CN207172062U - 一种非对称双机械臂装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种非对称双机械臂装置，属于工业机器人技术领域。它解决了现有双臂机器人的机械臂自由度冗余等技术问题。本非对称双机械臂装置包括底座、机械臂一和机械臂二，机械臂一和机械臂二的内端部均与底座相连接，机械臂一的自由度L与机械臂二的自由度M满足如下关系：|L‑M|＝N，其中N＝1，2，3，4，5，6。该非对称双机械臂装置的机械臂一和机械臂二为非对称的结构，机械臂二的部件少于机械臂一的部件，即机械臂二节省了部件，该结构能够减少机械臂二上各部件之间的传动误差，这样就减小了整个机械臂二的累积误差，同时节省了系统的制造成本，也减小了系统的控制难度。

Description

一种非对称双机械臂装置

技术领域

本实用新型属于工业机器人技术领域，涉及一种非对称双机械臂装置。

背景技术

随着科技的发展，机器人在许多领域都得到了广泛应用，例如机械制造、电子技术、农业采摘、拆爆作业等，通过传感器、摄像头和控制装置实现机器人动作的控制，实现难以依靠人力完成或者需要大量人力才能完成的工作。机器人分为单机械臂系统和多机械臂系统，多机械臂系统与普通的单机械臂相比，在负载能力，操作的灵巧性和效率方面具有明显的优势，预计在精密装配和服务机器人等领域具有重要的应用前景。

申请号为201610613940.7的中国专利文献公开了一种智能协同双臂机器人，包括安装座和两个手臂；两个手臂镜像对称设置在安装座两侧；每个手臂包括依次连接的肩臂组件、后端臂组件、肘臂组件、前端臂组件和用于连接末端执行部件的手腕臂组件；肩臂组件的一端连接安装座，并可绕安装座旋转；后端臂组件的一端与肩臂组件另一端的侧面可旋转连接；肘臂组件的一端侧面与后端臂组件的另一端可旋转连接；前端臂组件的一端与肘臂组件的另一端连接，并可绕其轴向旋转；手腕臂组件的一端与前端臂组件的另一端连接，并可绕前端臂组件的长度方向摆动，手腕臂组件的另一端用于连接末端执行部件。

上述双臂机器人的不足之处是，它采用对称的双臂结构，左右手臂各个关节一一对应，因此具有很高的自由度冗余。一方面，增加了系统的控制难度及硬件成本，另一方面，在工业生产中，现有的大部分工作不需要机器人的双臂具有一样多的自由度，这种情况下，使用对称双臂的机械人进行工作反而影响工作效率，同时也导致机械人手臂的传动误差及累计误差较大。

发明内容

本实用新型针对现有的技术存在的上述问题，提供一种非对称双机械臂装置，本实用新型所要解决的技术问题是：如何减少系统的传动误差及累计误差。

本实用新型的目的可通过下列技术方案来实现：

一种非对称双机械臂装置，包括底座、机械臂一和机械臂二，所述机械臂一和机械臂二的内端部均与所述底座相连接，其特征在于，所述机械臂一的自由度L与机械臂二的自由度M满足如下关系：

|L-M|＝N，其中N＝1，2，3，4，5，6。

该非对称双机械臂装置的机械臂一和机械臂二均连接在底座上，机械臂一的外端部用于固定工具法兰盘一，工具法兰盘一用于对执行件进行固定，执行件可以是机械手爪一，也可以是打磨头、激光头、电钻枪和焊枪等操作工具，机械臂二的外端部用于固定机械手爪二，机械手爪二可以通过工具法兰盘二进行固定，机械手爪二用于夹持需要进行操作的零部件，当机械臂一通过转动使机械臂一的外端部与机械臂二的外端部相正对后，设置于机械臂一上的执行件就能够对被夹持在机械臂二上的零部件进行相应的操作，保存工作的顺利进行。本装置中，机械臂一和机械臂二为非对称的结构，具体来说，机械臂二的部件少于机械臂一的部件，第二械臂的自由度也少于机械臂一的自由度，即机械臂二节省了部件，该结构能够减少机械臂二上各部件之间的传动误差，这样就减小了整个机械臂二的累积误差，同时节省了系统的制造成本，也减小了系统的控制难度。

