一种适用于狭小空间的五自由度机械臂的制作方法

本发明涉及工业机器人技术领域，具体涉及一种适用于狭小空间的五自由度机械臂。

背景技术：

机械手是一种能够模仿人手的某些动作功能，用以按照固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置，其特点是可以通过编程来完成各种预期的作业；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，它可以替代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。但是现有的机械手一般为6个自由度，其肩关节固定在地面或由轨道搭载相对底面移动，运动范围较小，无法实现在大范围空间的全覆盖运动，同时其各个关节均为旋转关节，末端无法自由伸缩，对狭小空间的适应性较差。

公开号为cn105252549a的中国专利于2016年1月20日公开了一种核辐射环境下的吊挂伸缩筒与机械手臂快速拆装系统，主要包括行车架、伸缩筒装置、机械手和拆装装置，行车架为大型立方体框架结构，安装有连接两相对长边并且可以沿相对长边平移的导轨，伸缩筒装置主要包括固定座、伸缩筒、吊装链条、吊装滑轮和滑轮驱动装置，机械手包括上下结构固定的连接部分、盘状挡板与动力部分，连接部分为一机械手臂，拆装装置主要由拆装对接机构和储存卡座组成，拆装对接机构主要包括一对卡设对接块和配重块。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的机械臂在狭小空间中作业能力有限、适应能力差的缺陷，本发明公开了一种适用于狭小空间的五自由度机械臂，本发明大大提高了机械臂对狭小空间的适应能力，其在狭小空间的作业能力得到了提高，扩大了机械臂的使用范围。

本发明通过以下技术方案实现上述目的：

一种适用于狭小空间的五自由度机械臂，包括肩关节，其特征在于：所述机械臂还包括大臂、小臂和腕关节，所述肩关节、大臂、小臂和腕关节一端均设置有固定连接头，另一端设置有机电一体化接头，所述肩关节的机电一体化接头与大臂的固定连接头连接，大臂的机电一体化接头与小臂固定连接头连接，所述小臂的机电一体化连接头与午安关节的固定连接头连接，所述腕关节内转动设置有回转体，所述回转体内设置有伸缩体和电机，所述伸缩体与电机相连。

所述肩关节、大臂和小臂内设置有电机，所述电机的输出端连接有蜗杆，所述蜗杆与设置于机电一体接头上的蜗轮相互啮合。

所述腕关节包括支撑壳，支撑壳内设置有回转体，所述支撑壳与回转体通过滚动轴承连接；所述支撑壳内还设置有电机，所述电机的输出端与设置于回转体上的回转齿轮连接。

所述回转体内滑动安装有伸缩体，回转体内设置有电机、传动丝杠和传动螺母，所述传动丝杆一端与伸缩体固定连接，另一端与传动螺母丝扣连接，所述传动螺母与电机输出端相连，所述传动螺母还通过滚动轴承与回转体相连。

所述电机的输出端均设置有行星减速器。

所述电机上还设置有电机制动器。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明的机械臂包括依次连接的肩关节、大臂、小臂和腕关节，使机械臂具有了大臂旋转、小臂旋转、腕关节旋转、腕关节回转和腕关节伸缩等多个自由度，大大提高了机械臂的可调节性，使机械臂能够被精确的调整到作业空间内的任意工作位置，提高了机械臂工作的准确性；同时自由度的增多使操作者能够更加方便的根据作业环境对机械臂进行微调，极大的提高了机械臂在狭小空间中的作业能力，避免机械臂发生剧烈的碰撞，提高了安全性。

2、本发明的肩关节、大臂和小臂内设置有电机，电机通过蜗轮蜗杆与机电一体接头连接，一方面提高了传动的稳定性，保证对机械臂调节的精确度，另一方面减小机械臂各部分的体积，进一步提高了机械臂对狭小工作环境的适应能力。

3、本发明的腕关节内通过滚动轴承安装有回转体，所述回转体通过回转齿轮与电机相连，使机械臂具有在同一平面内的回转调节，方便操作者通过旋转来调节末端工具的工位，是末端工具能够进入一下不便进入的工作死角，提高机械臂在狭小空间内的适应能力。

4、本发明的回转体内设置有伸缩体和电机，电机通过传动丝杠和传动螺母与伸缩体相连，通过伸缩体的伸缩运动带动末端工具，保证末端工具能够进入到一些机械臂不能进入的狭小空间内，从而提高机械臂对狭小空间的适应能力。

5、本发明的电机输出端设置有行星减速器，方便控制机械臂的运行速度，同时能够减小机械臂的体积，降低机械臂的重量，从而提高机械臂对狭小作业空间的作业能力，降低对电机的功率要求，降低机械臂的使用成本。

6、本发明的电机上还设置有电机制动器，提高对电机的制动能力，提高机械臂运动的准确性和操作性。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明肩关节传动示意图；

图3为本发明大臂传动结构图；

图4为本发明小臂传动结构图；

图5为本发明腕关节传动结构图；

附图标记：1、肩关节，2、大臂，3、小臂，4、腕关节，5、固定连接头，6、机电一体连接头，7、回转体，8、伸缩体,9、电机，10、蜗杆，11、蜗轮，12、支撑壳，13、滚动轴承，14、回转齿轮，15、传动丝杠，16、传动螺母，17、行星减速器，18、电机制动器，19、传动齿轮。

具体实施例

下面将通过具体实施例对本发明做进一步说明：

实施例1

本实施例作为本发明的最佳实施例，其公开了一种适用于狭小空间的五自由度机械臂，其具体结构图如1所示，包括肩关节1、大臂2、小臂3和腕关4节，所述肩关节1、大臂2和小臂3的一端均设置有固定连接头5，另一端均设置有机电一体连接头6，所述肩关节1的机电一体连接头6与大臂2的固定连接头5相连，大臂2的机电一体连接头6与小臂3的固定连接头5相连，小臂3的机电一体连接头6与腕关节4相连，所述肩关节1、大臂2和小臂3内均固定安装电机9，所述电机9的输出端设置有行星减速器17，所述行星减速器17的输出端连接有蜗杆10，所述肩关节1、大臂2和小臂3的机电一体连接头6上均设置有蜗轮11，所述蜗轮11与蜗杆10相互配合；所述腕关节4包括支撑壳12、电机9和回转体7，所述回转体7与支撑壳12之间通过滚动轴承13连接，回转体7外圆周上设置有回转齿轮14，所述电机9的输出端设置有行星减速器17，行星减速器17的输出端通过传动齿轮19与回转齿轮14相连；所述回转体7内通过滑动副连接有伸缩体8，所述回转体7内还设置有电机9、传动丝杠15和传动螺母16，所述电机9的输出端设置有行星减速器17，传动螺母16通过滚动轴承14与回转体7连接，传动丝杠15的一端与伸缩体8固定连接，另一端与传动螺母16丝扣连接，所述传动螺母16上还设置有传动齿轮19，所述传动齿轮19与行星减速器17的输出端相连。

所述电机9的输出端均设置有行星减速器17。

所述电机9上还设置有电机制动器18。

本发明通过大臂旋转、小臂旋转、腕关节旋转等自由度上下调整末端工具的工作位置，通过腕关节回转使机械臂能够在水平面内自由调整末端工具的工作位置，同时通过腕关节伸缩自由度可以保证将机械臂深入到入口狭小的作业空间内部，从而大大提高了机械臂的可调节性和灵活性，使机械臂能够更好的适应狭小空间内的作业要求。