五自由度工业机械臂制造技术

本发明专利技术公开了一种末端可实现三维空间移动和二维转动的五自由度工业机械臂，其包括底座、五个结构相同的运动分支、第一U形件、第二U形件、大臂和机械手。五个运动分支的第一端固连于底座上，其中三个运动分支的第二端分别与第一U形件的底部转动连接，另外两个运动分支的第二端分别与第二U形件的底部转动连接，第一U形件和第二U形件的顶部分别通过转动副与大臂的驱动端和中部连接，大臂的末端设有机械手。本发明专利技术五个运动分支并联，克服了串联机械臂的末端误差累积、刚度和承载能力差等弱点，同时一定长度的大臂确保了机械臂的末端具有较大的工作空间，从而能广泛地应用于汽车、造船、航空等现代工业领域。

【技术实现步骤摘要】
五自由度工业机械臂
本专利技术属于工业机器人领域，特别是涉及一种可实现三维空间移动和二维转动的、具有五自由度的工业并联机械臂。
技术介绍
机械臂是一种应用极为广泛的机器人，在上下料、搬运、装配、包装等方面发挥着作用。目前，市场应用的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并联机械臂通用性强，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机械臂，也就是并联机械臂，这种机械臂通常由底座、大臂和以并联方式连接两者的多条运动分支组成，其驱动部件可以安装在底座上或底座附近，使它与串联结构的机械臂相比具有一些独特的性能，如刚度大、对称性好、结构紧凑和动力学性能好等，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机械臂其自由度大都三个或者六个，具有三维移动和二维转动五个自由度的并联构型形式且具有实用性的机械臂并不多见。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种可实现三维空间移动和二维转动的五自由度工业机械臂，该机械臂具有工作空间大、动力学特性、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。本专利技术是这样实现的：本专利技术的五自由度工业机械臂包括底座、第一运动分支、第二运动分支、第三运动分支、第四运动分支、第五运动分支、第一U形件、第二U形件和大臂，所述第一运动分支、第二运动分支、第三运动分支、第四运动分支和第五运动分支按其驱动方向的轴线相互平行方式安装在所述底座上，均包括伺服电机、联轴器、滑台座、滚珠丝杠螺母副、滑台、第三U形件、连杆、第四U形件、第一转动轴、第二转动轴和第三转动轴，所述伺服电机安装在所述滑台座的一个端部上，所述伺服电机的输出轴通过所述联轴器与所述滚珠丝杠螺母副的滚珠丝杠相连；所述滚珠丝杠通过转动副与所述滑台座相连接，所述滚珠丝杠螺母副的螺母与所述滑台固联；所述连杆的第一端通过所述第一转动轴与所述第四U形件转动连接，所述连杆的第二端通过所述第二转动轴转动连于所述第三U形件的顶部；所述第三U形件的底部通过所述第三转动轴转动连接在所述滑台的中部，所述第一转动轴与所述第二转动轴相互平行安装，所述第三转动轴与所述第二转动轴相互垂直安装；以及所述第一U形件的顶部通过第六转动轴转动连接在所述大臂的第一端，所述第二U形件的顶部通过第八转动轴转动连接在所述大臂的中部，所述第一运动分支和第二运动分支中的第四U形件分别通过第四转动轴和第七转动轴转动连接在所述第一U形件的底端的两侧，所述第三运动分支中的第四U形件通过第五转动轴转动连接在第一U形件的底端的中部，所述第四运动分支和第五运动分支中的第四U形件分别通过第九转动轴和第十转动轴转动连接在所述第二U形件的底端的两侧。可优选的是，所述第一运动分支和所述第二运动分支分别安装在所述底座的第一端的两侧，所述第三运动分支安装在所述底座的第二端的中部，所述第四运动分支和第五运动分支分别安装在所述底座的第二端的两侧。可优选的是，所述第一转动轴与所述第二转动轴相互平行安装，所述第三转动轴与所述第二转动轴相互垂直安装，所述第四转动轴与所述第一转动轴相互垂直安装，所述第四转动轴、第五转动轴与第七转动轴相互平行安装，所述第六转动轴与所述第四转动轴相互垂直安装，所述第九转动轴与第十转动轴相互平行安装，所述第九转动轴与第八转动轴相互垂直安装，所述第六转动轴与第八转动轴相互平行安装。可优选的是，所述机械手设于所述大臂的末端。可优选的是，通过设置所述第一运动分支、第二运动分支、第三运动分支、第四运动分支和第五运动分支中伺服电机的协调驱动，从而实现所述大臂的三维移动和二维转动。本专利技术的有益效果是：1、本专利技术提供的五自由度工业机械臂，具有结构简单、精度高、工作空间大、动力学特性、运动解耦性及工艺性好等优点；2、本专利技术提供的五自由度工业机械臂，机械臂可以实现空间内的三维移动和二维转动，通用性较好，可以广泛地应用于汽车、造船、航空等现代工业领域。附图说明图1为本专利技术五自由度工业机械臂的三维结构示意图；图2为本专利技术五自由度工业机械臂的第一运动分支组成示意图；以及图3为第一U形件和第二U形件相关联接示意图。主要附图标记：1-底座；2-第一运动分支；3-第二运动分支；4-第一U形件；5-第三运动分支；6-第四运动分支；7-第五运动分支；8-大臂；9-第二U形件；10-机械手；11-第四转动轴；12-第五转动轴；13-第六转动轴；14-第七转动轴；15-第八转动轴；16-第九转动轴；17-第十转动轴；201-伺服电机；202-联轴器；203-滑台座；204-滚珠丝杠螺母副；205-滑台；206-第三U形件；207-连杆；208-第四U形件；209-第一转动轴；210-第二转动轴；211-第三转动轴。具体实施方式为详尽本专利技术之
技术实现思路
、结构特征、所达成目的及功效，以下将结合说明书附图进行详细说明。本专利技术提供的五自由度工业机械臂，如图1-图3所示，包括底座1、第一运动分支2、第二运动分支3、第三运动分支5、第四运动分支6、第五运动分支7、第一U形件4、第二U形件9和大臂8。五个运动分支结构相同，以第一运动分支2作为运动分支的例子来进行描述。第一运动分支2包括伺服电机201、联轴器202、滑台座203、滚珠丝杠螺母副204、滑台205、第三U形件206、连杆207、第四U形件208、第一转动轴209、第二转动轴210和第三转动轴211。具体地，伺服电机201安装在滑台座203的一个端部上，伺服电机201的输出轴通过联轴器202与滚珠丝杠螺母副204的滚珠丝杠相连。滚珠丝杠螺母副204的滚珠丝杠通过转动副与滑台座203相连接，滚珠丝杠螺母副204的螺母与滑台205固联。连杆207的第一端通过第一转动轴209与第四U形件208转动连接，连杆207的第二端通过第二转动轴210转动连于第三U形件206的顶部。第三U形件206的底部通过第三转动轴211转动连接在滑台205的中部，第一转动轴209与第二转动轴210相互平行安装，第三转动轴211与第二转动轴210相互垂直安装；五个运动分支的滑台座203按其驱动方向的轴线相互平行地安装在底座1上，其中，第一运动分支2和第二运动分支3安装在底座1的第一端的两侧，第三运动分支5、第四运动分支6和第五运动分支7分别安装在底座1的第二端中部和两侧。如图3所示，第一U形件4的顶部通过第六转动轴13连接在大臂8的第一端即驱动端，第二U形件9的顶部通过第八转动轴15连接在大臂8的中部上。第一运动分支2和第二运动分支3中的第四U形件208分别通过第四转动轴11和第七转动轴14转动连接在第一U形件4底端的两侧，第三运动分支5中的第四U形件208通过第五转动轴12转动连接在第一U形件4底端的中部，第四转动轴11与第一转动轴209相互垂直设置，第四转动轴11、第五转动轴12与本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种五自由度工业机械臂，其特征在于，其包括底座、第一运动分支、第二运动分支、第三运动分支、第四运动分支、第五运动分支、第一U形件、第二U形件和大臂，/n所述第一运动分支、第二运动分支、第三运动分支、第四运动分支和第五运动分支按其驱动方向的轴线相互平行方式安装在所述底座上，均包括伺服电机、联轴器、滑台座、滚珠丝杠螺母副、滑台、第三U形件、连杆、第四U形件、第一转动轴、第二转动轴和第三转动轴，所述伺服电机安装在所述滑台座的一个端部上，所述伺服电机的输出轴通过所述联轴器与所述滚珠丝杠螺母副的滚珠丝杠相连；所述滚珠丝杠通过转动副与所述滑台座相连接，所述滚珠丝杠螺母副的螺母与所述滑台固联；所述连杆的第一端通过所述第一转动轴与所述第四U形件转动连接，所述连杆的第二端通过所述第二转动轴转动连于所述第三U形件的顶部；所述第三U形件的底部通过所述第三转动轴转动连接在所述滑台的中部，所述第一转动轴与所述第二转动轴相互平行安装，所述第三转动轴与所述第二转动轴相互垂直安装；以及/n所述第一U形件的顶部通过第六转动轴转动连接在所述大臂的第一端，所述第二U形件的顶部通过第八转动轴转动连接在所述大臂的中部，所述第一运动分支和第二运动分支中的第四U形件分别通过第四转动轴和第七转动轴转动连接在所述第一U形件的底端的两侧，所述第三运动分支中的第四U形件通过第五转动轴转动连接在第一U形件的底端的中部，所述第四运动分支和第五运动分支中的第四U形件分别通过第九转动轴和第十转动轴转动连接在所述第二U形件的底端的两侧。/n...