在上述的一种非对称双机械臂装置中，所述机械臂一的工作空间覆盖机械臂二的工作空间。机械臂一的工作空间是指机械臂一在转动的过程中机械臂一的外端部所能到达的空间，机械臂二的工作空间是指机械臂二在转动的过程中机械臂二的外端部所能到达的空间，机械臂一的工作空间覆盖机械臂二的工作空间，也就是说，当机械臂二的外端部处于任何位置时，机械臂一通过转动都能够使机械臂一的外端部绕向机械臂二的外端部，使二者能够相配合，顺利进行工作。

在上述的一种非对称双机械臂装置中，所述机械臂二所采用的电机的功率大于机械臂一所采用的电机的功率。因为机械臂二的零部件更少，它占用的空间就更少，因此能够使机械臂二上的各个部件在体积上制作得更大，这样就能够选用功率更大的电机安装在各部件的内部，当机械臂二作为夹具使用时，功率更大的电机使机械臂二的夹持力更大。

在上述的一种非对称双机械臂装置中，所述机械臂二所采用的减速器的负载和扭矩大于机械臂一所采用的减速器的负载和扭矩。因为机械臂二的零部件更少，它占用的空间就更少，因此能够使机械臂二上的各个部件在体积上制作得更大，这样就能够选用负载和扭矩更大的减速器安装在各部件的内部，当机械臂二作为夹具使用时，负载和扭矩更大的减速器使机械臂二的夹持力更大，也使机械臂二能够更好的进行转动。

在上述的一种非对称双机械臂装置中，所述机械臂一包括回转关节一、回转关节二、回转关节三、摆转关节一和摆转关节二，所述回转关节一的内端部与所述底座相连接，所述回转关节一的外端部与所述摆转关节一转动连接，所述回转关节二的内端部与摆转关节一转动连接，回转关节二的外端部与摆转关节二转动连接，所述回转关节三的内端部与摆转关节二转动连接。该结构中，回转关节二能够相对于回转关节转一转动，回转关节三能够相对于回转关节二转动，回转关节三的外端部用于安装执行件，通过控制系统控制回转关节二和回转关节三的转动，使机械臂一上的执行件对被夹持在机械臂二上的零部件进行相应的操作，保证工作的顺利进行。

在上述的一种非对称双机械臂装置中，所述机械臂一还包括回转关节四和摆转关节三，所述回转关节三的外端部与所述摆转关节三转动连接，所述回转关节四的内端部与摆转关节三转动连接。该结构中，回转关节四的外端部用于安装执行件，增加摆转关节三和回转关节四后，能够增加机械臂一的自由度，能够更加方便地使机械臂一与机械臂二进行配合操作。

在上述的一种非对称双机械臂装置中，所述底座上具有呈圆环形的凸台一，所述回转关节一呈圆筒状，回转关节一绕自身轴线转动连接于所述底座上，所述回转关节一的内端部位于凸台一内且回转关节一的内端部的外侧面与凸台一的内壁相贴靠。回转关节一转动连接在底座上，能够进一步增加机械臂一的自由度，该结构使机械臂一不仅能够在水平方向移动，还能够使其在竖直方向移动，增大机械臂一的操作范围，在实际工作过程中，机械臂一能够在水平方向及竖直方向上调节执行件的位置，方便地绕开障碍物；凸台一与回转关节一相配合的结构，能够防止回转关节一在转动的过程中发生晃动，提高机械臂一转动过程中的稳定性。

在上述的一种非对称双机械臂装置中，所述机械臂二包括回转关节五和摆转关节四，所述回转关节五的内端部与底座相连接，回转关节五外端部与所述摆转关节四转动连接。该结构中，摆转关节四用于固定机械手爪二，摆转关节四能够相对于回转关节五转动，通过控制系统控制摆转关节四转动，能够更加方便地使机械臂一与机械臂二进行配合操作。

