一种新型五自由度机械手的制作方法

本发明涉及机械手领域，特别指一种新型五自由度机械手。

背景技术：

机械手是最早出现的工业机器人，也是最早出现的现代机器人，它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。衡量机械手性能的最重要的一个参数是自由度，自由度越多表示机械手运动的范围及灵活性越好；机械手一般包括底座、轴臂及夹爪，夹爪通过轴臂连接于底座上，通过底座与轴臂，以及轴臂与夹爪之间的相对运动带动夹爪运动；运动动力部件一般为电机；传统的机械手底座一般直接固定于水平面上，电机装设于底座底部或侧部，电机占用底座较多空间，导致底座体积增大，且底座功能单一，仅具备支撑及带动轴臂整体旋转功能，限制了机械手的自由度；另外，对于传统的机械手，机械手臂是占用空间最大的结构部件，且作为轴臂运动驱动机构的电机一般设置于轴臂侧部；因此，针对机械手臂的结构改进以及电机安装位置的结构改进以及自由度的提高对于机械手的优化和发展具有较重要的意义；另外，传统的夹爪一般包括2个夹块及2个动力机构，两动力机构分别单独的驱动两夹块相对运动，完成夹紧或松开动作；该种结构设计复杂，成本较高；且由于分别对应两夹块采用两套独立的驱动机构，在实际工作过程中，对两套驱动机构的驱动同步性要求高，驱动不同步会直接导致两夹块相对运动出现偏差，影响夹块的运动精准性。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种结构简单，空间占用率低，自由度高，运动稳定性及精准度高的新型五自由度机械手。

本发明采取的技术方案如下：一种新型五自由度机械手，包括底座、旋转部、第一连接部、第一轴臂、第二连接部、第二轴臂、第三连接部、第三轴臂及夹爪机构，其中，上述底座设置于水平面上，旋转部设置于底座上，并在水平面内旋转运动；上述第一连接部设置于旋转部上，并随旋转部旋转运动；上述第一轴臂的下端可转动地连接于第一连接部上，并经第一连接部驱动而旋转运动，第一轴臂的上端设有第二连接部；上述第一轴臂的一端可转动地连接于第一连接部上，并经第一连接部驱动而旋转运动，第一轴臂的另一端设有第二连接部；上述第二轴臂的一端可转动地连接在第二连接部上，并经第二连接部驱动而转动，第二轴臂的另一端设有第三连接部；上述第三轴臂的一端连接在第三连接部上，并经第三连接部驱动而旋转运动，第三轴臂的另一端连接有夹爪机构，第三轴臂驱动夹爪机构旋转运动，以便调整夹爪机构的夹取角度。

优选地，所述的底座包括第一支杆、第一支板、第二支杆及第二支板，其中，上述第一支杆包括至少二根，第一支杆沿第一支板的边沿方向间隔竖直连接于第一支板的下部，以便支撑第一支板；上述第二支杆包括至少二根，第二支杆的上述沿第二支板的边沿间隔竖直连接于第二支板的底部，第二支杆的下端固定于第一支板上，以便悬空支撑第二支板。

优选地，所述的旋转部包括旋转电机及旋转座，其中，上述旋转电机设置于上述第一支板与第二支板之间，并固定于第二支板的底部，旋转电机的输出轴穿过第二支板向上延伸；上述旋转座水平设置于第二支板的上方，旋转座的底部与上述旋转电机的输出轴连接固定，旋转电机驱动旋转座在水平面方向旋转运动。

优选地，所述的第一连接部包括第一支架、第二支架、第一电机及第二电机，其中，上述第一支架及第二支架平行间隔地设置于旋转座上，并沿竖直方向向上延伸；上述第一电机及第二电机分别固定设置于第一支架及第二支架的一侧，且第一电机及第二电机输出轴分别延伸至第一支架及第二支架的另一侧。

优选地，所述的第一轴臂包括第一侧板及第一连杆，其中，上述第一侧板包括二块，两第一侧板平行间隔设置，且通过至少二根第一连杆连接形成整体的转动结构；两第一侧板的下端分别与上述第一电机及第二电机的输出轴连接，第一电机及第二电机驱动第一侧板旋转运动。

