[發明專利]含有復鉸的三自由度串并聯混合重載機械臂

有效

• 申請號: 201110444285.4
• 申請日: 2011-12-27
• 公開（公告）號: CN102554936A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 丁華鋒;曹文熬;陳誼超;楊鳳霞;王園園
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: B25J18/02
• 分類號: B25J18/02
• 代理公司: 石家莊一誠知識產權事務所 13116
• 代理人: 崔鳳英

技術領域

本發明涉及一種機械臂，特別是串并聯混合重載機械臂。

背景技術

機構是機器裝備的核心，機構的創新一直是機器裝備創新的關鍵，開發相應的具有自主知識產權的機構對提高我國機械裝備的科技水平核心競爭力非常重要。實現挖掘、抓取、搬運等功能工作裝置，應用連桿機構較為普遍。常用的串聯機械手，工作空間大，但承載能力低，只能抓取、搬運一些較輕的物體。相反，并聯機械手工作空間小，但承載能力高。由于串聯和并聯機械手的優勢有互補性，如果能有效的結合兩者的優點來設計出混聯機械手，或者說是多環耦合機構，那么這種機械手的性能會更優越。中國專利CN03105161.8涉及一種四自由度混聯機器人，它由兩平動自由度并聯機構、與之串聯的兩轉動自由度轉頭結構、以及安裝在所述轉頭結構上的末端執行器構成。中國專利CN200610015114.9公開了一種可實現整周回轉的四自由度混聯抓放式機器人機構，該機構的執行裝置能實現整周回轉，三個驅動軸采用同軸布置，能減少運動部件的質量。然而，現有專利中的混聯機械手不是基于重載來設計的，不適用于重載物體的搬運工作。

發明內容

本發明的目的在于提供一種工作空間大、易于實時控制、適用于重載的含有復合鉸鏈的三自由度串并聯混合重載機械臂。機架上有平行對稱的四對基座，其中中部一對基座通過鉸鏈與大臂的一端連接，該大臂的另一端通過鉸鏈與小臂中部連接，該小臂的一端通過鉸鏈與末端執行器的一部位連接，該執行器可以是多種結構，如：鏟斗、抓手裝卡等。上述小臂的另一端通過鉸鏈分別與一對小臂油缸的活塞桿端部連接，該一對小臂油缸的缸套端部通過鉸鏈分別與機架上一端的一對基座連接，上述一對小臂油缸可以采用一個大規格的油缸，上述大臂中部的一部位通過鉸鏈分別與一對大臂油缸的活塞桿端部連接，該一對大臂油缸的缸套端部通過鉸鏈分別與機架上另一端的一對基座連接，上述一對大臂油缸可以采用一個大規格的油缸。上述大臂的一側與一個末端執行器油缸的活塞桿端部和一個連桿端部通過鉸鏈連接而構成一個復合鉸鏈，大臂的另一側也通過上述的連接方式形成一個復合鉸鏈，上述兩個復合鉸鏈在大臂的兩側呈對稱布置。上述一對末端執行器油缸的缸套端部通過鉸鏈分別與上述末端執行器另一部位連接；上述一對連桿另一端部通過鉸鏈分別與一對連架桿端部相連，該連架桿的另一端通過鉸鏈分別與機架上的一對基座連接。上述大臂、連桿、連架桿、基座分別構成兩個平行對稱的平面四桿機構。

本發明也可以是大臂的一側與一個末端執行器油缸的活塞桿端部和一個大臂油缸的活塞桿端部通過鉸鏈連接而構成一個復合鉸鏈，大臂的另一側也通過上述的連接方式形成一個復合鉸鏈，上述兩個復合鉸鏈在大臂的兩側呈對稱布置，一個連桿的一端通過鉸鏈與上述大臂連接，其另一端通過鉸鏈與一個連架桿端部連接，該連架桿的另一端通過鉸鏈與機架上的基座連接。上述各油缸的缸套和活塞桿可互換位置。

在具體應用該機構時，通過設計不同的末端執行器，該機械手可以用于重物抓放和挖掘等功能。從機架到末端執行器是由兩個對稱的平面機構組成，在每個平面機構中，在保證桿件數目和桿件之間連接關系不變的情況下，各桿的尺寸和形狀可以根據實際情況合理設計。

本發明與現有技術相比具有如下優點：

(1)?承載能力高，克服了傳統串聯式機械手承載能力低，一般只能抓放一些較輕物體的缺點。

(2)?有較大的工作空間，克服了傳統并聯機械手工作空間小的缺點。

(3)?本機械手大臂上含有一個復鉸，并且運動鏈完全解耦，這不僅減少了整個機構所占空間，讓其結構更加緊湊，而且運動動力求解容易，易于實現實時控制。

附圖說明

圖1是本發明的立體示意簡圖。

圖2是本發明的挖掘使用狀態立體示意簡圖。

圖3是本發明的抓取使用狀態立體示意簡圖。

圖4是本發明實施例2的立體示意簡圖。

圖5是本發明實施例3的立體示意簡圖。

附圖中，1-機架，2-大臂，3-小臂，4-末端執行器，5-連桿，6-連架桿，7-小臂油缸，8-大臂油缸，9-末端執行器油缸。

具體實施方式

實施例1