本實用新型涉及機(jī)器人領(lǐng)域，具體說是一種用于精確定位的串并混聯(lián)機(jī)械臂。

背景技術(shù)：

串聯(lián)機(jī)構(gòu)廣泛用于機(jī)械手、機(jī)器人，其優(yōu)點(diǎn)是工作范圍大，缺點(diǎn)是用逆解算法進(jìn)行位姿控制非常復(fù)雜，實際運(yùn)用時需要事先采用示教方式，取得到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)的控制參數(shù)，使得在工作時需要隨機(jī)地、頻繁地變換目標(biāo)點(diǎn)的場合，無法使用。并聯(lián)機(jī)構(gòu)工作范圍相對較小，但用逆解算法進(jìn)行位姿控制比較簡單，可以隨時通過控制系統(tǒng)發(fā)出指令，使其到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)。本實用新型的思路是將串聯(lián)機(jī)構(gòu)和并聯(lián)機(jī)構(gòu)混合組合成機(jī)械臂，工作時首先利用串聯(lián)機(jī)構(gòu)工作范圍大的特性，將末端執(zhí)行器移動到目標(biāo)點(diǎn)附近，再通過指令操作并聯(lián)機(jī)構(gòu)，將末端執(zhí)行器精確定位。這種機(jī)械臂有望廣泛用于人機(jī)協(xié)同機(jī)械手、裝配機(jī)械手、醫(yī)療器械、采樣和光學(xué)儀器等。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的，是提供一種串聯(lián)機(jī)構(gòu)和并聯(lián)機(jī)構(gòu)混合組合成的機(jī)械臂，其工作范圍大、控制簡單、定位精確。用于人機(jī)協(xié)同機(jī)械手、醫(yī)療器械等領(lǐng)域。

為實現(xiàn)這個目的，本實用新型所采取的技術(shù)方案如下：

一種串并混聯(lián)機(jī)械臂，主要由桿件、回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、并聯(lián)六自由度平臺構(gòu)成，其特征是：回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)由芯軸和外套筒組成，外套筒可以圍繞芯軸轉(zhuǎn)動，若干桿件通過回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)連接成為一個桿狀串聯(lián)機(jī)構(gòu)，連接方法是第一桿件的末端固定在第一回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的芯軸上，第二桿件的前端固定在上述第一回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的外套筒上，第二桿件的末端固定在第二回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的芯軸上；其他的桿件和回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)都以上述方法依次連接；機(jī)械臂中的回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的數(shù)量比桿件的數(shù)量少一個；最后一個桿件的末端與并聯(lián)六自由度平臺的定臺面固定連接；執(zhí)行器固定在并聯(lián)六自由度平臺的動臺面上。

進(jìn)一步的特征是，并聯(lián)六自由度平臺由一個定臺面、6個定球鉸座、一個動臺面、6個動球鉸座、6個兩端為球鉸頭的電動伸縮桿構(gòu)成；構(gòu)成方式是6個定球鉸座固定安裝在定臺面上，6個動球鉸座固定安裝在動臺面上，6個電動伸縮桿兩端的球鉸頭，分別可轉(zhuǎn)動的套裝在6個定球鉸座和6個動球鉸座中。

進(jìn)一步的特征是，電動伸縮桿由1個外套筒、1個電機(jī)、1個螺桿、1個螺母、1個內(nèi)套筒、2個球鉸頭構(gòu)成；構(gòu)成方式是電機(jī)后端固定著一個球鉸頭；電機(jī)前端固定在外套筒后端，電機(jī)軸上固定著螺桿，螺母固定在內(nèi)套筒后端，螺桿穿過螺母形成螺旋副，內(nèi)套筒前端從外套筒前端穿出，內(nèi)套筒前端固定著一個球鉸頭。

這種串并混聯(lián)機(jī)械臂工作過程是這樣的：顯然這種多個桿件用回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)連接構(gòu)成的機(jī)械臂，具有多個自由度，通過各個回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動可以使末端的執(zhí)行器到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)附近，然后通過控制系統(tǒng)向并聯(lián)六自由度平臺發(fā)出移動或轉(zhuǎn)動的指令，平臺上的六個電動伸縮桿則各自伸出或縮回，動臺面產(chǎn)生相應(yīng)運(yùn)動，使固定在動臺面上的執(zhí)行器精確到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)。