优选地，所述的第二连接部包括第二轴臂电机及连板，其中，上述第二轴臂电机设置于上述两第一侧板的上端间隙空间内，第二轴臂电机的输出轴从第二轴臂电机的一侧伸出，第二轴臂电机的输出轴伸入其中一块第一侧板内，并与该第一侧板螺纹连接，第二轴臂电机的另一侧与另一块第一侧板可转动地连接，第二轴臂电机驱动其输出轴旋转时，通过与第一侧板之间的齿传动，使第二轴臂电机在两第一侧板之间旋转运动；上述连板固定连接于第二轴臂电机的端部，以便连接上述第二轴臂。

优选地，所述的第二轴臂包括第二侧板，第二侧板包括二块，两第二侧板平行间隔设置，两第二侧板的一端分别与上述连板固定连接，并经连板带动而随第二轴臂电机转动。

优选地，所述的第三连接部包括第二连杆及第三轴臂电机，其中，上述第二连杆包括二根，两第二连杆分别上下间隔设置，两第二连杆的两端分别连接于上述两第二侧板的另一端上，并使第三轴臂电机固定连接于第二侧板上；第三轴臂电机的输出上延伸出第三轴臂电机的一侧。

优选地，所述的第三轴臂包括第三侧板及夹爪旋转电机，其中，上述第三侧板包括二块，两第三侧板平行间隔设置，两第三侧板的一端分别延伸至上述第三轴臂电机的两侧，其中一块第三侧板连接于第三轴臂电机的输出轴上，另一块第三侧板与第三轴臂电机的另一侧可转动地连接，第三轴臂电机驱动第三侧板旋转运动；上述夹爪旋转电机固定连接于上述两第三侧板的另一端，并随第三侧板运动，夹爪旋转电机的输出轴向外伸出。

优选地，所述的夹爪机构连接于上述夹爪旋转电机的输出轴上，并经夹爪旋转电机驱动而旋转运动；

夹爪机构包括夹爪支座、夹爪支板、夹爪电机、左夹组件及右夹组件，其中，上述夹爪支座竖直设置，夹爪支座的一侧连接于上述夹爪旋转电机的输出轴上，经夹爪旋转电机驱动而旋转运动；上述夹爪支板水平连接于夹爪支座的另一侧，并插设固定在夹爪支座内，形成水平支撑面；上述夹爪电机连接于夹爪支板下部的左侧或右侧，夹爪电机的输出轴向上穿过夹爪支板延伸至夹爪支板的上部；上述左夹组件及右夹组件分别设置于夹爪支板上部的左右两侧，左夹组件或右夹组件与夹爪电机的输出端连接，夹爪电机驱动左夹组件或右夹组件在水平面内相对运动，以便夹紧或松开；

上述左夹组件与上述夹爪电机的输出端连接，夹爪电机驱动左夹组件在水平面内相对右夹组件转动；左夹组件包括第一左传动件、第二左传动件及左夹块，其中，上述左夹块为三角形块体结构，包括第一左短边、第二左短边及左长边；其中第一左短边分别与第一左传动件及第二左传动件连接，第二左短边的侧面为夹紧或松开物料的端面；

上述第一左传动件包括一块，第一左传动件的一端连接在夹爪电机的输出端上，第一左传动件的另一端可转动地连接于左夹块的第一左短边的一角处；上述第二左传动件包括二块，两第二左传动件的一端分别上下对应地连接在夹爪支板上，并与夹爪支板可转动连接，两第二左传动件的另一端分别上下对应地连接于左夹块第一左短边的另一角处；第一左传动件在夹爪电机驱动下旋转运动时，拉动左夹块同时在水平面内移动和转动，以使左夹块的第二左短边夹紧或松开物料；

上述右夹组件包括第一右传动件、第二右传动件及右夹块，其中，上述右夹块为三角形块体结构，右夹块包括第一右短边、第二右短边及右长边；其中第一右短边分别与第一右传动件及第二右传动件连接，第二右短边的侧面为夹紧或松开物料的端面；

上述第一右传动件包括二块，两第一右传动件的一端分别上下对应地连接于夹爪支板上，并与夹爪支板可转动连接，两第一右传动件的另一端分别上下对应地连接于右夹块的第一右短边的一角处，且与右夹块可转动地连接；上述第二右传动件包括二块，两第二右传动件的一端分别上下对应地连接于夹爪支板上，并与夹爪支板可转动连接，两第二右传动件的另一端分别上下对应地连接于右夹块第一短边的另一角处，且与右夹块可转动地连接；

