[发明专利]六自由度波浪补偿的船用超长机械臂

说明书

本发明涉及一种六自由度波浪补偿的船用超长机械臂，其包括可补偿升降平台、并联补偿机械臂和串联机械臂，可补偿升降平台包括并联机构和转动机构，并联机构实现装置沿Z轴的移动和绕X、Y轴的转动，具有补偿功能，转动机构实现装置绕Z轴的转动；并联补偿机械臂包括第一节机械臂、两个机械臂直线驱动分支和上平台，与可补偿升降平台共同实现整个装置的六自由度波浪补偿功能。串联机械臂包括四节结构相同的机械臂和末端执行装置，第二节机械臂通过连杆机构与第一节机械臂相连，其余三节机械臂和末端执行装置采用相同结构依次连接。本发明中的一种六自由度波浪补偿的船用超长机械臂工作空间大，稳定性好，可补偿波浪等环境因素对机械臂的影响。

技术领域

本发明涉及一种机械臂，特别涉及一种六自由度波浪补偿的船用超长机械臂。

背景技术

船用机械臂是水上铲挖作业的重要设备，通常安装在大型舰船和码头上，随着海上作业的需求加大，对船用机械臂的应用越来越广泛。传统的船用机械臂，伸出长度有限，工作空间有限，且机械臂的转角较小，特别是在深海区域作业时，往往不能满足工作需求，而在需要大转角的工作环境中，更加不能达到所需要的位置。

现有的船用机械臂多采用串联式结构，只能实现每节机械臂自身的俯仰，和整体机械臂的旋转，并不能实现机械臂自身的左右摆动，很少具有六自由度波浪补偿功能，可以平衡海浪对机械臂等所产生的影响。串联机构具有结构简单，成本低，控制简单，运动空间大等优点，已成功应用于很多领域，如挖掘机的机械臂，各种机床等。并联机构的研究与串联相比起步较晚，并联机构具有精度高，刚度大，承载能力强等优点，在大承载能力的场合具有明显优势。

综上所述，研发一种基于并联机构，工作空间大，稳定性好，具有六自由度波浪补偿功能，可以平衡海浪等工作条件的影响，适应各种环境的船用机械臂是十分有意义的。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种六自由度波浪补偿的船用超长机械臂，其在舰船或码头工作，能够补偿海浪等工作条件的影响，且工作空间大、稳定性好。

本发明的技术方案为：一种六自由度波浪补偿的船用超长机械臂，其包括可补偿升降平台、并联补偿机械臂和串联机械臂，所述可补偿升降平台包括基于并联机构的升降装置和转动机构，所述升降装置包括三个升降平台的直线驱动分支、一个直线随动分支和底座，所述升降平台的直线驱动分支上端通过虎克铰链和转动铰链构成的等效球面副与外筒壁相连，其下端通过虎克铰链与底座相连，所述直线随动分支下端的虎克铰链与底座固连，所述转动机构的下端与所述直线随动分支中的外层筒上端相连，上端与上平台相连，能通过电机驱动实现机械臂绕Z轴旋转；所述并联补偿机械臂包括第一节机械臂、两个对称布置机械臂直线驱动分支、上平台和万向节，所述第一节机械臂通过所述万向节与所述上平台相连，所述机械臂直线驱动分支第一端通过虎克铰与所述上平台的伸出端相连，其第二端通过虎克铰链和转动铰链构成的等效球面副与第一节机械臂相连，两个机械臂直线驱动分支实现了第一节机械臂的俯仰与绕自身的两个转动自由度；所述串联机械臂包括第二节机械臂、第三节机械臂、第四节机械臂、第五节机械臂和末端执行装置，各机械臂结构完全相同且尺寸各不相同，所述第二节机械臂与所述第一节机械臂关节处通过转动副相连，所述第二节机械臂利用液压缸驱动，液压缸的第一端与所述第一节机械臂的底部相连，第二端与连接第一节机械臂和第二节机械臂的连杆机构相连，其余三节机械臂也采用相同的结构依次连接，所述第五节机械臂与所述末端执行装置相连。

优选地，所述直线随动分支包括外层筒、内层筒和虎克铰，所述外层筒和内层筒外形为六边形，三条短边三条长边相间分布，各短边布置两条直线导轨，用于导向外层筒运动。

优选地，三个升降平台的直线驱动分支结构完全相同，且呈圆周对称分布。

优选地，所述的各直线驱动分支能选为液压缸或电动缸，其机构能选为UPS分支或SPS分支。

优选地，所述第一节机械臂与所述第二节机械臂之间的转动副为圆弧形，便于机械臂的折叠，其余相邻机械臂之间的转动副也均为圆弧形结构。