CN210189799U - 一种七自由度液压重载机械臂 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及机械领域，特别是涉及一种七自由度液压重载机械臂，包括回转关节、举升关节、伸缩关节、平摆关节、进退关节、滚摆关节、俯仰关节和夹紧机构，回转关节包括基座和能够在基座上360度旋转的回转台，举升关节设置在回转台上，举升关节、伸缩关节、平摆关节、进退关节、滚摆关节、俯仰关节和夹紧机构依次连接，举升关节和伸缩关节之间、平摆关节和进退关节之间均滑动连接，机械臂能够实现旋转、举升、伸缩、平摆、进退、滚摆、俯仰、抓取动作，提高了机械臂的工作范围，实现灵活抓取和放置工件，解决了重载机械臂精度低的问题，有效避开障碍物，机械臂的运动路径更灵活，全液压驱动能够有效提高机械臂的防爆防火能力。

Description

一种七自由度液压重载机械臂

技术领域

本实用新型涉及机械领域，特别是涉及一种七自由度液压重载机械臂。

背景技术

重载机械臂在全球工业领域中的重型工件搬运、装配以及重型装备的维护作业等方面愈发呈现出不可替代的作用，在矿山冶金、航空航天等领域更是成为大负载作业效率提升、生产安全保障、人工成本降低等重大需求的核心必备装备，现有重载机械臂存在精度低、工作范围小、自由度较少等缺陷，无法灵活的抓取和放置工件，工作效率较低。

发明内容

为了解决背景技术中问题，本实用新型提供一种液压重载机械臂，通过七自由度的冗余自由度设计，提高了机械臂的工作范围，实现灵活抓取和放置工件，提高了负载能力，解决了重载机械臂精度低的问题。

为实现上述发明目的，本实用新型采用下述技术方案：

一种七自由度液压重载机械臂，包括回转关节、举升关节、伸缩关节、平摆关节、进退关节、滚摆关节、俯仰关节和夹紧机构，所述回转关节包括基座和能够在基座上360度旋转的回转台；所述举升关节包括连杆A、连杆B和液压缸A，连杆A、连杆B分别设置在回转台上，液压缸A 的两端分别与连杆A、连杆B铰接；所述伸缩关节包括伸缩内臂和液压缸B，伸缩内臂左端伸入连杆B内且两者之间滑动连接，液压缸B两端分别与伸缩内臂、连杆B铰接；所述平摆关节包括第一摆动马达和第一输出轴，第一摆动马达固定在伸缩内臂右端部；所述进退关节包括液压缸C和滑动连接的进退关节外臂、进退关节内臂，进退关节外臂与第一输出轴连接，液压缸C两端分别铰接在进退关节外臂、进退关节内臂上；所述滚摆关节包括第二摆动马达和第二输出轴，第二摆动马达固定在进退关节内臂上；所述俯仰关节包括第三摆动马达和第三输出轴，第三摆动马达固定在第二输出轴上，第三输出轴与夹紧机构连接；所述夹紧机构包括双杆液压缸和两个对称的夹紧连杆，双杆液压缸与两个夹紧连杆、第三输出轴分别铰接。

进一步的，回转台和基座之间通过轴承连接，基座上设有大齿圈，回转台上设有两个液压马达，两个液压马达输出轴分别套设有小齿轮，两个小齿轮分别与大齿圈相啮合。

进一步的，连杆A下端固定在回转台上，上端与水平设置的液压缸A铰接，连杆B为L形，包括竖直段和水平段，竖直段下端部与回转台铰接，竖直段上端部水平向右延伸形成水平段，水平段为中空结构，水平段右端上部与液压缸A的活塞杆端铰接。

进一步的，伸缩关节包括中空结构的伸缩内臂和液压缸B，伸缩内臂左端伸入到连杆B水平段内且与连杆B水平段内壁滑动连接，伸缩内臂的右端与平摆关节连接，液压缸B固定设置在伸缩内臂的空腔中，且其活塞杆的端部与连杆B水平段内壁铰接。

进一步的，第一摆动马达的定子固定在伸缩内臂的右端部，转子与第一输出轴连接。

进一步的，进退关节包括液压缸C、进退关节外臂、进退关节内臂，进退关节外臂固定在第一输出轴上，进退关节内臂插入到进退关节外臂中且两者之间滑动连接。

进一步的，第二摆动马达的定子固定在进退关节内臂上，转子与第二输出轴连接。

进一步的， 第三摆动马达的定子固定在第二输出轴上，转子两端分别与第三输出轴连接。

进一步的，所述夹紧机构还包括机架，两个夹紧连杆的一端分别固定连接有勾夹，两个勾夹对称设置，两个夹紧连杆的另一端分别双杆液压缸的两活塞杆端铰接，双杆液压缸铰接固定在机架上，机架与第三输出轴连接。

