二分支四自由度机械臂的制作方法

本发明属于机器人技术领域，涉及一种二分支四自由度机械臂。

背景技术

随着我国产业升级不断推进，从“劳动密集型”向“技术密集型”转变已经成为我国机械、电子、物流等诸多产业保持竞争力并快速发展的必然选择。在这种大背景下，我国的工业机器人的需求量呈井喷式增长，这种需求蕴含的不光是机器人的数量，还有机器人的种类。工业机械臂是一种应用极为广泛的机器人，在上下料、搬运、装配、包装等方面发挥着巨大作用。目前，市场应用的工业机械臂构型较为单一，大多采用多个转动副或移动副依次串联的构型形式，这种串联构型形式的工业机械臂通用性较强，在许多领域均具有较强的适用性，但其会随着自由度的增加，末端的累积误差增大、刚度及承载能力降低。

还有一种基于并联机构的工业机械臂，也就是并联构型形式的工业机械臂，其末端累积误差较小、刚度及承载能力大，可以与串联构型形式的工业机械臂功能互补。目前，较为常见的并联构型形式的工业机械臂其自由度大都为三个或者六个，具有二维移动和二维转动四个自由度的并联构型形式且具有实用性的工业机械臂并不多见。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提供一种二分支四自由度机械臂，可以实现二维移动和二维转动，该机械臂具有结构简单、精度高、运动解耦性及工艺性好等优点，可适用于汽车、造船和航空等现代工业领域。

本发明是这样实现的：

一种二分支四自由度机械臂，其包括基座、第一运动分支、第二运动分支、手爪以及连接所述第一运动分支和第二运动分支的腕关节，所述第一运动分支和第二运动分支均包括第一h形连杆、第二h形连杆和第一电机减速器组件，所述第一h形连杆的第一端与所述基座的端部转动连接，所述第一h形连杆的第二端与所述第二h形连杆的第一端转动连接，所述第二h形连杆的第二端通过第一电机减速器组件与所述腕关节的端部连接，所述腕关节包括u形件、环形件、第一转动副、第二转动副、l形件和手爪连接件，所述u形件的封闭端的中部与所述第一运动分支的第一电机减速器组件的输出轴固连，所述环形件能转动的连接在所述u形件的开口端，所述环形件通过第一转动副与所述手爪连接件的第一端转动连接，所述手爪连接件的第二端通过所述第二转动副与所述l形件的第一端转动连接，所述l形件的第二端与所述第二运动分支的第一电机减速器组件的输出轴固连，所述手爪连接件的第二端固定有所述手爪。

优选的，所述环形件通过第一转动轴能转动的连接在所述u形件的开口端，所述环形件上连接有与所述第一转动轴垂直的第二转动轴，所述第二转动轴的中部连接有所述第一转动副，用于与所述手爪连接件的第一端转动连接。

优选的，所述第一运动分支的第一电机减速器组件的输出轴、第二运动分支的第一电机减速器组件的输出轴、第一转动轴、第一转动副和第二转动副的轴线相交于一点。

优选的，所述第二运动分支的第一电机减速器组件的输出轴与所述第二转动副的轴线垂直。

优选的，所述第一h形连杆的第一端通过转动轴与所述基座的端部转动连接，所述转动轴与第二电机减速器组件的输出轴固定连接，所述第二电机减速器组件的机身与所述基座固连，所述第二电机减速器组件与所述转动轴同轴安装，所述第二电机减速器组件通过所述转动轴驱动所述第一h形连杆绕所述转动轴转动。

优选的，所述第二h形连杆的第二端与所述第一电机减速器组件的机身固定连接。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明的二分支四自由度机械臂可以实现二维移动和二维转动，机械臂端转动灵活性高，能够根据抓取目标灵活调整其末端姿态；

(2)本发明的二分支四自由度机械臂的机构运动学算法简单、结构简单、精度高、运动解耦性及工艺性好；

(3)本发明在现代工业领域具有广泛的应用前景，特别适用于汽车、造船和航空等领域，用于上下料和装配。

附图说明

图1为本发明的二分支四自由度机械臂的结构示意图；

图2为本发明的第一运动分支和第二运动分支的结构示意图；

图3为本发明的腕关节的示意图。

具体实施方式

以下将参考附图详细说明本发明的示例性实施例、特征和性能方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