在上述的一种非对称双机械臂装置中，所述机械臂二还包括回转关节六，所述回转关节六的内端部与所述摆转关节四转动连接。该结构中，回转关节六的外端部用于固定机械手爪二，增加回转关节六后，能够增加机械臂二的自由度，能够更加方便地使机械臂一与机械臂二进行配合操作。

在上述的一种非对称双机械臂装置中，所述机械臂二还包括摆转关节五，所述摆转关节五与所述回转关节六的外端部转动连接。该结构中，摆转关节五的外端部用于固定机械手爪二，增加摆转关节五后，能够增加机械臂二的自由度，能够更加方便地使机械臂一与机械臂二进行配合操作。

在上述的一种非对称双机械臂装置中，所述机械臂二还包括回转关节七，所述回转关节七的内端部与所述摆转关节五转动连接。该结构中，回转关节七的外端部用于固定机械手爪二，增加回转关节七后，能够增加机械臂二的自由度，能够更加方便地使机械臂一与机械臂二进行配合操作。

在上述的一种非对称双机械臂装置中，所述机械臂二还包括摆转关节六，所述摆转关节六与所述回转关节七转动连接。该结构中，摆转关节六的外端部用于固定机械手爪二，增加摆转关节六后，能够增加机械臂二的自由度，能够更加方便地使机械臂一与机械臂二进行配合操作。

在上述的一种非对称双机械臂装置中，所述底座上具有呈圆环形的凸台二，所述回转关节五呈圆筒状，回转关节五绕自身轴线转动连接于所述底座上，所述回转关节五的内端部位于凸台二内且回转关节五的内端部的外侧面与凸台二的内壁相贴靠。回转关节五转动连接在底座上，能够进一步增加机械臂二的自由度，该结构使机械臂二不仅能够在水平方向移动，还能够使其在竖直方向移动，增大机械臂二的操作范围，在实际工作过程中，机械臂二能够在水平方向及竖直方向上调节机械手爪二的位置，方便地绕开障碍物；凸台二与回转关节五相配合的结构，能够防止回转关节五在转动的过程中发生晃动，提高机械臂二转动过程中的稳定性。

与现有技术相比，本实用新型的优点如下：

1、该装置的机械臂一和机械臂二为非对称的结构，机械臂二的部件少于机械臂一的部件，机械臂二的自由度也少于机械臂一的自由度，即机械臂二节省了部件，该结构能够减少机械臂二上各部件之间的传动误差，这样就减小了整个机械臂二的累积误差。

2、该非对称双机械臂装置的回转关节一转动连接在底座上，能够进一步增加机械臂一的自由度，该结构使机械臂一不仅能够在水平方向移动，还能够使其在竖直方向移动，增大机械臂一的操作范围。

3、机械臂一的工作空间覆盖机械臂二的工作空间，当机械臂二的外端部处于任何位置时，机械臂一通过转动都能够使机械臂一的外端部绕向机械臂二的外端部，使二者能够相配合，顺利进行工作。

4、该装置的机械手爪二与工具法兰盘二之间设置有力传感器，机械手爪二在操作或装配过程中采集力信号反馈到控制系统，以协调机械臂一和机械臂二的运动。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是机械臂一处于伸展状态的示意图。

图3是机械臂二处于伸展状态的示意图。

图中，1、底座；1a、凸台一；1b、凸台二；2、机械臂一；2a、回转关节一；2b、回转关节二；2c、回转关节三；2d、摆转关节一；2e、摆转关节二；2f、回转关节四；2g、摆转关节三；3、机械臂二；3a、回转关节五；3b、摆转关节四；3c、回转关节六；3d、摆转关节五；3e、回转关节七；3f、摆转关节六；4、工具法兰盘一；5、执行件；6、工具法兰盘二；7、机械手爪二。

