[实用新型]并联-串联-并联型高负载自重比机械臂

说明书

本实用新型公开了一种并联‑串联‑并联型高负载自重比机械臂，包括基部二自由度并联机构、通过第三旋转副与所述基部二自由度并联机构串联的端部二自由度并联机构以及用于对所述第三旋转副提供旋转力矩的旋转驱动机构。本实用新型的并联‑串联‑并联型高负载自重比机械臂具有结构紧凑灵活、高负载自重比、高强度、高刚度和低惯量等特点，尤其适合于重载多自由度机械臂的应用领域；本实用新型中通过第一驱动机构和第二驱动机构两个动力源来驱动第三连杆工作，能够提供更大的驱动力，且可实现第三连杆的回转与俯仰调节功能；相较于使用单个功率相同的驱动机构，能够提供两倍的驱动力，且结构更加简单、紧凑。

技术领域

本实用新型涉及机器人领域，特别涉及一种并联-串联-并联型高负载自重比机械臂。

背景技术

根据运动链的数目，运动机构可分为串联机构和并联机构。串联机构是指若干个单自由度的基本杆件顺序联接，每一个前置杆件的输出运动是后置杆件的输入，从基座到末端执行器之间只有一条运动链的开环机构；并联机构是指定平台(基座)和动平台(末端执行器)通过至少两个独立的运动链相连接，机构具有两个或两个以上自由度，且以并联方式驱动的一种闭环机构。

串联机构和并联机构各有优缺点：串联机构是典型的机械臂构型，具有工作空间大、运动灵活的特点，但由于其驱动机构安装在各个关节处，从而导致惯量大、负载自重比小等缺点。与串联机构相比，并联机构具有刚度大、负载自重比大、惯量小、精度高等优点，有效地弥补了串联机构的不足，但也存在工作空间小和运动耦合等缺点。

混联机构一般具有串联机构和并联机构的共同优点，性能更加优良。混联机构主要有三种类型：并联-串联，串联-并联，并联-串联-并联。上述三种类型有各自的应用特点。并联-串联构型的混联机构主要应用于机床领域，其中以3自由度并联机构和2自由度串联机构组合的混联机构应用最为成熟。这主要因为机床的末端执行器需要提供较大负载并且同时要兼顾执行器的灵活性，而3自由度并联机构可以提供执行器所需的负载要求并在一定程度上满足工作空间的需求。所以5自由度混联机床的核心部件一般都采用这种构型。串联-并联构型的混联机构主要应用于外科手术、大曲面抛光等领域，这主要因为串联机构能够提供足够大的工作空间并且运动灵活性高，末端的并联机构具有精细的姿态调整功能，更能适用于要求精细化操作的外科手术领域和连续曲率变化的曲面抛光领域。例如专利CN111469121B公开了一种混联型五自由度机械臂，包括：相互串联的一个三自由度串联机构和一个二自由度并联机构，其可实现五自由度的姿态调整，与纯并联机构相比，增大了工作空间，降低了前置驱动部件的功率，但其也存在一些不足：例如其中第三连杆13的俯仰运动是通过单个电机以及对应的驱动连接机构来实现，然后再通过单个电机及对应的驱动连接机构实现第三连杆13的回转运动，单个电机能提供的动力较小，导致末端驱动载荷较低，难以满足负载高的应用场景的需求。

所以，现在有必要提供一种更可靠的方案。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种并联-串联-并联型高负载自重比机械臂。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种并联-串联-并联型高负载自重比机械臂，包括基部二自由度并联机构、通过第三旋转副与所述基部二自由度并联机构串联的端部二自由度并联机构以及用于对所述第三旋转副提供旋转力矩的旋转驱动机构；

所述基部二自由度并联机构包括第一连杆、通过第一旋转副与所述第一连杆连接的第二连杆、通过第二旋转副与所述第二连杆连接的第三连杆、第一球铰副、第一端与所述第一球铰副连接的第一球杆、连接于所述第一球杆的第二端和所述第三连杆之间的第一万向副、第二球铰副、第一端与所述第二球铰副连接的第二球杆、连接于所述第二球杆的第二端和所述第三连杆之间的第二万向副、用于对所述第一球铰副提供驱动力的第一驱动机构以及用于对所述第二球铰副提供驱动力的第二驱动机构；