孔，两个销轴孔用于在不使用多自由度机械臂时穿装同一销轴，以限制支撑座的左右摆动。

上述技术方案的有益效果在于：通过销轴孔与销轴的插配对支撑座左右摆动的限制，能够使支撑座保持稳定，进而能够避免支撑座动作对摆动驱动装置的影响，有利于保证摆动驱动装置的正常使用。

进一步地，所述举升机构包括与基座铰接的上臂和下臂、连接在基座和上臂之间或基座和下臂之间的升降油缸、连接在上臂和下臂远离基座的端部之间的安装架，所述纵移机构安装在安装架上。

上述技术方案的有益效果在于：通过基座、上臂、下臂以及安装架构成的四边形机构，能够使举升机构的动作更加地稳定，进而有利于方便实现对负载姿态的稳定调整，有利于保证负载姿态调整的精确性。

进一步地，所述安装架上设置有长度沿纵向延伸的方孔，所述纵移机构包括纵移油缸、穿过方孔且与方孔导向配合的纵移组件，纵移油缸的一端与举升机构连接，另一端与纵移组件连接，所述伸缩端设置在纵移组件上。

上述技术方案的有益效果在于：通过纵移组件与与方孔的导向配合，能够使纵移组件的伸缩动作更加地稳定，进而有利于保证对负载纵向上的姿态的稳定调整；通过纵移油缸方便了对纵移组件伸缩的驱动。

进一步地，所述纵移组件内设置有内腔，纵移油缸安装在内腔中。

上述技术方案的有益效果在于：使得纵移机构的结构布置更加紧凑，方便了纵移机构在举升机构上的安装和布置。

附图说明

图1是本发明实施例1中多自由度机械臂的立体图；

图2是本发明实施例1中举升机构的立体图；

图3是本发明实施例1中纵移组件的立体图；

图4是本发明实施例1中支撑机构的立体图；

图5是本发明实施例1中横移驱动机构的装配图；

图6是本发明实施例1中接近开关和遮磁板的安装示意图。

图中：10、基座；20、上臂；30、下臂；31、避让孔；40、升降油缸；50、安装架；51、安装端面；52、方孔；60、伸缩块；61、挡止块；62、铰接轴；70、固定盘；71、第一耳板；80、摆动油缸；90、支撑座；91、铰接段；92、支撑段；93、穿孔；94、第二耳板；95、凹槽；100、支撑板；110、第一滑块主体；120、第一立柱；130、第一横向导轨；140、第一横移油缸；141、第一输出轴；150、接近开关；160、遮磁板；170、销轴孔；180、纵移油缸；190、第二滑块主体；200、第二立柱；210、第二横向导轨；220、第二横移油缸；221、第二输出轴。

具体实施方式

本发明中多自由度机械臂的实施例1：

本发明提供了一种对现有技术进行改进的多自由度机械臂，本发明通过在伸缩端上设置包括与伸缩端连接的支撑座以及安装在支撑座上的支撑板的支撑机构，并通过在支撑座上设置用于驱动支撑板横移的横移驱动机构，这样支撑板通过举升机构、纵移机构以及横移驱动机构动作的叠加，具有升降、纵移以及横移自由度，即支撑板的自由度多于吊车伸缩臂和叉车货叉的自由度，有利于实现支撑板上负载姿态的多自由度调节，进而也有利于满足复杂空间位置负载的挂载需求。

具体地，如图1所示，多自由度机械臂包括基座10以及安装在基座10上的举升机构，其中，举升机构包括与基座10铰接的上臂20和下臂30、铰接在基座10和上臂20之间的升降油缸40、固定连接在上臂20和下臂30远离基座10的端部之间的安装架50，下臂30上设置有用于避让升降油缸40的避让孔31，上臂20、下臂30、基座10和安装架50共同构成了平行四边形机构，且通过升降油缸40的驱动能够使平行四边形机构上下摆动。