进一步的，第一摆动马达、第二摆动马达、第三摆动马达均为框架式安装。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型提供的七自由度液压重载机械臂结构紧凑、负载大、定位精度高、工作范围大；通过双齿轮啮合，消除啮合间隙，实现回转底座的精确旋转回转；举升关节通过连杆A、L形连杆B，实现大角度的俯仰；伸缩关节由滑动插设在连杆B水平段内伸缩内臂和液压缸B组成伸缩臂机构，通过直线副的伸缩机构，大幅增大工作范围；进退关节起到微调伸缩量的作用，可以有效提高末端位置的运动精度；七自由度的冗余自由度设计可以更灵活的规划机械臂的运动路径，有效避开障碍物，全液压驱动能够有效提高机械臂的防爆防火能力。

附图说明

图1是本实用新型整体结构示意图；

图2是本实用新型连接结构示意图；

图中：1、回转关节；1-1、回转台；1-2、基座；2、举升关节；2-1、连杆A；2-2、液压缸A；2-3、连杆B；3、伸缩关节；3-1、液压缸B；3-2、伸缩内臂；4、平摆关节；4-1、第一摆动马达；4-2、第一输出轴；5、进退关节；5-1、液压缸C；5-2、进退关节外臂；5-3、进退关节内臂；6、滚摆关节；6-1、第二摆动马达；6-2、第二输出轴；7、俯仰关节；7-1、第三摆动马达；7-2、第三输出轴；8、夹紧机构；8-1、双杆液压缸；8-2、夹紧连杆；8-3、机架。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

结合附图1、附图2，本实用新型实施例中，一种七自由度液压重载机械臂，包括回转关节1、举升关节2、伸缩关节3、平摆关节4、进退关节5、滚摆关节6、俯仰关节7和夹紧机构8，回转关节1包括基座1-2和能够在基座1-2上360度旋转的回转台1-1；举升关节2包括连杆A2-1、连杆B2-3和液压缸A2-2，连杆A2-1、连杆B2-3分别设置在回转台1-1上，液压缸A2-2的两端分别与连杆A2-1、连杆B2-3铰接；伸缩关节3包括伸缩内臂3-2和液压缸B3-1，伸缩内臂3-2左端伸入连杆B2-3内且两者之间滑动连接，液压缸B3-1两端分别与伸缩内臂3-2、连杆B2-3铰接；平摆关节4包括第一摆动马达4-1和第一输出轴4-2，第一摆动马达4-1固定在伸缩内臂3-2右端部；进退关节5包括液压缸C5-1和滑动连接的进退关节外臂5-2、进退关节内臂5-3，进退关节外臂5-2与第一输出轴4-2连接，液压缸C5-1两端分别铰接在进退关节外臂5-2、进退关节内臂5-3上；滚摆关节6包括第二摆动马达6-1和第二输出轴6-2，第二摆动马达6-1固定在进退关节内臂5-3上；俯仰关节7包括第三摆动马达7-1和第三输出轴7-2，第三摆动马达7-1固定在第二输出轴6-2上，第三输出轴7-2与夹紧机构8连接；夹紧机构8包括双杆液压缸8-1和两个夹紧连杆8-2，双杆液压缸8-1与两个夹紧连杆8-2、第三输出轴7-2分别铰接。

结合附图2，回转关节1包括回转台1-1和基座1-2，回转台1-1和基座1-2之间通过轴承连接，基座1-2上设有大齿圈，回转台1-1上设有两个液压马达，两个液压马达输出轴分别套设有小齿轮，两个小齿轮分别与大齿圈相啮合，液压马达输出扭矩时，通过大齿圈对小齿轮的反作用力实现驱动回转台1-1旋转，两个小齿轮同时与大齿圈啮合，通过双齿轮啮合消隙技术消除啮合间隙。

结合附图2，举升关节2包括连杆A2-1、连杆B2-3和液压缸A2-2，为提升机械臂负载能力，液压缸A2-2对称设置为两个，连杆A2-1下端固定在回转台1-1上，上端与水平设置的液压缸A2-2铰接，连杆B2-3为L形，包括竖直段和水平段，竖直段下端部与回转台1-1铰接，竖直段上端部水平向右延伸形成水平段，水平段为中空结构，水平段右端上部与液压缸A2-2的活塞杆端铰接，举升关节2通过液压缸A2-2的伸缩实现举升，此机构设计可以以较小的伸缩量实现大角度俯仰，增大工作范围。

