專利名稱：一種含有加長臂和復(fù)鉸的三自由度多環(huán)耦合機構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種機械臂，特別是ー種含加長臂和復(fù)鉸的三自由度多環(huán)耦合機構(gòu)。
背景技術(shù)：
機構(gòu)是機器裝備的核心，機構(gòu)的創(chuàng)新一直是機器裝備創(chuàng)新的關(guān)鍵，開發(fā)相應(yīng)的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的機構(gòu)對提高我國機械裝備的科技水平核心競爭カ非常重要。實現(xiàn)挖掘、 抓取、搬運等功能工作裝置，應(yīng)用連桿機構(gòu)較為普遍。常用的串聯(lián)機械手，工作空間大，但承載能力低，只能抓取、搬運ー些較輕的物體。相反，并聯(lián)機械手工作空間小，但承載能力高。 由于串聯(lián)和并聯(lián)機械手的優(yōu)勢有互補性，如果能有效的結(jié)合兩者的優(yōu)點來設(shè)計出混聯(lián)機械手，或者說是多環(huán)耦合機構(gòu)，那么這種機械手的性能會更優(yōu)越。中國專利CN03105161. 8涉及ー種四自由度混聯(lián)機器人，它由兩平動自由度并聯(lián)機構(gòu)、與之串聯(lián)的兩轉(zhuǎn)動自由度轉(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。中國專利CN200610015114. 9公開了 ー種可實現(xiàn)整周回轉(zhuǎn)的四自由度混聯(lián)抓放式機器人機構(gòu)，該機構(gòu)的執(zhí)行裝置能實現(xiàn)整周回轉(zhuǎn)，三個驅(qū)動軸采用同軸布置，能減少運動部件的質(zhì)量。然而，現(xiàn)有的混聯(lián)機械手多不是基于重載來設(shè)計的，不適用于重載物體的搬運工作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供ー種工作空間大、易于實時控制、適用于重載場合的含有加長臂和復(fù)鉸的三自由度多環(huán)耦合機構(gòu)。底座上設(shè)有三對平行対稱的基座，其中間的ー對基座通過鉸鏈與大臂的一端連接，該大臂的另一端通過鉸鏈與加長臂的中部連接，該加長臂的一端通過鉸鏈與一個拉桿的一端連接，該拉桿的另一端通過鉸鏈與底座一端的ー對基座連接，或者上述一個拉桿也可以是ー對拉桿；上述加長臂的另一端通過鉸鏈與小臂的中部連接，該小臂的一端通過鉸鏈與末端執(zhí)行器上的ー個部位連接；其另一端通過鉸鏈與一對小臂油缸的活塞桿端部連接，該小臂油缸的缸套端部通過鉸鏈與大臂連接，或者ー對小臂油缸可以用ー個規(guī)格較大的小臂油缸來代替；上述末端執(zhí)行器通過鉸鏈與ー對末端執(zhí)行器油缸的缸套端部連接，上述大臂的ー側(cè)與ー個末端執(zhí)行器油缸的活塞桿端部和一個大臂油缸的活塞桿端部通過鉸鏈連接而構(gòu)成ー個復(fù)合鉸鏈，大臂的另ー側(cè)也通過上述的連接方式形成一個復(fù)合鉸鏈，上述兩個復(fù)合鉸鏈在大臂的兩側(cè)呈對稱布置，該ー對大臂油缸也可用一個規(guī)格較大的油缸來代替；上述大臂油缸的缸套端部通過鉸鏈與底座上另一端的ー對基座連接。上述各油缸的活塞桿和缸套的位置可以互換。從機架到末端執(zhí)行器是由兩個對稱的平面機構(gòu)組成，在每個平面機構(gòu)中，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)實際情況合理變化。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點
(1)具有更好的剛度，克服了傳統(tǒng)串聯(lián)式機械手承載能力低，一般只能抓放一些較輕物體的缺點。
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(2)可以在較大的工作空間內(nèi)對重物進行抓放操作，或?qū)崿F(xiàn)重載挖掘功能，克服了傳統(tǒng)并聯(lián)機械手工作空間小的缺點。(3)采用加長臂增大了機構(gòu)末端件的靈活度和活動范圍。(4)復(fù)合鉸鏈不僅縮減了桿件所占用的空間、提高了大臂的剛度，而且使得機構(gòu)運動正、反解求解容易，進而更容易控制。


圖1是本發(fā)明的立體示意簡圖。圖2是本發(fā)明挖掘使用狀態(tài)立體示意簡圖。圖3是本發(fā)明抓取使用狀態(tài)立體示意簡圖。圖4是本發(fā)明使用單個小臂油缸的立體示意簡圖。附圖中，I-底座，2-大臂，3-加長臂，4-小臂，5-末端執(zhí)行器，6-末端執(zhí)行器油紅，7-大臂油缸，8-小臂油缸，9-拉桿。
