專利名稱：一種4自由度串并聯(lián)混合重載機(jī)械臂的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種機(jī)械臂，特別涉及一種串并聯(lián)混合機(jī)械臂。
背景技術(shù)：
機(jī)構(gòu)是機(jī)器裝備的核心，機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新一直是機(jī)器裝備創(chuàng)新的關(guān)鍵，開(kāi)發(fā)相應(yīng)的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的機(jī)構(gòu)對(duì)提高我國(guó)機(jī)械裝備的科技水平核心競(jìng)爭(zhēng)力非常重要。實(shí)現(xiàn)挖掘、 抓取、搬運(yùn)等功能工作裝置，應(yīng)用連桿機(jī)構(gòu)較為普遍。常用的串聯(lián)機(jī)械手，工作空間大，但承載能力低，只能抓取、搬運(yùn)一些較輕的物體。相反，并聯(lián)機(jī)械手工作空間小，但承載能力高。 由于串聯(lián)和并聯(lián)機(jī)械手的優(yōu)勢(shì)有互補(bǔ)性，如果能有效的結(jié)合兩者的優(yōu)點(diǎn)來(lái)設(shè)計(jì)出混聯(lián)機(jī)械手，或者說(shuō)是多環(huán)耦合機(jī)構(gòu)，那么這種機(jī)械手的性能會(huì)更優(yōu)越。中國(guó)專利CN03105161. 8涉及一種四自由度混聯(lián)機(jī)器人，它由兩平動(dòng)自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)、與之串聯(lián)的兩轉(zhuǎn)動(dòng)自由度轉(zhuǎn)頭結(jié)構(gòu)、以及安裝在所述轉(zhuǎn)頭結(jié)構(gòu)上的末端執(zhí)行器構(gòu)成。中國(guó)專利CN200610015114. 9公開(kāi)了一種可實(shí)現(xiàn)整周回轉(zhuǎn)的四自由度混聯(lián)抓放式機(jī)器人機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)的執(zhí)行裝置能實(shí)現(xiàn)整周回轉(zhuǎn)，三個(gè)驅(qū)動(dòng)軸采用同軸布置，能減少運(yùn)動(dòng)部件的質(zhì)量。然而，現(xiàn)有的混聯(lián)機(jī)械手不是基于重載來(lái)設(shè)計(jì)的，不適用于重載物體的搬運(yùn)工作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種承載能力高、工作空間大、易于實(shí)時(shí)控制的4自由度串并聯(lián)混合重載機(jī)械臂。機(jī)架可以固定在地面上，也可以與履帶裝置固連。在機(jī)架上中部設(shè)有一個(gè)回轉(zhuǎn)裝置，上述機(jī)架通過(guò)回轉(zhuǎn)裝置與上架相連，該上架的上部?jī)蓚?cè)設(shè)有平行的立板， 該立板上設(shè)有4對(duì)相對(duì)應(yīng)的通孔，其一端的通孔通過(guò)鉸鏈與大臂下端連接，該大臂的上端通過(guò)鉸鏈與小臂的一端連接，該小臂的另一端通過(guò)鉸鏈與末端執(zhí)行器的一個(gè)支點(diǎn)連接，該執(zhí)行器可以是多種結(jié)構(gòu)，如鏟斗、抓手裝卡等。