上述第二左传动件级第二右传动件的连接于夹爪支板上的一端端面为弧面结构；上述第二左传动件随左夹块转动时，第二左传动件一端的弧面抵住第二右传动件的一端弧面，并推动第二右传动件带动右夹块相向于左夹块运动，以便夹紧或松开物料。

本发明的有益效果在于：

本发明针对现有技术存在的缺陷和不足进行研究开发，设计了一种结构简单，空间占用率低，自由度高，运动稳定性及精准度高的新型五自由度机械手。本发明的底座设计在竖直方向上平行间隔设置的第一支板及第二支板，通过第一支杆及第二支杆连接支撑，形成悬空的支撑结构，在提高支撑稳定性的同时，还可将旋转电机内置于第二支板与第一支板之间的间隙空间内，提高空间利用率。本发明的轴臂针对传统的机械手臂设计相互平行间隔设置的双侧板结构作为轴臂的主要结构，并将电机内置于双侧板之间的间隙空间内，在保证支撑稳定性的同时，有效地利用两侧板之间的间隙空间，整体结构设计紧凑，空间利用率高；本发明的夹爪设计水平放置的支板作为支撑平台，在支板的左右两侧分别设计有左夹组件和右夹组件，特别之处在于，左夹组件与右夹组件之间并不是独立运动，两者之间存在运动干涉，该运动干涉通过可转动地连接于支板上的第二左传动件及第二右传动件实现，第二左传动件及第二右传动件连接于支板上的一端端面采用弧面结构，且两者相互贴紧，当第二左传动件旋转时，通过其端面朝相反方向抵压第二右传动件的端面，使第二右传动件的另一端与第二左传动件的另一端同步相向或相离运动，从而带动左夹块及右夹块同步相向或相离运动，实现夹紧或松开动作；本发明仅需采用一个电机作为驱动机构，电机可连接第一左传动件或第一右传动件，通过驱动第一左传动件或第一右传动件旋转运动，实现动力传递；通过上述简单直接地结构设计，实现了左夹块及右夹块高度同步运动，保证了机械手运动的精准性；本发明的第一个自由度方向为旋转部的旋转电机驱动旋转座在水平面内旋转运动，第二个自由度方向为第一连接部处的第一电机及第二电机驱动第一轴臂的第一侧板旋转运动，第三个自由度方向为第二连接部处的第二轴臂电机驱动第二侧板旋转运动，第四个自由度方向为第三连接部处的第三轴臂电机驱动第三轴臂的第三侧板旋转运动，第五自由度方向为夹爪旋转电机驱动夹爪机构旋转运动。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图之一。

图2为本发明的立体结构示意图之二。

图3为本发明的部件结构示意图之一。

图4为本发明的部件结构示意图之二。

图5为图4中夹爪机构的立体结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步描述：

如图1至图5所示，本发明采取的技术方案如下：一种新型五自由度机械手，包括底座1、旋转部2、第一连接部3、第一轴臂4、第二连接部5、第二轴臂6、第三连接部7、第三轴臂8及夹爪机构9，其中，上述底座1设置于水平面上，旋转部2设置于底座1上，并在水平面内旋转运动；上述第一连接部3设置于旋转部2上，并随旋转部2旋转运动；上述第一轴臂4的下端可转动地连接于第一连接部3上，并经第一连接部3驱动而旋转运动，第一轴臂4的上端设有第二连接部5；上述第一轴臂4的一端可转动地连接于第一连接部3上，并经第一连接部3驱动而旋转运动，第一轴臂4的另一端设有第二连接部5；上述第二轴臂6的一端可转动地连接在第二连接部5上，并经第二连接部5驱动而转动，第二轴臂6的另一端设有第三连接部7；上述第三轴臂8的一端连接在第三连接部7上，并经第三连接部7驱动而旋转运动，第三轴臂8的另一端连接有夹爪机构9，第三轴臂8驱动夹爪机构9旋转运动，以便调整夹爪机构9的夹取角度。

底座1包括第一支杆11、第一支板12、第二支杆13及第二支板14，其中，上述第一支杆11包括至少二根，第一支杆11沿第一支板12的边沿方向间隔竖直连接于第一支板12的下部，以便支撑第一支板12；上述第二支杆13包括至少二根，第二支杆13的上述沿第二支板14的边沿间隔竖直连接于第二支板14的底部，第二支杆13的下端固定于第一支板12上，以便悬空支撑第二支板14。