如图1所示，一种二分支四自由度机械臂，其包括基座1、第一运动分支2、第二运动分支3、手爪6以及连接第一运动分支和第二运动分支的腕关节，

如图2所示，第一运动分支2和第二运动分支3均包括第一h形连杆11、第二h形连杆12和第一电机减速器组件13，第一h形连杆11的第一端与基座1的端部转动连接，第一h形连杆11的第二端与第二h形连杆12的第一端转动连接，第二h形连杆12的第二端通过第一电机减速器组件13与腕关节的端部连接。具体的，第一h形连杆11的第一端通过转动轴14与基座1的端部转动连接，转动轴14与第二电机减速器组件15的输出轴固定连接，第二电机减速器组件15的机身与基座1固连，第二电机减速器组件15与转动轴14同轴安装，第二电机减速器组件15通过转动轴驱动第一h形连杆11绕转动轴14转动。第二h形连杆12的第二端与第一电机减速器组件13的机身固定连接。

如图3所示，腕关节包括u形件51、环形件52、第一转动副58、第二转动副55、l形件54和手爪连接件53，u形件51的封闭端的中部与第一运动分支2的第一电机减速器组件13的输出轴固连，环形件52能转动的连接在u形件51的开口端，环形件52通过第一转动副58与手爪连接件53的第一端转动连接，手爪连接件53的第二端通过第二转动副55与l形件54的第一端转动连接，l形件54的第二端与第二运动分支3的第一电机减速器组件13的输出轴固连，手爪连接件53的第二端固定有手爪6。

优选的，如图3所示，环形件52通过第一转动轴56能转动的连接在u形件51的开口端，环形件52上连接有与第一转动轴56垂直的第二转动轴57，第二转动轴57的中部连接有第一转动副58，用于与手爪连接件53的第一端转动连接。第一运动分支2的第一电机减速器组件的输出轴、第二运动分支3的第一电机减速器组件的输出轴、第一转动轴56、第一转动副58和第二转动副55的轴线相交于一点。第二运动分支3的第一电机减速器组件的输出轴与第二转动副55的轴线垂直。

在本实施例中，基座1的第一端通过转动轴14与第一运动分支2的第一h形连杆11的第一端转动连接，此转动轴与第二电机减速器组件15的输出轴固定连接，第二电机减速器组件15带动第一h形连杆绕转动轴转动，第一h形连杆11的第二端和第二h形连杆12的第一端通过转动轴连接，第二h形连杆12的第二端与第一电机减速器组件13的机身固定连接，第一电机减速器组件13的输出轴与腕关节的u形件51的封闭端的中部固连，u形件51的开口端通过第一转动轴56连接有环形件52，环形件52的中部连接有与第一转动轴56垂直的第二转动轴57，第二转动轴57的中部连接有第一转动副58，用于与手爪连接件53的第一端转动连接，手爪连接件53的第二端通过第二转动副55与l形件54的第一端转动连接，手爪连接件53的第二端穿过l形件54后固定有手爪6，l形件54的第二端与第二运动分支3的第一电机减速器组件13的输出轴固连，第一电机减速器组件的机身与第二运动分支3的第二h形连杆的第二端固定，第二运动分支3的第二h形连杆的第一端通过转动轴与第一h形连杆的第二端连接，第一h形连杆11的第一端与基座1的第二端通过转动轴14转动连接，此转动轴与第二电机减速器组件15的输出轴固定连接，第二电机减速器组件15带动第二h形连杆绕转动轴转动。

在机械臂进行作业时，第二电机减速器组件15驱动转动轴使得第一h形连杆11绕转动轴进行转动，同时，适应性的第一h形连杆11与第二h形连杆12转动形成一定夹角，从而带动手爪实现在第一、第二运动分支所在平面内的二维移动；在第一、第二运动分支中第一电机减速器组件13的协同作用下使手爪分别实现绕第二转动副55和绕第二运动分支中第一电机减速器组件13的输出轴的二维转动。手爪的位置与姿态是通过四个电机减速器组件协同控制的，其具体的控制方式需通过该机器人的位置正解和反解结果确定。

综上，本发明具有以下优点：

(1)本发明的二分支四自由度机械臂可以实现二维移动和二维转动，机械臂端转动灵活性高，能够根据抓取目标灵活调整其末端姿态；

(2)本发明的二分支四自由度机械臂的机构运动学算法简单、结构简单、精度高、运动解耦性及工艺性好；

(3)本发明在现代工业领域具有广泛的应用前景，特别适用于汽车、造船和航空等领域，用于上下料和装配。

最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本发明技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。