如图2所示，安装架50具有垂直于纵向布置的安装端面51，且安装端面51在上述平行四边形机构的作用下始终竖向布置。安装架50上设置有开口位于端面上且长度沿纵向延伸的方孔52，举升机构上安装有纵移机构，如图1、图2和图3所示，纵移机构包括纵移油缸180、穿过方孔52且与方孔52导向配合的纵移组件，其中，纵移组件包括与方孔52适配的矩形的伸缩块60以及固定在伸缩块60纵向端面中部的铰接轴62，且伸缩块60内设置有内腔，纵移油缸180安装在该内腔中，纵移油缸180的一端与安装架50铰接，另一端与伸缩块60铰接，这样在纵移油缸180的驱动下可驱使伸缩块60在方孔52内沿纵向伸缩移动，且铰接轴62构成了纵移机构沿纵向伸缩的伸缩端。另外，伸缩块60的顶面上设置有挡止块61，挡止块61与方孔52内壁上的滑槽导向滑动配合，且挡止块61与该滑槽挡止配合，以用于限制伸缩块60的伸缩行程，避免伸缩块60脱出方孔52。

如图1所示，铰接轴62上安装有用于支撑负载的支撑机构，具体地，支撑机构包括支撑座90以及安装在支撑座90上的支撑板100。其中，如图4所示，支撑座90呈L形，支撑座90包括铰接段91和支撑段92，支撑板100安装在支撑段92上，设置有供伸缩端穿过的穿孔93，以此可使支撑座90能够绕伸缩端左右摆动。伸缩块60和支撑座90之间设置有用于驱动支撑座90绕伸缩端左右摆动的摆动驱动装置，在本实施例中，摆动驱动装置为摆动油缸80，摆动油缸80的固定端连接在伸缩块60上，摆动油缸80的伸缩杆的端部与支撑座90的铰接段91铰接相连。另外，如图3和图4所示，纵移机构还包括固定安装在铰接轴62上的固定盘70，固定板的外周面上设置有第一耳板71，支撑座90的铰接段91上设置有与第一耳板71对应的第二耳板94，且第一耳板71和第二耳板94上均设有供销轴穿过的销轴孔170，以此在多自由度机械臂不使用时，可以利用同一销轴穿装在第一耳板71和第二耳板94上的销轴孔170内实现支撑座90的固定，避免支撑座90晃动对摆动油缸80的影响。

如图5所示，支撑座90上设置有用于驱动支撑板100横移的横移驱动机构，横移驱动机构在纵向上间隔设置有两组且分别是第一横移驱动机构和第二横移驱动机构，支撑段92的顶面上设置有凹槽95，第一横移驱动机构和第二横移驱动机构均设置在凹槽95内。其中，第一横移驱动机构包括设置在凹槽95底壁上的第一横向导轨130、导向滑动装配在第一横向导轨130上的第一滑块以及用于驱动第一滑块横移的第一驱动装置，且第一滑块包括第一滑块主体110以及设置在第一滑块主体110上的第一立柱120，第一驱动装置为第一横移油缸140，第一横移油缸140的固定端连接在凹槽95的底壁上，第一横移油缸140具有与第一滑块主体110铰接的第一输出轴141。第二横移驱动机构包括设置在凹槽95底壁上的第二横向导轨210、导向滑动装配在第二横向导轨210上的第二滑块以及用于驱动第二滑块横移的第二驱动装置，且第二滑块包括第二滑块主体190以及设置在第二滑块主体190上的第二立柱200，第二驱动装置为第二横移油缸220，第二横移油缸220的固定端连接在凹槽95的底壁上，第二横移油缸220具有与第二滑块主体190铰接的第二输出轴221，且第一横移油缸140和第二横移油缸220朝同向输出动作。

如图5所示，支撑板100上设置有两个分别供第一立柱120和第二立柱200穿过的穿孔，两个穿孔中的一个为圆孔，另一个为长圆孔，圆孔供第二立柱200穿过，长圆孔供第一立柱120穿过，以此支撑板100通过第一立柱120和第二立柱200与相应的圆孔和长圆孔的配合而连接在第一滑块和第二滑块上，且当第一横移油缸140动作而第二油缸不动作时，能够驱动支撑板100以圆孔的轴线为回转中心进行回转。