具體實施例方式在圖1所示的一種含有加長臂和復(fù)鉸的三自由度多環(huán)耦合機構(gòu)立體示意簡圖中，底座1上設(shè)有三對平行對稱的基座，其中間的一對基座通過鉸鏈R2與大臂2下端連接，該大臂上端通過鉸鏈R3與加長臂3中部連接，該加長臂的一端通過鉸鏈Rll與一個拉桿9的一端連接，該拉桿的另一端通過鉸鏈R9與底座一端的一對基座連接；上述加長臂的另一端通過鉸鏈R4與小臂4的中部連接，該小臂的一端通過鉸鏈R5與末端執(zhí)行器5上的一個部位連接；其另一端通過鉸鏈RlO與一對小臂油缸8的活塞桿端部連接，該小臂油缸的缸套端部通過鉸鏈R8與大臂連接；上述末端執(zhí)行器5通過鉸鏈R6與一對末端執(zhí)行器油缸6的缸套端部連接，上述大臂2的一側(cè)與一個末端執(zhí)行器油缸6的活塞桿端部和一個大臂油缸7的活塞桿端部通過鉸鏈連接而構(gòu)成一個復(fù)合鉸鏈，大臂的另一側(cè)也通過上述的連接方式形成一個復(fù)合鉸鏈，上述兩個復(fù)合鉸鏈在大臂的兩側(cè)呈對稱布置；上述大臂油缸的缸套端部通過鉸鏈R7與底座上另一端的一對基座連接。在圖2所示的本發(fā)明挖掘使用狀態(tài)立體示意簡圖中，末端執(zhí)行器為鏟斗結(jié)構(gòu)，其它桿件連接關(guān)系與圖1相同。在圖3所示的本發(fā)明抓取使用狀態(tài)立體示意簡圖中，末端執(zhí)行器為抓手裝卡結(jié)構(gòu)，其它桿件連接關(guān)系與圖1相同。在圖4所示的本發(fā)明使用單個小臂油缸立體示意簡圖中，上述小臂4中部通過鉸鏈與一個小臂油缸8活塞桿端部連接，該小臂油缸的缸套端部通過鉸鏈與大臂2中部連接，其它桿件連接關(guān)系與圖1相同。
權(quán)利要求
1.ー種含有加長臂和復(fù)鉸的三自由度多環(huán)耦合機構(gòu)，其特征在于底座(1)上設(shè)有三對平行対稱的基座，其中間的ー對基座通過鉸鏈與大臂(2)的一端連接，該大臂(2)的另ー 端通過鉸鏈與加長臂(3)的中部連接，該加長臂(3)的一端通過鉸鏈與一個拉桿(9)的一端連接，該拉桿(9)的另一端通過鉸鏈與底座(1) 一端的ー對基座連接；上述加長臂(3)的另一端通過鉸鏈與小臂(4)的中部連接，該小臂(4)的一端通過鉸鏈與末端執(zhí)行器(5)上的一個部位連接；其另一端通過鉸鏈分別與ー對小臂油缸(8)的活塞桿端部連接，該小臂油缸 (8 )的缸套端部通過鉸鏈與大臂(2 )連接；上述末端執(zhí)行器(5 )分別通過鉸鏈與ー對末端執(zhí)行器油缸(6)的缸套端部連接，大臂(2)的ー側(cè)與ー個末端執(zhí)行器油缸(6)的活塞桿端部和ー個大臂油缸(7)的活塞桿端部通過鉸鏈連接而構(gòu)成ー個復(fù)合鉸鏈，上述大臂(2)的另 ー側(cè)也通過上述的連接方式形成一個復(fù)合鉸鏈，上述兩個復(fù)合鉸鏈在大臂的兩側(cè)呈對稱布置；上述大臂油缸(7)的缸套端部通過鉸鏈與底座(1)上另一端的ー對基座連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的ー種含有加長臂和復(fù)鉸的三自由度多環(huán)耦合機構(gòu)，其特征在于上述ー對小臂油缸(8)可以用ー個規(guī)格較大的小臂油缸來代替，上述ー對大臂油缸 (7)可以用ー個規(guī)格較大的大臂油缸代替，上述一個拉桿(9)可以是ー對拉桿。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的ー種含有加長臂和復(fù)鉸的三自由度多環(huán)耦合機構(gòu)，其特征在于上述各油缸的活塞桿和缸套的位置可以互換。
全文摘要
一種含有加長臂和復(fù)鉸的三自由度多環(huán)耦合機構(gòu)，底座上設(shè)有三對平行對稱的基座，其中間的一對基座與大臂一端連接，該大臂另一端與加長臂中部連接，該加長臂一端與一個拉桿一端連接，該拉桿另一端與基座連接；上述加長臂另一端與小臂中部連接，該小臂一端與末端執(zhí)行器的一個部位連接；其另一端與小臂油缸的活塞桿端部連接，該小臂油缸的缸套與大臂連接；上述末端執(zhí)行器與末端執(zhí)行器油缸的缸套連接，該末端執(zhí)行器油缸的活塞桿與大臂油缸的活塞桿端部在上述大臂中部兩側(cè)分別通過鉸鏈連接而構(gòu)成兩個對稱分布的復(fù)鉸；上述大臂油缸的缸套端部與另一端的基座連接。本發(fā)明簡化了機構(gòu)本身所占空間，且工作空間大、承載能力高、方便實現(xiàn)實時控制。
文檔編號B25J17/00GK102554908SQ20111044429
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月27日
發(fā)明者丁華鋒, 曹宇, 曹文熬, 楊鳳霞, 陳誼超 申請人:燕山大學(xué)