旋转部2包括旋转电机及旋转座21，其中，上述旋转电机设置于上述第一支板12与第二支板14之间，并固定于第二支板14的底部，旋转电机的输出轴穿过第二支板14向上延伸；上述旋转座21水平设置于第二支板14的上方，旋转座21的底部与上述旋转电机的输出轴连接固定，旋转电机驱动旋转座21在水平面方向旋转运动。

第一连接部3包括第一支架31、第二支架32、第一电机33及第二电机34，其中，上述第一支架31及第二支架32平行间隔地设置于旋转座21上，并沿竖直方向向上延伸；上述第一电机33及第二电机34分别固定设置于第一支架31及第二支架32的一侧，且第一电机33及第二电机34输出轴分别延伸至第一支架31及第二支架32的另一侧。

第一轴臂4包括第一侧板41及第一连杆42，其中，上述第一侧板41包括二块，两第一侧板41平行间隔设置，且通过至少二根第一连杆42连接形成整体的转动结构；两第一侧板41的下端分别与上述第一电机33及第二电机34的输出轴连接，第一电机33及第二电机34驱动第一侧板41旋转运动。

第二连接部5包括第二轴臂电机51及连板52，其中，上述第二轴臂电机51设置于上述两第一侧板41的上端间隙空间内，第二轴臂电机51的输出轴从第二轴臂电机51的一侧伸出，第二轴臂电机51的输出轴伸入其中一块第一侧板41内，并与该第一侧板41螺纹连接，第二轴臂电机51的另一侧与另一块第一侧板41可转动地连接，第二轴臂电机51驱动其输出轴旋转时，通过与第一侧板41之间的齿传动，使第二轴臂电机51在两第一侧板41之间旋转运动；上述连板52固定连接于第二轴臂电机51的端部，以便连接上述第二轴臂6。

第二轴臂6包括第二侧板61，第二侧板61包括二块，两第二侧板平行间隔设置，两第二侧板61的一端分别与上述连板52固定连接，并经连板52带动而随第二轴臂电机51转动。

第三连接部7包括第二连杆71及第三轴臂电机72，其中，上述第二连杆71包括二根，两第二连杆71分别上下间隔设置，两第二连杆71的两端分别连接于上述两第二侧板61的另一端上，并使第三轴臂电机72固定连接于第二侧板61上；第三轴臂电机72的输出上延伸出第三轴臂电机72的一侧。

第三轴臂8包括第三侧板81及夹爪旋转电机82，其中，上述第三侧板81包括二块，两第三侧板81平行间隔设置，两第三侧板81的一端分别延伸至上述第三轴臂电机72的两侧，其中一块第三侧板81连接于第三轴臂电机72的输出轴上，另一块第三侧板81与第三轴臂电机72的另一侧可转动地连接，第三轴臂电机72驱动第三侧板81旋转运动；上述夹爪旋转电机82固定连接于上述两第三侧板81的另一端，并随第三侧板81运动，夹爪旋转电机82的输出轴向外伸出。

夹爪机构9连接于上述夹爪旋转电机82的输出轴上，并经夹爪旋转电机82驱动而旋转运动；

夹爪机构9包括夹爪支座91、夹爪支板92、夹爪电机93、左夹组件94及右夹组件95，其中，上述夹爪支座91竖直设置，夹爪支座91的一侧连接于上述夹爪旋转电机82的输出轴上，经夹爪旋转电机82驱动而旋转运动；上述夹爪支板92水平连接于夹爪支座91的另一侧，并插设固定在夹爪支座91内，形成水平支撑面；上述夹爪电机93连接于夹爪支板92下部的左侧或右侧，夹爪电机93的输出轴向上穿过夹爪支板92延伸至夹爪支板92的上部；上述左夹组件94及右夹组件95分别设置于夹爪支板92上部的左右两侧，左夹组件94或右夹组件95与夹爪电机93的输出端连接，夹爪电机93驱动左夹组件94或右夹组件95在水平面内相对运动，以便夹紧或松开；

上述左夹组件94与上述夹爪电机93的输出端连接，夹爪电机93驱动左夹组件94在水平面内相对右夹组件95转动；左夹组件94包括第一左传动件941、第二左传动件942及左夹块943，其中，上述左夹块943为三角形块体结构，包括第一左短边、第二左短边及左长边；其中第一左短边分别与第一左传动件941及第二左传动件942连接，第二左短边的侧面为夹紧或松开物料的端面；