【技术特征摘要】
1.一种五自由度工业机械臂，其特征在于，其包括底座、第一运动分支、第二运动分支、第三运动分支、第四运动分支、第五运动分支、第一U形件、第二U形件和大臂，
所述第一运动分支、第二运动分支、第三运动分支、第四运动分支和第五运动分支按其驱动方向的轴线相互平行方式安装在所述底座上，均包括伺服电机、联轴器、滑台座、滚珠丝杠螺母副、滑台、第三U形件、连杆、第四U形件、第一转动轴、第二转动轴和第三转动轴，所述伺服电机安装在所述滑台座的一个端部上，所述伺服电机的输出轴通过所述联轴器与所述滚珠丝杠螺母副的滚珠丝杠相连；所述滚珠丝杠通过转动副与所述滑台座相连接，所述滚珠丝杠螺母副的螺母与所述滑台固联；所述连杆的第一端通过所述第一转动轴与所述第四U形件转动连接，所述连杆的第二端通过所述第二转动轴转动连于所述第三U形件的顶部；所述第三U形件的底部通过所述第三转动轴转动连接在所述滑台的中部，所述第一转动轴与所述第二转动轴相互平行安装，所述第三转动轴与所述第二转动轴相互垂直安装；以及
所述第一U形件的顶部通过第六转动轴转动连接在所述大臂的第一端，所述第二U形件的顶部通过第八转动轴转动连接在所述大臂的中部，所述第一运动分支和第二运动分支中的第四U形件分别通过第四转动轴和第七转动轴转动连接在所述第一U形件的底端的两侧，所述第三运动分支中的第四U形件通过第五转动轴转动...

【专利技术属性】
技术研发人员：金振林，冯海兵，丁伟利，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：河北;13