[发明专利]五自由度机械臂

权利要求书

1.一种五自由度机械臂，其特征在于，包括底座(1)、底座回转组件(2)、机架(3)、大臂(4)、手腕俯仰推杆(5)、前连杆(6)、小臂(7)、手腕回转组件(8)、手腕接口(9)、小臂推杆(10)、大臂推杆(11)、平衡板(12)，其中：

底座回转组件(2)连接底座(1)和机架(3)，实现机架(3)相对于底座(1)的回转动作；

手腕回转组件(8)与手腕接口(9)固定，实现手腕接口(9)的回转动作；

大臂(4)的第一端点(A)和大臂推杆(11)的第一端点(F)分别销接在机架(3)上，大臂推杆(11)的第二端点(E)与大臂(4)销接；大臂推杆(11)沿自身的长度方向伸长或收缩动作使得大臂(4)沿大臂(4)的第一端点(A)形成的轴线进行俯仰动作；

小臂(7)销接在大臂(4)的第二端点(B)上，小臂推杆(10)第一端点(G)销接在机架(3)上，小臂推杆(10)的第二端点与小臂(7)的第一端点(C)销接；小臂推杆(10)沿自身的长度方向伸长或收缩动作使得小臂(7)沿大臂(4)的第二端点(B)形成的轴线进行俯仰动作；

手腕俯仰推杆(5)的第一端点(O)销接在机架(3)上、第二端点销接于平衡板(12)的第一端点(P)，平衡板(12)与小臂(7)、大臂(4)共同销接在大臂(4)的第二端点(B)上，平衡板(12)的第二端点与前连杆(6)的第一端点(Q)销接在一起，同时前连杆(6)的第二端点与手腕回转组件(8)的第一端点(R)销接，手腕回转组件(8)的第二端点(D)与小臂(7)的第二端点销接；手腕俯仰推杆(5)沿自身长度方向伸长或收缩动作使得手腕回转组件(8)沿手腕回转组件(8)的第二端点(D)形成的轴线进行俯仰动作。

2.根据权利要求1所述的一种五自由度机械臂，其特征在于，上述五自由度机械臂有两种工作模式：

在第一种工作模式中，设定手腕俯仰推杆(5)的长度OP与大臂(4)的长度AB相同且保持不变，在几何上使得大臂(4)的第一端点(A)、手腕俯仰推杆(5)的第一端点(O)之间长度AO与大臂(4)的第二端点(B)、平衡板(12)的第一端点(P)之间长度BP相等，由此四个端点之间形成平行四边形ABPO连杆结构；同时，小臂(7)、前连杆(6)、手腕回转组件(8)和平衡板(12)之间，在几何上使得手腕回转组件(8)的第二端点(D)、手腕回转组件(8)的第一端点(R)之间长度DR与大臂(4)的第二端点(B)、前连杆(6)的第一端点(Q)之间长度BQ相等，大臂(4)的第二端点(B)、手腕回转组件(8)的第二端点(D)之间长度BD与前连杆(6)的第一端点(Q)、手腕回转组件(8)的第一端点(R)之间长度QR相等，由此四个端点之间形成平行四边形BDRQ连杆结构；通过这两个平行四边形ABPO和BDRQ连杆结构能够保证手腕接口(9)保持姿态不变，从而实现手腕接口(9)在垂直平面内具有两个自由度的平动；

在第二种工作模式中，在上述的ABPO四边形中，大臂(4)的第一端点(A)、手腕俯仰推杆(5)的第一端点(O)之间的长度AO与大臂(4)的第二端点(B)、平衡板(12)的第一端点(P)之间的长度BP仍旧相等，手腕俯仰推杆(5)的长度OP通过手腕俯仰推杆(5)的伸长和收缩改变；单独变化大臂推杆(11)的长度EF或者小臂推杆(10)的长度CG，则将引起手腕接口(9)在垂直平面内进行单自由度的摆动；单独变化手腕俯仰推杆(5)的长度OP，则将引起手腕接口(9)绕手腕回转组件(8)的第二端点(D)形成的轴线转动；大臂推杆(11)、小臂推杆(10)以及手腕俯仰推杆(5)联动，实现手腕接口(9)在垂直平面内任意位置的平动与转动。

3.根据权利要求1所述的一种五自由度机械臂，其特征在于，单独动作所述大臂推杆(11)、小臂推杆(10)或者手腕俯仰推杆(5)能实现手腕接口(9)沿某一轴线的摆动；大臂推杆(11)和小臂推杆(10)联动，或者大臂推杆(11)、小臂推杆(10)和手腕俯仰推杆(5)联动，能够实现手腕接口(9)沿包括重力方向在内的合成运动，在重力方向的做功由大臂推杆(11)和小臂推杆(10)共同分担实现。

4.根据权利要求1-3任一项所述的一种五自由度机械臂，其特征在于，所述的大臂推杆(11)、小臂推杆(10)和手腕俯仰推杆(5)由直线传动器件实现。