具体实施方式

以下是本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步的描述，但本实用新型并不限于这些实施例。

如图1所示，该非对称双机械臂装置包括底座1、机械臂一2和机械臂二3，机械臂一2和机械臂二3的内端部均与底座1相连接，机械臂一2的自由度L与机械臂二3的自由度M满足如下关系：

|L-M|＝N，其中N＝1，2，3，4，5，6。

优选的，机械臂一2的工作空间覆盖机械臂二3的工作空间。机械臂一2的工作空间是指机械臂一2在转动的过程中机械臂一2的外端部所能到达的空间，机械臂二3的工作空间是指机械臂二3在转动的过程中机械臂二3的外端部所能到达的空间，机械臂一2的工作空间覆盖机械臂二3的工作空间，也就是说，当机械臂二3的外端部处于任何位置时，机械臂一2通过转动都能够使机械臂一2的外端部绕向机械臂二3的外端部，使二者能够相配合，顺利进行工作。

作为优选，机械臂二3所采用的电机的功率大于机械臂一2所采用的电机的功率。因为机械臂二3的零部件更少，它占用的空间就更少，因此能够使机械臂二3上的各个部件在体积上制作得更大，这样就能够选用功率更大的电机安装在各部件的内部，当机械臂二3作为夹具使用时，功率更大的电机使机械臂二3的夹持力更大。

优选的，机械臂二3所采用的减速器的负载和扭矩大于机械臂一2所采用的减速器的负载和扭矩。因为机械臂二3的零部件更少，它占用的空间就更少，因此能够使机械臂二3上的各个部件在体积上制作得更大，这样就能够选用负载和扭矩更大的减速器安装在各部件的内部，当机械臂二3作为夹具使用时，负载和扭矩更大的减速器使机械臂二3的夹持力更大，也使机械臂二3能够更好的进行转动。

该装置的机械臂一2和机械臂二3均连接在底座1上，机械臂一2的外端部用于固定工具法兰盘一4，工具法兰盘一4用于对执行件5进行固定，执行件5可以是机械手爪一，也可以是打磨头、激光头、电钻枪和焊枪等操作工具，机械臂二3的外端部用于固定机械手爪二7，机械手爪二7可以通过工具法兰盘二6进行固定，机械手爪二7用于夹持需要进行操作的零部件，当机械臂一2通过转动使机械臂一2的外端部与机械臂二3的外端部相正对后，设置于机械臂一2上的执行件5就能够对被夹持在机械臂二3上的零部件进行相应的操作，保证工作的顺利进行。优选的，机械手爪二7与工具法兰盘二6之间还可以设置力传感器，机械手爪二7在操作或装配过程中采集力信号反馈到控制系统，以协调机械臂一2和机械臂二3的运动。本装置中，机械臂一2和机械臂二3为非对称的结构，具体来说，机械臂二3的部件少于机械臂一2的部件，第二械臂的自由度也少于机械臂一2的自由度，即机械臂二3节省了部件，该结构能够减少机械臂二2上各部件之间的传动误差，这样就减小了整个机械臂二2的累积误差，同时节省了系统的制造成本，也减小了系统的控制难度。

作为一种方案，机械臂一2包括回转关节一2a、回转关节二2b、回转关节三2c、摆转关节一2d和摆转关节二2e，回转关节一2a的内端部与底座1相连接，回转关节一2a的外端部与摆转关节一2d转动连接，回转关节二2b的内端部与摆转关节一2d转动连接，回转关节二2b的外端部与摆转关节二2e转动连接，回转关节三2c的内端部与摆转关节二2e转动连接。回转关节一2a、回转关节二2b、回转关节三2c、摆转关节一2d和摆转关节二2e均呈圆筒状，回转关节一2a的轴线和回转关节二2b的轴线均与摆转关节一2d的轴线相垂直，回转关节二2b的轴线和回转关节三2c的轴线均与摆转关节二2e的轴线相垂直。该结构中，回转关节二2b能够相对于回转关节转一转动，回转关节三2c能够相对于回转关节二2b转动，回转关节三2c的外端部用于安装执行件5，通过控制系统控制回转关节二2b和回转关节三2c的转动，使机械臂一2上的执行件5对被夹持在机械臂二3上的零部件进行相应的操作，保证工作的顺利进行。