上述第一左传动件941包括一块，第一左传动件941的一端连接在夹爪电机93的输出端上，第一左传动件941的另一端可转动地连接于左夹块943的第一左短边的一角处；上述第二左传动件942包括二块，两第二左传动件942的一端分别上下对应地连接在夹爪支板92上，并与夹爪支板92可转动连接，两第二左传动件942的另一端分别上下对应地连接于左夹块943第一左短边的另一角处；第一左传动件941在夹爪电机93驱动下旋转运动时，拉动左夹块943同时在水平面内移动和转动，以使左夹块943的第二左短边夹紧或松开物料；

上述右夹组件95包括第一右传动件951、第二右传动件952及右夹块953，其中，上述右夹块953为三角形块体结构，右夹块953包括第一右短边、第二右短边及右长边；其中第一右短边分别与第一右传动件951及第二右传动件952连接，第二右短边的侧面为夹紧或松开物料的端面；

上述第一右传动件951包括二块，两第一右传动件951的一端分别上下对应地连接于夹爪支板92上，并与夹爪支板92可转动连接，两第一右传动件951的另一端分别上下对应地连接于右夹块953的第一右短边的一角处，且与右夹块953可转动地连接；上述第二右传动件952包括二块，两第二右传动件952的一端分别上下对应地连接于夹爪支板92上，并与夹爪支板92可转动连接，两第二右传动件952的另一端分别上下对应地连接于右夹块953第一短边的另一角处，且与右夹块可转动地连接；

上述第二左传动件942级第二右传动件952的连接于夹爪支板92上的一端端面为弧面结构；上述第二左传动件942随左夹块943转动时，第二左传动件943一端的弧面抵住第二右传动件952的一端弧面，并推动第二右传动件952带动右夹块953相向于左夹块943运动，以便夹紧或松开物料。

进一步，本发明设计了一种结构简单，空间占用率低，自由度高，运动稳定性及精准度高的新型五自由度机械手。本发明的底座设计在竖直方向上平行间隔设置的第一支板及第二支板，通过第一支杆及第二支杆连接支撑，形成悬空的支撑结构，在提高支撑稳定性的同时，还可将旋转电机内置于第二支板与第一支板之间的间隙空间内，提高空间利用率。本发明的轴臂针对传统的机械手臂设计相互平行间隔设置的双侧板结构作为轴臂的主要结构，并将电机内置于双侧板之间的间隙空间内，在保证支撑稳定性的同时，有效地利用两侧板之间的间隙空间，整体结构设计紧凑，空间利用率高；本发明的夹爪设计水平放置的支板作为支撑平台，在支板的左右两侧分别设计有左夹组件和右夹组件，特别之处在于，左夹组件与右夹组件之间并不是独立运动，两者之间存在运动干涉，该运动干涉通过可转动地连接于支板上的第二左传动件及第二右传动件实现，第二左传动件及第二右传动件连接于支板上的一端端面采用弧面结构，且两者相互贴紧，当第二左传动件旋转时，通过其端面朝相反方向抵压第二右传动件的端面，使第二右传动件的另一端与第二左传动件的另一端同步相向或相离运动，从而带动左夹块及右夹块同步相向或相离运动，实现夹紧或松开动作；本发明仅需采用一个电机作为驱动机构，电机可连接第一左传动件或第一右传动件，通过驱动第一左传动件或第一右传动件旋转运动，实现动力传递；通过上述简单直接地结构设计，实现了左夹块及右夹块高度同步运动，保证了机械手运动的精准性；本发明的第一个自由度方向为旋转部的旋转电机驱动旋转座在水平面内旋转运动，第二个自由度方向为第一连接部处的第一电机及第二电机驱动第一轴臂的第一侧板旋转运动，第三个自由度方向为第二连接部处的第二轴臂电机驱动第二侧板旋转运动，第四个自由度方向为第三连接部处的第三轴臂电机驱动第三轴臂的第三侧板旋转运动，第五自由度方向为夹爪旋转电机驱动夹爪机构旋转运动。

本发明的实施例只是介绍其具体实施方式，不在于限制其保护范围。本行业的技术人员在本实施例的启发下可以作出某些修改，故凡依照本发明专利范围所做的等效变化或修饰，均属于本发明专利权利要求范围内。