本實用新型的有益效果在于：由于采用了多自由度且動作空間大的桿件串聯(lián)機(jī)構(gòu)，與便于控制的并聯(lián)六自由度平臺協(xié)同工作，使得這種機(jī)械臂可以在較大空間內(nèi)，方便、準(zhǔn)確地到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)，特別適用于工作時需要隨機(jī)地、頻繁地變換目標(biāo)點(diǎn)的場合。采用這種機(jī)械臂，可以顯著提高人機(jī)協(xié)同機(jī)械手、醫(yī)療器械等機(jī)構(gòu)的性能。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對本實用新型的結(jié)構(gòu)作詳細(xì)說明：

附圖1是串并混聯(lián)機(jī)械臂的三維結(jié)構(gòu)簡圖。

附圖2是串并混聯(lián)機(jī)械臂中的并聯(lián)六自由度平臺的三維結(jié)構(gòu)簡圖。

附圖3是串并混聯(lián)機(jī)械臂中的電動伸縮桿的軸向剖面圖。

在附圖中，1是第一桿件、2是第一回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、3是第二桿件、4是第二回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、5是第三桿件、6是第三回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、7是第四桿件、8是第四回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、9是第五桿件、10是并聯(lián)六自由度平臺、11是執(zhí)行器、10a是定臺面、10b是定球鉸座、10c是電動伸縮桿、10d是動球鉸座、10e是動臺面、10ca是球鉸頭、10cb是內(nèi)套筒、10cc是外套筒、10cd是螺桿、10ce是螺母、10cf是電機(jī)。

具體實施方式

下面以5段桿件構(gòu)成的機(jī)械臂為例，詳細(xì)說明本實用新型的具體結(jié)構(gòu)。如附圖所示，該串并混聯(lián)機(jī)械臂，主要由桿件、回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、并聯(lián)六自由度平臺構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)是第一桿件1的末端固定在第一回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)2的芯軸上；第二桿件3的前端固定在上述第一回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)2的外套筒上，第二桿件3的末端固定在第二回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)4的芯軸上；第三桿件5的前端固定在上述第二回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)4的外套筒上，第三桿件5的末端固定在第三回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)6的芯軸上；第四桿件7的前端固定在第三回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)6的外套筒上，第四桿件7的末端固定在第四回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)8的芯軸上；第五桿件9的前端固定在第四回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)8的外套筒，第五桿件9的末端與并聯(lián)六自由度平臺10的定臺面10a固定連接；執(zhí)行器11固定在并聯(lián)六自由度平臺10的動臺面10e上。并聯(lián)六自由度平臺10由一個定臺面10a、6個定球鉸座10b、一個動臺面10e、6個動球鉸座10d、6個兩端為球鉸頭的電動伸縮桿10c構(gòu)成。構(gòu)成方式是6個定球鉸座10b固定安裝在定臺面10a上，6個動球鉸座10d固定安裝在動臺面10e上，6個電動伸縮桿10c兩端的球鉸頭10a，分別可轉(zhuǎn)動的套裝在6個定球鉸座10b和6個動球鉸座10d中。電動伸縮桿10c的具體結(jié)構(gòu)是由1個外套筒10cc、1個電機(jī)10cf、1個螺桿10cd、1個螺母10ce、1個內(nèi)套筒10cb、2個球鉸頭10ca構(gòu)成；構(gòu)成方式是電機(jī)10cf后端固定著一個球鉸頭10ca。電機(jī)10cf前端固定在外套筒10cc后端，電機(jī)10cf軸上固定著螺桿10cd，螺母10ce固定在內(nèi)套筒10cb后端，螺桿10cd穿過螺母10ce形成螺旋副，內(nèi)套筒10cb前端從外套筒10cc前端穿出，內(nèi)套筒10cb前端固定著一個球鉸頭10ca。

以上所述僅為本實用新型的一種較佳實施例，并不用于限制本實用新型，凡在本實用新型思路和原則之內(nèi)所做的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均包含于本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。