如图6所示，多自由度机械臂还包括两个触发开关和一个与触发开关配合使用的触发件，在本实施例中，触发开关为接近开关150，触发件为遮磁板160，其中，两个接近开关150通过支架沿横向间隔安装在第二输出轴221上，遮磁板160通过支架安装在第一输出轴141上且位于两个接近开关150之间，这样在驱动支撑板100回转时，当遮磁板160与其中一个接近开关150重叠且触发该接近开关150时可关停第一横移油缸140，停止驱动第一滑块移动，以此可以控制支撑板100的回转角度，避免支撑板100与支撑座90的铰接段91发生运动干涉。

本发明中的多自由度机械臂通过升降油缸40、纵移油缸180、摆动油缸80以及两个横移油缸的驱动，可以使支撑板100具有升降、纵移、摆动、横移以及回转的自由度，有利于方便实现负载在复杂空间位置上的挂载。

本发明中多自由度机械臂的实施例2：

本实施例提供了一种不同于实施例1的纵移组件的结构，本实施例与实施例1的不同之处在于，本实施例中，纵移组件中的伸缩块不设置内腔，伸缩块整体为实体，纵移油缸安装在伸缩块的外部。

本发明中多自由度机械臂的实施例3：

本实施例提供了一种不同于实施例1的纵移油缸的连接位置，本实施例与实施例1的不同之处在于，本实施例中，纵移油缸的一端与举升机构中的上臂连接。在其他实施例中，纵移油缸的一端也可以与举升机构中的下臂连接。

本发明中多自由度机械臂的实施例4：

本实施例提供了一种不同于实施例1的纵移机构，本实施例与实施例1的不同之处在于，本实施例中，纵移机构不包括纵移组件，只包括纵移油缸，纵移油缸固定安装在安装架上，支撑座直接与油缸的伸缩端铰接。

本发明中多自由度机械臂的实施例5：

本实施例提供了一种不同于实施例1的举升机构，本实施例与实施例1的不同之处在于，本实施例中，举升机构只包括一个连接臂，连接臂的一端沿上下导向移动装配在基座上，举升机构还包括输出端与连接臂连接的举升油缸，举升油缸的伸缩端沿上下方向伸缩动作。

本发明中多自由度机械臂的实施例6：

本实施例提供了一种不同于实施例1的纵移机构和支撑座的固定关系，本实施例与实施例1的不同之处在于，本实施例中，不设置固定盘、第一耳板和第二耳板，即在不使用多自由度机械臂时不对支撑座进行固定。

本发明中多自由度机械臂的实施例7：

本实施例提供了一种不同于实施例1的摆动驱动装置的设置位置，本实施例与实施例1的不同之处在于，本实施例中，摆动驱动装置设置在举升机构与支撑座之间，具体地，摆动驱动装置的一端可以连接在安装架上。

本发明中多自由度机械臂的实施例8：

本实施例提供了一种不同于实施例1的伸缩端和支撑座的连接关系，本实施例与实施例1的不同之处在于，本实施例中，伸缩端和支撑座固定连接，此时无需设置摆动驱动装置。

本发明中多自由度机械臂的实施例9：

本实施例提供了一种不同于实施例1的触发开关和触发件的设置位置，本实施例与实施例1的不同之处在于，本实施例中，两个触发开关设置在同一滑块上，触发件设置在另一横移驱动机构的滑块上。

本发明中多自由度机械臂的实施例10：

本实施例提供了一种不同于实施例1的触发开关和触发件，本实施例与实施例1的不同之处在于，本实施例中，触发开关为行程开关，触发件为挡板，挡板与触发件接触可触发行程开关动作。在其他实施例中，还可以不设置触发开关和触发件，此时，使用时可以通过手动控制横移油缸的起停来控制支撑板的转动角度。

本发明中多自由度机械臂的实施例11：

本实施例提供了一种不同于实施例1的支撑板上的穿孔的形状，本实施例与实施例1的不同之处在于，本实施例中，两个穿孔均为圆孔，此种情况下，横移驱动机构只能驱动支撑板横移。