结合附图2，伸缩关节3包括中空结构的伸缩内臂3-2和液压缸B3-1，伸缩内臂3-2左端伸入到连杆B2-3水平段内且与连杆B2-3水平段内壁滑动连接，伸缩内臂3-2与连杆B2-3水平段之间均通过托轮或者尼龙滑块连接，伸缩内臂3-2的右端部与平摆关节4连接，液压缸B3-1固定设置在伸缩内臂3-2的空腔中，且其活塞杆的端部与连杆B2-3水平段左端内壁铰接，伸缩内臂3-2、连杆B2-3水平段、液压缸B3-1的中轴线在一条直线上，液压缸B3-1的作用下，伸缩内臂3-2在连杆B2-3水平段空腔内做左右往返直线运动，伸缩内臂3-2和连杆B2-3水平段均为四边形框架结构，四个面均接触，接触方式包括托辊与面接触、面与面接触两种方式。

结合附图2，平摆关节4包括第一摆动马达4-1和第一输出轴4-2，第一摆动马达4-1的定子固定在伸缩内臂3-2的右端部，转子与第一输出轴4-2连接，转子带动第一输出轴4-2旋转，实现机械臂的平摆动作，第一输出轴4-2带动进退关节5。

结合附图2，进退关节5包括液压缸C5-1、进退关节外臂5-2、进退关节内臂5-3，进退关节外臂5-2固定在第一输出轴4-2上，进退关节内臂5-3插入到进退关节外臂5-2中且两者之间滑动连接, 进退关节外臂5-2、进退关节内臂5-3之间均通过托轮或者尼龙滑块连接，液压缸C5-1两端分别铰接在进退关节外臂5-2、进退关节内臂5-3上，液压缸C5-1伸缩时带动进退关节内臂5-3进退，液压缸C5-1行程较小但精度高，能够实现进退方向上的微调，保证抓取精度。

结合附图2，滚摆关节6包括第二摆动马达6-1、第二输出轴6-2，第二摆动马达6-1的定子固定在进退关节内臂5-3上，转子与第二输出轴6-2连接，第二摆动马达6-1摆动时带动第二输出轴6-2旋转，实现机械臂的滚摆动作。

结合附图2，俯仰关节7包括第三摆动马达7-1和第三输出轴7-2, 第三摆动马达7-1的定子固定在第二输出轴6-2上，转子两端分别与第三输出轴7-2连接，第三摆动马达7-1摆动时带动第三输出轴7-2旋转，实现机械臂的俯仰动作。

结合附图2，夹紧机构8包括双杆液压缸8-1、两个夹紧连杆8-2、机架8-3，两个夹紧连杆8-2的一端分别固定连接有勾夹，两个勾夹相对，两个夹紧连杆8-2的另一端分别双杆液压缸8-1的两活塞杆端铰接，双杆液压缸8-1铰接固定在机架8-3上，机架8-3与第三输出轴7-2连接，通过双杆液压缸8-1活塞杆的伸缩来调整两个勾夹的间距，灵活的抓取和放置工件。