上述小臂的中部通過(guò)鉸鏈分別與一對(duì)小臂油缸的活塞桿端部連接，該一對(duì)小臂油缸的缸套分別通過(guò)鉸鏈與上架另一端的通孔連接； 上述大臂中部通過(guò)鉸鏈分別與一對(duì)大臂油缸的缸套端部連接，該一對(duì)大臂油缸的活塞桿端部分別通過(guò)鉸鏈與上架和小臂油缸相鄰的通孔連接；上架余下通孔通過(guò)鉸鏈分別與一對(duì)支撐桿下端連接，該一對(duì)支撐桿的上端分別通過(guò)一對(duì)鉸鏈與一對(duì)搖桿連接；該一對(duì)搖桿還分別通過(guò)另一對(duì)鉸鏈與一對(duì)末端執(zhí)行器油缸的活塞桿端部相連。該末端執(zhí)行器油缸的缸套端部通過(guò)鉸鏈與末端執(zhí)行器另一支點(diǎn)相連；上述對(duì)稱的一對(duì)搖桿通過(guò)鉸鏈與大臂中部相連， 并且該搖桿上的三個(gè)鉸鏈呈三角形分布。上架可相對(duì)于機(jī)架整周回轉(zhuǎn)，本發(fā)明工作空間大大增加。通過(guò)設(shè)計(jì)不同的末端執(zhí)行器，該機(jī)械手可以用于重物抓放和挖掘等功能。在保證桿件數(shù)目和桿件之間連接關(guān)系不變的情況下，各桿的尺寸和形狀可以根據(jù)實(shí)際情況合理設(shè)計(jì)。當(dāng)本發(fā)明末端執(zhí)行器接近物體時(shí)，末端執(zhí)行器油缸的大腔進(jìn)油，活塞桿伸長(zhǎng)，開(kāi)始工作，而后，末端執(zhí)行器油缸鎖緊，小臂油缸大腔進(jìn)油，活塞桿伸出，使得末端執(zhí)行器舉升。 到卸載位置時(shí)，末端執(zhí)行器油缸的小腔進(jìn)油，大腔卸荷，活塞桿縮進(jìn)。末端執(zhí)行器轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)卸載。大臂油缸調(diào)整大臂的擺角，小臂油缸調(diào)整小臂的擺角。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)
(1)克服了串聯(lián)機(jī)械手承載能力低，一般只能抓放一些較輕物體的缺點(diǎn)，本機(jī)械手具有更好的剛度，承載能力高。(2)克服了并聯(lián)機(jī)械手工作空間小的缺點(diǎn)，本機(jī)械手可以在較大的工作空間內(nèi)對(duì)重物進(jìn)行抓放操作，或?qū)崿F(xiàn)重載挖掘功能。(3)本機(jī)械手運(yùn)動(dòng)正、反解求解容易，易于實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制。


圖1是本發(fā)明的立體示意簡(jiǎn)圖。圖2是本發(fā)明挖掘使用狀態(tài)立體示意簡(jiǎn)圖。圖3是本發(fā)明抓取使用狀態(tài)立體示意簡(jiǎn)圖。
具體實(shí)施例方式在圖1所示的一種4自由度串并聯(lián)混合重載機(jī)械臂立體示意簡(jiǎn)圖中，機(jī)架1上中部設(shè)有一個(gè)圓柱體形狀的回轉(zhuǎn)裝置2，上述機(jī)架通過(guò)回轉(zhuǎn)裝置與上架3相連。上架兩側(cè)設(shè)有平行的立板，該立板上設(shè)有4對(duì)相對(duì)應(yīng)的通孔，其一端的通孔通過(guò)鉸鏈與大臂4下端連接， 該大臂的上端通過(guò)鉸鏈與小臂5的一端連接，該小臂的另一端通過(guò)鉸鏈與末端執(zhí)行器6連接。上述小臂的中部通過(guò)鉸鏈與小臂油缸7的活塞桿連接，該小臂油缸的缸套通過(guò)鉸鏈與上架另一端的通孔連接；上述大臂中部通過(guò)鉸鏈與大臂油缸8的缸套連接，該大臂油缸的活塞桿通過(guò)鉸鏈與上架和小臂油缸相鄰的通孔連接；上架余下通孔通過(guò)鉸鏈與支撐桿9下端連接，該支撐桿的上端與搖桿10連接；上述末端執(zhí)行器油缸11的活塞桿與上述搖桿鉸接，該末端執(zhí)行器油缸的缸套與末端執(zhí)行器另一鉸接點(diǎn)相連；上述搖桿通過(guò)鉸鏈與大臂中部相連，并且該搖桿上的三個(gè)鉸鏈呈三角形分布。