一種4自由度串並聯混合重載機械臂的製作方法
2023-04-25 06:58:51
專利名稱：一種4自由度串並聯混合重載機械臂的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種機械臂，特別涉及一種串並聯混合機械臂。
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智慧財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，應用連杆機構較為普遍。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，並聯機械手工作空間小，但承載能力高。 由於串聯和並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，那麼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，它由兩平動自由度並聯機構、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迴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迴轉，三個驅動軸採用同軸布置，能減少運動部件的質量。然而，現有的混聯機械手不是基於重載來設計的，不適用於重載物體的搬運工作。
發明內容
本發明的目的在於提供一種承載能力高、工作空間大、易於實時控制的4自由度串並聯混合重載機械臂。機架可以固定在地面上，也可以與履帶裝置固連。在機架上中部設有一個迴轉裝置，上述機架通過迴轉裝置與上架相連，該上架的上部兩側設有平行的立板， 該立板上設有4對相對應的通孔，其一端的通孔通過鉸鏈與大臂下端連接，該大臂的上端通過鉸鏈與小臂的一端連接，該小臂的另一端通過鉸鏈與末端執行器的一個支點連接，該執行器可以是多種結構，如鏟鬥、抓手裝卡等。上述小臂的中部通過鉸鏈分別與一對小臂油缸的活塞杆端部連接，該一對小臂油缸的缸套分別通過鉸鏈與上架另一端的通孔連接； 上述大臂中部通過鉸鏈分別與一對大臂油缸的缸套端部連接，該一對大臂油缸的活塞杆端部分別通過鉸鏈與上架和小臂油缸相鄰的通孔連接；上架餘下通孔通過鉸鏈分別與一對支撐杆下端連接，該一對支撐杆的上端分別通過一對鉸鏈與一對搖杆連接；該一對搖杆還分別通過另一對鉸鏈與一對末端執行器油缸的活塞杆端部相連。該末端執行器油缸的缸套端部通過鉸鏈與末端執行器另一支點相連；上述對稱的一對搖杆通過鉸鏈與大臂中部相連， 並且該搖杆上的三個鉸鏈呈三角形分布。上架可相對於機架整周迴轉，本發明工作空間大大增加。通過設計不同的末端執行器，該機械手可以用於重物抓放和挖掘等功能。在保證杆件數目和杆件之間連接關係不變的情況下，各杆的尺寸和形狀可以根據實際情況合理設計。當本發明末端執行器接近物體時，末端執行器油缸的大腔進油，活塞杆伸長，開始工作，而後，末端執行器油缸鎖緊，小臂油缸大腔進油，活塞杆伸出，使得末端執行器舉升。 到卸載位置時，末端執行器油缸的小腔進油，大腔卸荷，活塞杆縮進。末端執行器轉動，實現卸載。大臂油缸調整大臂的擺角，小臂油缸調整小臂的擺角。本發明與現有技術相比具有如下優點
(1)克服了串聯機械手承載能力低，一般只能抓放一些較輕物體的缺點，本機械手具有更好的剛度，承載能力高。(2)克服了並聯機械手工作空間小的缺點，本機械手可以在較大的工作空間內對重物進行抓放操作，或實現重載挖掘功能。(3)本機械手運動正、反解求解容易，易於實現實時控制。
圖1是本發明的立體示意簡圖。圖2是本發明挖掘使用狀態立體示意簡圖。圖3是本發明抓取使用狀態立體示意簡圖。
具體實施例方式在圖1所示的一種4自由度串並聯混合重載機械臂立體示意簡圖中，機架1上中部設有一個圓柱體形狀的迴轉裝置2，上述機架通過迴轉裝置與上架3相連。上架兩側設有平行的立板，該立板上設有4對相對應的通孔，其一端的通孔通過鉸鏈與大臂4下端連接， 該大臂的上端通過鉸鏈與小臂5的一端連接，該小臂的另一端通過鉸鏈與末端執行器6連接。上述小臂的中部通過鉸鏈與小臂油缸7的活塞杆連接，該小臂油缸的缸套通過鉸鏈與上架另一端的通孔連接；上述大臂中部通過鉸鏈與大臂油缸8的缸套連接，該大臂油缸的活塞杆通過鉸鏈與上架和小臂油缸相鄰的通孔連接；上架餘下通孔通過鉸鏈與支撐杆9下端連接，該支撐杆的上端與搖杆10連接；上述末端執行器油缸11的活塞杆與上述搖杆鉸接，該末端執行器油缸的缸套與末端執行器另一鉸接點相連；上述搖杆通過鉸鏈與大臂中部相連，並且該搖杆上的三個鉸鏈呈三角形分布。在圖2所示的本發明挖掘使用狀態立體示意簡圖中，機架與履帶裝置固連，末端執行器為鏟鬥結構，杆件間的連接關係與圖1相同。在圖3所示的本發明抓取使用狀態立體示意簡圖中，機架固定在地面上，末端執行器為抓手裝卡結構，其它結構與圖1相同。
權利要求
1. 一種4自由度串並聯混合重載機械臂，其特徵在於在機架上中部設有一個迴轉裝置，上述機架通過迴轉裝置與上架相連，該上架的上部兩側設有平行的立板，該立板上設有 4對相對應的通孔，其一端的通孔通過鉸鏈與大臂下端連接，該大臂的上端通過鉸鏈與小臂的一端連接，該小臂的另一端通過鉸鏈與末端執行器的一個支點連接，上述小臂的中部通過鉸鏈分別與一對小臂油缸的活塞杆端部連接，該一對小臂油缸的缸套分別通過鉸鏈與上架另一端的通孔連接；上述大臂中部通過鉸鏈分別與一對大臂油缸的缸套端部連接，該一對大臂油缸的活塞杆端部分別通過鉸鏈與上架和小臂油缸相鄰的通孔連接；上架餘下通孔通過鉸鏈分別與一對支撐杆下端連接，該一對支撐杆的上端分別通過一對鉸鏈與一對搖杆連接；該一對搖杆還分別通過另一對鉸鏈與一對末端執行器油缸的活塞杆端部相連，該末端執行器油缸的缸套端部通過鉸鏈與末端執行器另一支點相連；上述對稱的一對搖杆通過鉸鏈與大臂中部相連，並且該搖杆上的三個鉸鏈呈三角形分布。
全文摘要
一種4自由度串並聯混合重載機械臂結構，其機架與上架相連，且上架能相對於機架整周迴轉，上架與大臂下端鉸接，該大臂的上端與小臂的一端鉸接，該小臂的另一端與末端執行器的一個支點鉸接，上述小臂中部分別與一對小臂油缸的活塞杆端部鉸接，該小臂油缸的缸套分別與上架另一端的通孔鉸接；上述大臂中部分別與一對大臂油缸的缸套端部鉸接，該大臂油缸的活塞杆端部分別與上架連接；支撐杆下端與上架鉸接，該一對支撐杆的上端分別與一對搖杆鉸接；該搖杆還分別通過另一對鉸鏈與一對末端執行器油缸的活塞杆端部相連，該末端執行器油缸的缸套端部與末端執行器另一支點相連；上述對稱的一對搖杆與大臂中部鉸連，並且該搖杆上的三個鉸鏈呈三角形分布。本發明具有高承載能力、工作空間大、運動正、易於反解求解和實現實時控制的優點。
文檔編號B25J9/08GK102357897SQ20111026686
公開日2012年2月22日 申請日期2011年9月9日 優先權日2011年9月9日
發明者丁華鋒, 曹文熬, 楊鳳霞, 陳誼超 申請人:燕山大學