[发明专利]一种四自由度重载机械臂

说明书

本发明提出了一种四自由度重载机械臂。主要包括主大臂、辅大臂、小臂、手爪和姿势保持机构。其中主大臂和辅大臂末端分别通过支撑轴连接到腰部回转机构，腰部回转机构固定于底座上，底座通过螺栓与大地连接。辅大臂通过辅大臂拉杆轴实现与主大臂的连接，小臂安装在主大臂前端，手爪安装在小臂前端，姿势保持机构保证手爪末端的水平。该机械臂通过在手爪末端加装不同的执行机构完成不同工作，可以应用于码垛、搬运等各种领域。该机械臂负载提升能力可达3000kg。

技术领域

本发明涉及一种四自由度重载机械臂，属于机器人领域。

背景技术

随着科学技术的发展和市场发展的需求，工业机器人在提高生产效率，提高经济效益，保证产品质量，改善工作环境和优化工业布局等方面发挥了越来越重要的作用，已成为工业自动化领域不可或缺的工具之一，深受用户青睐，迅速占领市场。然而当前，世界重载工业机器人市场份额的很大部分都被国外机器人公司占据，其中知名的工业机器人四大家族占据的机器人市场份额达到一半以上。我国有实力的机器人公司虽然也相继研发出了多种机器人，但他们的结构与国外机器人结构无异，且负载能力并不强但造价昂贵。

目前常见的机器人结构多为串联机器人，串联机器人能够提供更加灵活的工作空间，所以多应用在焊接、码垛、喷涂等领域。但是由于串联机器人为开环结构，因而在关节处承受较大弯矩，这要求连杆必须具有足够的刚度，进而变得更重。同时由于电机、减速机等传动装置误差的逐级累加效应，使得机器人末端精度也受到较大的影响，所以串联机器人不能够用来承受重载。如国内新松生产的特种机器人，负载为40吨；虽然负载能力达，但由于采用液压驱动，结构笨重、柔性不足。

并联机器人整机刚度大，结构稳定，承载能力强，且运动惯性小，广泛应用在高速重载领域；但是发明人认为依然存在载荷较轻、速度较低、结构笨重等问题。目前具有平行四边形闭链结构的、四自由度的且适用于搬运、码垛、拆垛、装箱、包装、分拣等作业场合的机械臂，负载不超过800kg，如安川的MPL800 最大负载为800kg、新松的SRM300A最大负载为300kg、南京埃斯顿的ER450 最大负载为450kg，它们都采用了平行四边形闭链结构。随着抓取载荷的不断提高、机械臂柔性度的增加以及运行速度的提高，目前的已有机械臂越来越难满足要求。

发明内容

为了解决现有技术中存在的低负载、低速、柔性不足等技术问题，本发明公开了一种四自由度重载机械臂，具体的，属于平行四边形闭链结构的机械臂，既具有串联机器人工作空间大的特点，又具备并联机器人刚度大、负载能力强等特点。根据搬运、码垛、拆垛、装箱、包装、分拣等作业场合对机器人提出的重载、高速、高灵活性的要求，研发一种改进的平行四边形闭链结构的、负载为3000kg 的四自由度重载机械臂。

本发明采用的技术方案如下：

一种四自由度重载机械臂，包括底座、腰部回转机构、主大臂、辅大臂、小臂、姿势保持机构和手爪；

所述的腰部回转机构安装在底座上，腰部回转机构在第一驱动装置的驱动下旋转；可以旋转360度；

所述的主大臂的末端通过主大臂支撑轴连接到所述的腰部回转机构上，主大臂的前端通过小臂主轴与所述的小臂相连；所述的主大臂在第二驱动装置的驱动下带动小臂做俯仰运动；

所述的辅大臂的末端通过辅大臂支撑轴连接到所述的腰部回转机构上；所述的辅大臂前端通过辅大臂拉杆轴实现与主大臂的连接；所述的辅大臂在第三驱动装置的驱动下带动主大臂的做俯仰运动运动；

所述的手爪安装在小臂前端；所述的手爪在第四驱动装置的驱动下绕竖直轴的旋转运动；

所述的姿势保持机构保证手爪末端的水平。

作为进一步的技术方案，所述的主大臂包括主体结构，所述的主体结构的一端安装小臂安装架，另一端安装用于安装电机的电机安装架。