如图1-2所示，优选的，机械臂一2还包括回转关节四2f和摆转关节三2g，回转关节三2c的外端部与摆转关节三2g转动连接，回转关节四2f的内端部与摆转关节三2g转动连接。回转关节四2f和摆转关节三2g均呈圆筒状且二者的轴线相垂直。该结构中，回转关节四2f的外端部用于安装执行件5，增加摆转关节三2g和回转关节四2f后，能够增加机械臂一2的自由度，能够更加方便地使机械臂一2与机械臂二3进行配合操作。

如图1所示，本实施例中，底座1上具有呈圆环形的凸台一1a，回转关节一2a呈圆筒状，回转关节一2a绕自身轴线转动连接于底座1上，回转关节一2a的内端部位于凸台一1a内且回转关节一2a的内端部的外侧面与凸台一1a的内壁相贴靠。回转关节一2a转动连接在底座1上，能够进一步增加机械臂一2的自由度，该结构使机械臂一2不仅能够在水平方向移动，还能够使其在竖直方向移动，增大机械臂一2的操作范围，在实际工作过程中，机械臂一2能够在水平方向及竖直方向上调节执行件5的位置，方便地绕开障碍物；凸台一1a与回转关节一2a相配合的结构，能够防止回转关节一2a在转动的过程中发生晃动，提高机械臂一2转动过程中的稳定性。

作为一种方案，机械臂二3包括回转关节五3a和摆转关节四3b，回转关节五3a的内端部与底座1相连接，回转关节五3a外端部与摆转关节四3b转动连接。回转关节五3a和摆转关节四3b均呈圆筒状且二者的轴线相垂直。该结构中，摆转关节四3b用于固定机械手爪二7，摆转关节四3b能够相对于回转关节五3a转动，通过控制系统控制摆转关节四3b转动，能够更加方便地使机械臂一2与机械臂二3进行配合操作。

优选的，机械臂二3还包括回转关节六3c，回转关节六3c的内端部与摆转关节四3b转动连接。回转关节六3c呈圆筒状且回转关节六3c的轴线与摆转关节四3b的轴线相垂直。该结构中，回转关节六3c的外端部用于固定机械手爪二7，增加回转关节六3c后，能够增加机械臂二3的自由度，能够更加方便地使机械臂一2与机械臂二3进行配合操作。

作为优选，机械臂二3还包括摆转关节五3d，摆转关节五3d与回转关节六3c的外端部转动连接。摆转关节五3d呈圆筒状且其轴线与回转关节六3c的轴线相垂直。该结构中，摆转关节五3d的外端部用于固定机械手爪二7，增加摆转关节五3d后，能够增加机械臂二3的自由度，能够更加方便地使机械臂一2与机械臂二3进行配合操作。

优选的，机械臂二3还包括回转关节七3e，回转关节七3e的内端部与摆转关节五3d转动连接。回转关节七3e呈圆筒状且其轴线与摆转关节五3d相垂直。该结构中，回转关节七3e的外端部用于固定机械手爪二7，增加回转关节七3e后，能够增加机械臂二3的自由度，能够更加方便地使机械臂一2与机械臂二3进行配合操作。

如图1、3所示，本实施例中，机械臂二3还包括摆转关节六3f，摆转关节六3f与回转关节七3e转动连接。摆转关节六3f呈圆筒状且其轴线与回转关节七3e相垂直。该结构中，摆转关节六3f的外端部用于固定机械手爪二7，增加摆转关节六3f后，能够增加机械臂二3的自由度，能够更加方便地使机械臂一2与机械臂二3进行配合操作。

如图1所示，作为优选，底座1上具有呈圆环形的凸台二1b，回转关节五3a呈圆筒状，回转关节五3a绕自身轴线转动连接于底座1上，回转关节五3a的内端部位于凸台二1b内且回转关节五3a的内端部的外侧面与凸台二1b的内壁相贴靠。回转关节五3a转动连接在底座1上，能够进一步增加机械臂二3的自由度，该结构使机械臂二3不仅能够在水平方向移动，还能够使其在竖直方向移动，增大机械臂二3的操作范围，在实际工作过程中，机械臂二3能够在水平方向及竖直方向上调节机械手爪二7的位置，方便地绕开障碍物；凸台二1b与回转关节五3a相配合的结构，能够防止回转关节五3a在转动的过程中发生晃动，提高机械臂二3转动过程中的稳定性。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (13)

