[发明专利]一种机械臂终端姿态自保持装置

说明书

本发明属于工业机械臂技术领域。技术方案是：一种机械臂终端姿态自保持装置，包括安装在机架上的大臂电机、始端安装在大臂电机轴上的大臂杆件、始端通过中空的臂连轴与大臂杆件末端铰接的小臂杆件、可转动地定位在小臂杆件末端的终端轴、固定在终端轴上的终端平台；其特征在于：该机械臂还包括与大臂电机轴同轴布置的第一传动轮、可转动地穿插定位在臂连轴内腔中且两端伸出内腔后分别与第二传动轮与第三传动轮固定的轮连轴、安装在终端轴上的第四传动轮、第一传动带以及第二传动带。该装置在不限制机械臂关节运动范围的条件下，对于各关节的任何转动角度，机械臂终端均能够自动保持在初始姿态，并且无死点。

技术领域

本发明属于工业机械臂技术领域，具体涉及一种机械臂终端姿态自保持装置。

背景技术

随着科技的发展和劳动力成本的不断提高，机器人在各行各业的应用越来越广泛，机器人的应用降低了人们的劳动强度，提高了生产效率，增强了企业的核心竞争力。

目前大部分操作机械臂基本上都有6个自由度，3个自由度控制终端坐标位置，腕关节的3个自由度控制终端指向姿态。但在分拣、码垛、装灌、贴标等众多工作场合中，操作机械臂的工作对象是在传输带、工作台或地面等明确平面上，这个平面与操作机械臂的空间关系是固定不变的。机械臂对这些平面上的对象进行操作，实际上只需要4个自由度就能满足要求，省掉两个自由度能大大降低机械臂的复杂程度和造价。

针对这种场景，SCARA机械臂在PUMA机械臂的基础上，将机械臂的大臂和小臂运动平面，从垂直于地面转动变为平行于地面转动，第三个自由度改为垂直于地面的平移结构，使得终端装置能够始终指向地面。但SCARA机械臂其有效荷载大幅降低，并且在高度方向上的空间利用不够充分；因此SCARA机械臂在水平层面上的布置密度不宜过高，机器之间需要高度的协调控制，否则将造成机械臂的相互干涉碰撞。

另一种解决方案是增加终端姿态自保持机构。目前所采用的终端姿态自保持机构为两组四连杆机构，这两组四连杆机构分别布置在大臂和小臂上，以此来保持机械臂稳定的终端姿态。由于四连杆机构有死点，因此要求大臂和小臂的转动角不能超过180°，这对机械臂的运动范围造成了限制，减少了机械臂的灵活性。

发明内容

本发明的目的是克服上述背景技术的不足，提供一种机械臂终端姿态自保持装置，该装置在不限制机械臂关节运动范围的条件下，对于各关节的任何转动角度，机械臂终端均能够自动保持在初始姿态，并且无死点。

为了实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

一种机械臂终端姿态自保持装置，包括安装在机架上的大臂电机、始端安装在大臂电机轴上的大臂杆件、始端通过中空的臂连轴与大臂杆件末端铰接的小臂杆件、可转动地定位在小臂杆件末端的终端轴、固定在终端轴上的终端平台；其特征在于：该机械臂还包括固定在大臂电机法兰上或大臂电机机座上且与大臂电机轴同轴布置的第一传动轮、可转动地穿插定位在臂连轴内腔中且两端伸出内腔后分别与第二传动轮与第三传动轮固定的轮连轴、安装在终端轴上的第四传动轮、同时与第一传动轮和第二传动轮啮合配合的第一传动带以及同时与第三传动轮和第四传动轮啮合配合的第二传动带。

所述大臂电机轴、臂连轴以及终端轴相互平行布置。

所述第一传动轮通过其中心孔穿套在大臂电机轴上。

所述第四传动轮穿套并固定在终端轴上。

所述第一传动轮和第二传动轮具有相同的外径和齿数，并由第一传动带啮合连接。

所述第三传动轮和第四传动轮具有相同的外径和齿数，并由第二传动带啮合连接。

所述第一传动轮至第四传动轮均为同步轮或链轮，所述第一传动带、第二传动带均为与同步轮配合的同步带或与链轮配合的链条。