[发明专利]五自由度机械臂

说明书

技术领域

本发明涉及一种机械技术领域的机械臂装置，具体地，涉及一种五自由度机械臂。

背景技术

工业自动化生产领域多采用专用机器或机械臂实现物料的搬运、焊接和组装等作业，以提高作业质量和作业效率。不同的生产要求和不同的物料使得这些设备形态各异。相对于专用机器，机械臂占地面积小，结构简单，操作灵活，可实现柔性作业，在搬运、焊接和组装等领域获得了普遍的应用。机械臂的结构形式中比较有代表性的如通用关节型工业机械臂，或者SCARA形平面坐标机械臂等。根据作业的复杂程度，通常用4-6个自由度实现搬运、焊接和组装功能。机械臂的自由度少，动作的复杂程度就低，实现的作业功能就单一。另一方面，机械臂的自由度多，实现的作业功能就复杂。但是在进行一些简单动作时，多自由度机械臂往往无法直接进行减自由度简化操作，存在功能及成本的浪费，无法做到更加柔性灵活地应对应用变化。因此，有必要发明一种多功能的多自由度机械臂(如五自由度)，既可以进行较为复杂的作业，又可以简单的实现减自由度结构(如降低到四自由度)，以灵活的满足生产及成本的要求。

经对现有技术的文献检索发现，专利号为2014105887365，名称为“联动码垛机器臂”的中国专利提出一种两推杆结构的四自由度的联动码垛机器人，其机架与大臂、后连杆、大臂推杆以及小臂推杆销接，大臂推杆的另一个端点与大臂销接，大臂推杆以及小臂推杆的联动可以带动大臂与小臂的俯仰运动，从而实现手腕接口在垂直平面内的合成运动。该专利通过机架、大臂、后连杆、平衡板之间形成的第一个平行四边形，以及小臂、前连杆、平衡板、手腕接口之间形成的第二个平行四边形保证了手腕接口始终保持姿态不变。然而，这种两个自由度的耦合运动不能实现手腕接口的俯仰动作，不能实现非水平面方向的工作要求。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种五自由度机械臂，可以实现两种功能的机械臂运动模式，同时采用了模块化设计思想，降低了零件种类和维护成本。

为实现以上目的，本发明提供一种五自由度机械臂，包括：底座、底座回转组件、机架、大臂、手腕俯仰推杆、前连杆、小臂、手腕回转组件、手腕接口、小臂推杆、大臂推杆、平衡板，其中：

底座回转组件连接底座和机架，实现机架相对于底座的回转动作；

手腕回转组件与手腕接口固定，实现手腕接口的回转动作；

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

小臂销接在大臂的第二端点B上，小臂推杆第一端点G销接在机架上，小臂推杆的第二端点与小臂的第一端点C销接；小臂推杆沿自身的长度方向伸长或收缩动作使得小臂沿大臂的第二端点B形成的轴线进行俯仰动作；

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

本发明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，设定手腕俯仰推杆的长度OP与大臂的长度AB相同且保持不变，在几何上使得大臂的第一端点A、手腕俯仰推杆的第一端点O之间长度AO与大臂的第二端点B、平衡板的第一端点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、前连杆、手腕回转组件和平衡板之间，在几何上使得手腕回转组件的第二端点D、手腕回转组件的第一端点R之间长度DR与大臂的第二端点B、前连杆的第一端点Q之间长度BQ相等，大臂的第二端点B、手腕回转组件的第二端点D之间长度BD与前连杆的第一端点Q、手腕回转组件的第一端点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保持姿态不变，从而实现手腕接口在垂直平面内具有两个自由度的平动；