1.一种非对称双机械臂装置，包括底座(1)、机械臂一(2)和机械臂二(3)，所述机械臂一(2)和机械臂二(3)的内端部均与所述底座(1)相连接，其特征在于，所述机械臂一(2)的自由度L与机械臂二(3)的自由度M满足如下关系：

|L-M|＝N，

其中N＝1，2，3，4，5，6。

2.根据权利要求1所述的一种非对称双机械臂装置，其特征在于，所述机械臂一(2)的工作空间覆盖机械臂二(3)的工作空间。

3.根据权利要求1所述的一种非对称双机械臂装置，其特征在于，所述机械臂二(3)所采用的电机的功率大于机械臂一(2)所采用的电机的功率。

4.根据权利要求1所述的一种非对称双机械臂装置，其特征在于，所述机械臂二(3)所采用的减速器的负载和扭矩大于机械臂一(2)所采用的减速器的负载和扭矩。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的一种非对称双机械臂装置，其特征在于，所述机械臂一(2)包括回转关节一(2a)、回转关节二(2b)、回转关节三(2c)、摆转关节一(2d)和摆转关节二(2e)，所述回转关节一(2a)的内端部与所述底座(1)相连接，所述回转关节一(2a)的外端部与所述摆转关节一(2d)转动连接，所述回转关节二(2b)的内端部与摆转关节一(2d)转动连接，回转关节二(2b)的外端部与摆转关节二(2e)转动连接，所述回转关节三(2c)的内端部与摆转关节二(2e)转动连接。

6.根据权利要求5所述的一种非对称双机械臂装置，其特征在于，所述机械臂一(2)还包括回转关节四(2f)和摆转关节三(2g)，所述回转关节三(2c)的外端部与所述摆转关节三(2g)转动连接，所述回转关节四(2f)的内端部与摆转关节三(2g)转动连接。

7.根据权利要求6所述的一种非对称双机械臂装置，其特征在于，所述底座(1)上具有呈圆环形的凸台一(1a)，所述回转关节一(2a)呈圆筒状，回转关节一(2a)绕自身轴线转动连接于所述底座(1)上，所述回转关节一(2a)的内端部位于凸台一(1a)内且回转关节一(2a)的内端部的外侧面与凸台一(1a)的内壁相贴靠。

8.根据权利要求7所述的一种非对称双机械臂装置，其特征在于，所述机械臂二(3)包括回转关节五(3a)和摆转关节四(3b)，所述回转关节五(3a)的内端部与底座(1)相连接，回转关节五(3a)外端部与所述摆转关节四(3b)转动连接。

9.根据权利要求8所述的一种非对称双机械臂装置，其特征在于，所述机械臂二(3)还包括回转关节六(3c)，所述回转关节六(3c)的内端部与所述摆转关节四(3b)转动连接。

10.根据权利要求9所述的一种非对称双机械臂装置，其特征在于，所述机械臂二(3)还包括摆转关节五(3d)，所述摆转关节五(3d)与所述回转关节六(3c)的外端部转动连接。

11.根据权利要求10所述的一种非对称双机械臂装置，其特征在于，所述机械臂二(3)还包括回转关节七(3e)，所述回转关节七(3e)的内端部与所述摆转关节五(3d)转动连接。

12.根据权利要求11所述的一种非对称双机械臂装置，其特征在于，所述机械臂二(3)还包括摆转关节六(3f)，所述摆转关节六(3f)与所述回转关节七(3e)转动连接。

13.根据权利要求11所述的一种非对称双机械臂装置，其特征在于，所述底座(1)上具有呈圆环形的凸台二(1b)，所述回转关节五(3a)呈圆筒状，回转关节五(3a)绕自身轴线转动连接于所述底座(1)上，所述回转关节五(3a)的内端部位于凸台二(1b)内且回转关节五(3a)的内端部的外侧面与凸台二(1b)的内壁相贴靠。