第一摆动马达4-1、第二摆动马达6-1、第三摆动马达7-1均为框架式安装，只承受扭矩。

本实用新型工作过程如下：

回转关节1的回转台1-1在基座1-2上旋转，根据调整机械臂工作范围，举升关节2通过液压缸A2-2的伸缩实现机械臂举升，伸缩关节3在液压缸B3-1的作用下，伸缩内臂3-2在连杆B2-3水平段空腔内做左右往返直线运动，实现机械臂伸缩，大幅增大工作范围，平摆关节4第一摆动马达4-1的转子带动第一输出轴4-2旋转，实现机械臂的平摆动作，进退关节5的液压缸C5-1伸缩时带动进退关节内臂5-3进退，液压缸C5-1行程较小但精度高，能够实现机械臂进退方向上的微调，保证抓取精度，滚摆关节6第二摆动马达6-1摆动时带动第二输出轴6-2旋转，实现机械臂的滚摆动作，俯仰关节7第三摆动马达7-1摆动时带动第三输出轴7-2旋转，实现机械臂的俯仰动作，夹紧机构8通过双杆液压缸8-1活塞杆的伸缩来调整两个勾夹的间距，灵活的抓取和放置工件，七自由度的冗余自由度设计可以更灵活的规划机械臂的运动路径，有效避开障碍物，全液压驱动能够有效提高机械臂的防爆防火能力。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制，本发明中，还需要说明的是，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体成型连接，也可以是机械连接，也可以是通过中间媒介间接连接，可以通过具体情况理解术语在本实用中的具体含义。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种七自由度液压重载机械臂，其特征是：包括回转关节（1）、举升关节（2）、伸缩关节（3）、平摆关节（4）、进退关节（5）、滚摆关节（6）、俯仰关节（7）和夹紧机构（8），回转关节（1）包括基座（1-2）和能够在基座（1-2）上360度旋转的回转台（1-1）；举升关节（2）包括连杆A（2-1）、连杆B（2-3）和液压缸A（2-2），连杆A（2-1）、连杆B（2-3）分别设置在回转台（1-1）上，液压缸A（2-2） 的两端分别与连杆A（2-1）、连杆B（2-3）铰接；伸缩关节（3）包括伸缩内臂（3-2）和液压缸B（3-1），伸缩内臂（3-2）左端伸入连杆B（2-3）内且两者之间滑动连接，液压缸B（3-1）两端分别与伸缩内臂（3-2）、连杆B（2-3）铰接；平摆关节（4）包括第一摆动马达（4-1）和第一输出轴（4-2），第一摆动马达（4-1）固定在伸缩内臂（3-2）右端部；进退关节（5）包括液压缸C（5-1）和滑动连接的进退关节外臂（5-2）、进退关节（5）内臂（5-3），进退关节外臂（5-2）与第一输出轴（4-2）连接，液压缸C（5-1）两端分别铰接在进退关节外臂（5-2）、进退关节内臂（5-3）上；滚摆关节（6）包括第二摆动马达（6-1）和第二输出轴（6-2），第二摆动马达（6-1）固定在进退关节内臂（5-3）上；俯仰关节（7）包括第三摆动马达（7-1）和第三输出轴（7-2），第三摆动马达（7-1）固定在第二输出轴（6-2）上，第三输出轴（7-2）与夹紧机构（8）连接；夹紧机构（8）包括双杆液压缸（8-1）和两个夹紧连杆（8-2），双杆液压缸（8-1）与两个夹紧连杆（8-2）、第三输出轴（7-2）分别铰接。

2.根据权利要求1所述一种七自由度液压重载机械臂，其特征是：回转台（1-1）和基座（1-2）之间通过轴承连接，基座（1-2）上设有大齿圈，回转台（1-1）上设有两个液压马达，两个液压马达输出轴分别套设有小齿轮，两个小齿轮分别与大齿圈相啮合。

3.根据权利要求1所述一种七自由度液压重载机械臂，其特征是：连杆A（2-1）下端固定在回转台（1-1）上，连杆A（2-1）上端与水平设置的液压缸A（2-2）铰接，连杆B（2-3）为L形，包括竖直段和水平段，竖直段下端部与回转台（1-1）铰接，竖直段上端部水平向右延伸形成水平段，水平段为中空结构，水平段右端上部与液压缸A（2-2）的活塞杆端铰接。

4.根据权利要求3所述一种七自由度液压重载机械臂，其特征是：伸缩关节（3）包括中空结构的伸缩内臂（3-2）和液压缸B（3-1），伸缩内臂（3-2）左端伸入到连杆B（2-3）水平段内且与连杆B（2-3）水平段内壁滑动连接，伸缩内臂（3-2）的右端与平摆关节（4）连接，液压缸B（3-1）固定设置在伸缩内臂（3-2）的空腔中，且其活塞杆的端部与连杆B（2-3）水平段左端内壁铰接。

5.根据权利要求1所述一种七自由度液压重载机械臂，其特征是：第一摆动马达（4-1）的定子固定在伸缩内臂（3-2）的右端部，转子与第一输出轴（4-2）连接。

6.根据权利要求1所述一种七自由度液压重载机械臂，其特征是：进退关节外臂（5-2）固定在第一输出轴（4-2）上，进退关节内臂（5-3）插入到进退关节外臂（5-2）中且两者之间滑动连接。

7.根据权利要求1所述一种七自由度液压重载机械臂，其特征是：第二摆动马达（6-1）的定子固定在进退关节内臂（5-3）上，转子与第二输出轴（6-2）连接。

8.根据权利要求1所述一种七自由度液压重载机械臂，其特征是： 第三摆动马达（7-1）的定子固定在第二输出轴（6-2）上，转子两端分别与第三输出轴（7-2）连接。

9.根据权利要求1所述一种七自由度液压重载机械臂，其特征是：所述夹紧机构（8）还包括机架（8-3），两个夹紧连杆（8-2）的一端分别固定连接有勾夹，两个勾夹对称设置，两个夹紧连杆（8-2）的另一端分别双杆液压缸（8-1）的两活塞杆端铰接，双杆液压缸（8-1）铰接固定在机架（8-3）上，机架（8-3）与第三输出轴（7-2）连接。

10.根据权利要求1所述一种七自由度液压重载机械臂，其特征是：第一摆动马达（4-1）、第二摆动马达（6-1）、第三摆动马达（7-1）均为框架式安装。

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