本发明中多自由度机械臂的实施例12：

本实施例提供了一种不同于实施例1的支撑板与滑块的连接方式，本实施例与实施例1的不同之处在于，本实施例中，支撑板通过螺钉固定在滑块上。

本发明中多自由度机械臂的实施例13：

本实施例提供了一种不同于实施例1的横移驱动机构，本实施例与实施例1的不同之处在于，本实施例中，横移驱动机构只包括与支撑板传动连接的驱动装置，支撑板导向滑动安装在支撑座上。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本发明的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种多自由度机械臂，包括基座(10)以及安装在基座(10)上的举升机构，举升机构上安装有纵移机构，纵移机构具有沿纵向伸缩的伸缩端，其特征在于，所述伸缩端上设置用于支撑负载的支撑机构，支撑机构包括与伸缩端连接的支撑座(90)以及安装在支撑座(90)上的支撑板(100)，支撑座(90)上设置有用于驱动支撑板(100)横移的横移驱动机构。

2.根据权利要求1所述的多自由度机械臂，其特征在于，所述横移驱动机构包括设置在支撑座(90)上的横向导轨、导向滑动装配在横向导轨上的滑块以及用于驱动滑块横移的驱动装置，支撑板(100)连接在滑块上。

3.根据权利要求2所述的多自由度机械臂，其特征在于，所述横移驱动机构设置有两组，各所述滑块均包括滑块主体以及设置在滑块主体上的立柱，支撑板(100)上设置有两个分别供各立柱穿过的穿孔(93)，以实现支撑板(100)在滑块上的连接。

4.根据权利要求3所述的多自由度机械臂，其特征在于，两个所述穿孔中的一个为圆孔，另一个为长圆孔，以用于在与长圆孔对应的驱动装置动作且与圆孔对应的驱动装置不动作时，驱动支撑板(100)以圆孔的轴线为回转中心进行回转。

5.根据权利要求4所述的多自由度机械臂，其特征在于，多自由度机械臂还包括两个触发开关和一个与触发开关配合使用的触发件，横移驱动机构具有与滑块传动连接的输出轴，两个触发开关沿横向间隔设置在同一横移驱动机构的输出轴或滑块上，触发件设置在另一横移驱动机构的输出轴或滑块上且位于两个触发开关之间，以在触发开关被触发件触发时停止与所述长圆孔对应的横移驱动机构的动作。

6.根据权利要求1～5中任意一项所述的多自由度机械臂，其特征在于，支撑座(90)上设置有供所述伸缩端穿过的穿孔(93)，以使支撑座(90)能够绕伸缩端左右摆动，纵移机构与支撑座(90)之间或举升机构与支撑座(90)之间设置有用于驱动支撑座(90)绕伸缩端左右摆动的摆动驱动装置。

7.根据权利要求6所述的多自由度机械臂，其特征在于，所述纵移机构包括固定在所述伸缩端上的固定盘(70)，固定盘(70)上设置有第一耳板(71)，支撑座(90)上设置有第二耳板(94)，第一耳板(71)和第二耳板(94)上均设置有销轴孔(170)，两个销轴孔(170)用于在不使用多自由度机械臂时穿装同一销轴，以限制支撑座(90)的左右摆动。

8.根据权利要求1～5中任意一项所述的多自由度机械臂，其特征在于，所述举升机构包括与基座(10)铰接的上臂(20)和下臂(30)、连接在基座(10)和上臂(20)之间或基座(10)和下臂(30)之间的升降油缸(40)、连接在上臂(20)和下臂(30)远离基座(10)的端部之间的安装架(50)，所述纵移机构安装在安装架(50)上。

9.根据权利要求8所述的多自由度机械臂，其特征在于，所述安装架(50)上设置有长度沿纵向延伸的方孔(52)，所述纵移机构包括纵移油缸(180)、穿过方孔(52)且与方孔(52)导向配合的纵移组件，纵移油缸(180)的一端与举升机构连接，另一端与纵移组件连接，所述伸缩端设置在纵移组件上。

10.根据权利要求9所述的多自由度机械臂，其特征在于，所述纵移组件内设置有内腔，纵移油缸(180)安装在内腔中。

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