[实用新型]一种五自由机械臂

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种机械臂，应用于焊接、钻孔、搬运、绘制图形、拧螺丝等场合。

技术背景

工业中应用的机械臂技术是集中了机构学、信息学、传感技术及自动控制等多种学科而形成的高新技术，随着机械臂在工业领域中的广泛应用，机械臂的方案设计被不断改进和创新，不断提高控制精度、稳定性和生产效率等性能，根据应用场合的不同，机械臂的设计方案也多种多样。

但是现有机械臂机构复杂、自重大、动作笨拙、传动效率低，在有偏置载荷时动作稳定性差。

发明内容

本实用新型要克服现有技术的上述缺点，提供一种机构简单、动作稳定、传动效率高的五自由机械臂。

一种五自由机械臂，包括基座2、底座3、后臂4、前臂7、腕关节8和手掌9，基座2设置在底板1上，底座3可转动地设置在基座2上，后臂4铰接在底座3上，前臂关节6的一端与后臂4的一端铰接在底座3上的同一根枢轴上，后臂4的另一端与前臂7铰接，前臂关节6的另一端与前臂筋5的一端铰接，前臂筋5的另一端与前臂7的后端铰接，所述的后臂4、前臂7、前臂筋5、前臂关节6组成平 行四边形机构；腕关节8后端可转动地连接在前臂7的前端，手掌9可转动地安装在腕关节8的前端；

基座2上装有用于驱动底座3的第一电机21，在垂直方向上重叠放置的第一盖板22、第二盖板24、第三盖板26，第二盖板24上装有第一轴承25，第三盖板26上装有第二轴承27，第一轴承25、第二轴承27与底座2上端面的孔同轴设置，形成适于底座3下端的圆柱体插入的容腔；第一电机21输出轴通过齿轮连接所述的圆柱体底部的底座内齿轮；若干组圆弧夹具内圈292与圆弧夹具外圈291绕基座2上端面的孔的圆心均布，形成容纳底座3上的圆环形的底座夹具板32的圆形凹槽，所述的若干组圆弧夹具内圈292与圆弧夹具外圈291装有电磁线圈，驱动所述的组圆弧夹具内圈292与圆弧夹具外圈291夹紧或松开底座夹具板32；基座2上装有用于检测底座3转动角度的第一位置传感器23；

所述的底座3上装有用于驱动后臂4的第二电机35、用于检测后臂4转动角度的第三位置传感器36、用于驱动前臂关节6的第三电机33、用于检测前臂关节6的第二位置传感器34；

前臂关节6包括相互平行的第一平板61、第二平板63，第一平板61、第二平板63之间连接中间垫块62，第一平板61的转动轴连接第三电机33的输出轴，前臂筋5与第二平板63铰接。

进一步，装在前臂7上的第四电机71驱动所述的腕关节8；装在腕关节8上的第五电机81的输出轴连接锥齿轮A的转动轴，转轴R1上装有锥齿轮B1、内齿轮C1，锥齿轮B1与锥齿轮A啮合，转轴 R2上装有锥齿轮B2、外齿轮C2，锥齿轮B2与锥齿轮A啮合，转轴R1的一端通过轴承与腕关节侧壁相连，转轴R2的一端通过轴承与腕关节另一侧壁相连，此时转轴R1和转轴R2的转动方向相反；内齿轮C1与外齿轮D1啮合，外齿轮C2与外齿轮D2啮合，外齿轮D1和D2安装在转轴3上，并带动装有手掌9的转轴R3的转动。

本实用新型为电机驱动式五自由机械臂，采用位置传感器技术和运动控制技术，提高系统的稳定性和定位精度，机械臂末端根据用途不同可安装不同的机构，实现相应的功能。相比其他设计方案，本专利中的设计方案机械结构紧凑、所占空间小、操作方便且具有可控性。

本实用新型的结构特点是：

1)底座通过装在盖板上的两组转动轴承实现与电机同向转动，当机械臂重心远离基座时，能够保证底座的垂直度要求，且能够承受较大负重；

2)为避免因转动惯量过大给电机控制带来的不利影响，引进机械限位装置及缓冲设备，防止出现强烈的机械碰撞；

3)安装位置传感器，可实时检测底座、后臂等的转动角度，并反馈给运动控制卡，便于实现较为精确的控制；

4)考虑到后臂转动轴为两端悬挂式驱动，采用中间支撑柱，用于支撑转动轴，使其始终处于与电机转动轴同心的状态；

5)采用平行四边形机构控制前臂的转动，避免直接在前臂上装电机，可减轻机械臂的悬浮重量；

6)手腕部分与手掌之间采用齿轮组结构，通过锥齿轮及直齿轮 实现手掌绕转动轴的转动；

7)手掌部分做成可拆装式结构，方便末端结构的安装与拆卸；

8)机械臂在设计时采用左右对称式结构，如后臂和前臂的控制电机采用左右对称分布式、腕关节与手掌间的齿轮组采用对称式分布，如此设计避免底座在转动时因上肢重心偏移给运动控制带来的劣势。

本实用新型的优点是：自身悬浮重量轻，动作平稳、控制精确。