在圖2所示的本發(fā)明挖掘使用狀態(tài)立體示意簡(jiǎn)圖中，機(jī)架與履帶裝置固連，末端執(zhí)行器為鏟斗結(jié)構(gòu)，桿件間的連接關(guān)系與圖1相同。在圖3所示的本發(fā)明抓取使用狀態(tài)立體示意簡(jiǎn)圖中，機(jī)架固定在地面上，末端執(zhí)行器為抓手裝卡結(jié)構(gòu)，其它結(jié)構(gòu)與圖1相同。
權(quán)利要求
1. 一種4自由度串并聯(lián)混合重載機(jī)械臂，其特征在于在機(jī)架上中部設(shè)有一個(gè)回轉(zhuǎn)裝置，上述機(jī)架通過(guò)回轉(zhuǎn)裝置與上架相連，該上架的上部?jī)蓚?cè)設(shè)有平行的立板，該立板上設(shè)有 4對(duì)相對(duì)應(yīng)的通孔，其一端的通孔通過(guò)鉸鏈與大臂下端連接，該大臂的上端通過(guò)鉸鏈與小臂的一端連接，該小臂的另一端通過(guò)鉸鏈與末端執(zhí)行器的一個(gè)支點(diǎn)連接，上述小臂的中部通過(guò)鉸鏈分別與一對(duì)小臂油缸的活塞桿端部連接，該一對(duì)小臂油缸的缸套分別通過(guò)鉸鏈與上架另一端的通孔連接；上述大臂中部通過(guò)鉸鏈分別與一對(duì)大臂油缸的缸套端部連接，該一對(duì)大臂油缸的活塞桿端部分別通過(guò)鉸鏈與上架和小臂油缸相鄰的通孔連接；上架余下通孔通過(guò)鉸鏈分別與一對(duì)支撐桿下端連接，該一對(duì)支撐桿的上端分別通過(guò)一對(duì)鉸鏈與一對(duì)搖桿連接；該一對(duì)搖桿還分別通過(guò)另一對(duì)鉸鏈與一對(duì)末端執(zhí)行器油缸的活塞桿端部相連，該末端執(zhí)行器油缸的缸套端部通過(guò)鉸鏈與末端執(zhí)行器另一支點(diǎn)相連；上述對(duì)稱的一對(duì)搖桿通過(guò)鉸鏈與大臂中部相連，并且該搖桿上的三個(gè)鉸鏈呈三角形分布。
全文摘要
一種4自由度串并聯(lián)混合重載機(jī)械臂結(jié)構(gòu)，其機(jī)架與上架相連，且上架能相對(duì)于機(jī)架整周回轉(zhuǎn)，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(zhí)行器的一個(gè)支點(diǎn)鉸接，上述小臂中部分別與一對(duì)小臂油缸的活塞桿端部鉸接，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(duì)大臂油缸的缸套端部鉸接，該大臂油缸的活塞桿端部分別與上架連接；支撐桿下端與上架鉸接，該一對(duì)支撐桿的上端分別與一對(duì)搖桿鉸接；該搖桿還分別通過(guò)另一對(duì)鉸鏈與一對(duì)末端執(zhí)行器油缸的活塞桿端部相連，該末端執(zhí)行器油缸的缸套端部與末端執(zhí)行器另一支點(diǎn)相連；上述對(duì)稱的一對(duì)搖桿與大臂中部鉸連，并且該搖桿上的三個(gè)鉸鏈呈三角形分布。本發(fā)明具有高承載能力、工作空間大、運(yùn)動(dòng)正、易于反解求解和實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)B25J9/08GK102357897SQ20111026686
公開(kāi)日2012年2月22日 申請(qǐng)日期2011年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月9日
發(fā)明者丁華鋒, 曹文熬, 楊鳳霞, 陳誼超 申請(qǐng)人:燕山大學(xué)