[發明專利]七自由度串并混聯機械臂及機器人

有效

• 申請號: 202010198176.8
• 申請日: 2020-03-19
• 公開（公告）號: CN111360787B
• 公開（公告）日: 2021-06-29
• 發明（設計）人: 高峰;劉仁強;陳先寶;孫競;孫喬;鄭浩
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: B25J9/00
• 分類號: B25J9/00
• 代理公司: 上海段和段律師事務所 31334
• 代理人: 李佳俊;郭國中

本發明提供了一種七自由度串并混聯機械臂，包括依次連接的基座、第一關節、第一連桿、第二關節、連接支架、第三關節、第二連桿、第四關節、第五連桿、第五關節、第六關節、第六連桿、第七關節和末端執行器連接法蘭；第三關節和第四關節之間還設有第三連桿和第四連桿，第四連桿的一端連接第四關節，另一端連接第三連桿，第三連桿連接第四關節的電機殼體；第三連桿、第四連桿、第四關節、第二連桿構成平行四桿傳動機構；第三關節的軸線、第四關節的軸線、第五關節的軸線相互平行。本發明的七自由度串并混聯式協作機械臂新構型，在主運動空間的常用可達范圍處的操作靈活性好；同時還降低了基座附近電機的負載扭矩和降低了整個機械臂轉動慣量。

技術領域

本發明涉及機器人領域，具體地，涉及一種七自由度串并混聯機械臂及機器人。

背景技術

以靈巧型機械臂為代表的協作式機器人在近年迅速發展，在多個領域得到廣泛應用。根據仿生學原理，關節型機械臂模擬動物和人類肢體，具有了優于其他類型機器人的動作能力。例如人的手臂具有7個自由度，是最靈活的生理結構，因此靈巧型機械臂的結構設計為具有7個七自由度，其中肩關節3個自由度，肘關節1個自由度，腕關節3個自由度，可以在保持末端機構三維位置不變的情況下，從一個構型變換到另一個構型。通常七自由度機械臂構型是七個關節逐級串聯并且關節軸線兩兩正交，并基于模塊化設計的思想，每個關節結構和尺寸相同，降低了機械臂的制造和安裝成本，但這種構型的缺點是構成主運動平面(垂直于基座的機械臂主要工作平面，或稱鉛垂面)的相互平行的三個關節軸線并不相鄰，相距較遠，而且后兩個關節距離基座遠，位置較高，因此在主運動空間的常用可達范圍處的操作靈活性變差。另外，由于關節內電機等驅動部件質量較大，隨著關節逐級串聯，距離基座較近的關節所需承受的扭矩和慣性力相應增加，機械臂的動力學特性變差。

經過對現有技術的檢索，申請號為201720994756.1的實用新型公開了一種五自由度機械臂，包括腰部、減速器、基座、腰部伺服電機、肩部伺服電機、第一大臂絲杠、第一大臂滑塊、第一肘部推桿、第一肘部連桿、大臂連板、腕部伺服電機、末端執行器連接件、小臂、第二肘部連桿、第二大臂滑塊、第二大臂絲杠、第二肘部推桿、大臂基座、第一大臂伺服電機、第二大臂伺服電機；第一肘部推桿一端和第二肘部推桿一端分別與第一大臂滑塊可轉動連接，第一肘部推桿另一端與第一肘部連桿一端相連，第一肘部連桿與第二大臂滑塊可轉動連接；第二肘部推桿另一端與第二肘部連桿一端相連，第二肘部連桿與第二大臂滑塊可轉動連接。該機械臂的在主運動平面內的靈活度和自由度不夠，而且整個機械臂轉動慣量比較大。

發明內容

針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種七自由度串并混聯機械臂。

根據本發明提供的一種七自由度串并混聯機械臂，包括依次連接的基座、第一關節、第一連桿、第二關節、連接支架、第三關節、第二連桿、第四關節、第五連桿、第五關節、第六關節、第六連桿、第七關節和末端執行器連接法蘭，所述連接支架上連接有第四關節電機殼體；所述第三關節和所述第四關節之間還設有第三連桿和第四連桿，所述第四連桿的一端連接所述第四關節，另一端連接所述第三連桿，所述第三連桿與所述第四關節的電機殼體連接。與通常的平行四桿傳動機構不同的是，所述第二連桿由第三關節內的電機驅動，所述第三連桿由第四關節電機殼體內的電機驅動，即平行四桿傳動機構的兩個連桿分別由兩個獨立的電機單獨驅動，并構成封閉的運動鏈，因此，所述第三連桿、第四連桿、第四關節、第二連桿構成了并聯結構的平行四桿傳動機構。

優選地，所述第三關節的軸線、第四關節的軸線、第五關節的軸線相互平行。

優選地，所述連接支架為E形結構，后側與所述第二關節連接，前側依次為同軸設置的第一連接部、第二連接部以及第三連接部；所述第三關節輸出連接法蘭延長軸穿過第三連接部后與第二連接部固定；所述第四關節電機殼體的輸出連接法蘭延長軸穿過第一連接部后與第二連接部固定，所述第三連桿連接所述第四關節電機殼體的輸出連接法蘭延長軸；所述第一連接部的外側與所述第四關節電機殼體固定，所述第三連接部的外側與所述第三關節的外殼固定。