[发明专利]一种七自由度串并混联的机械臂构型和机械臂

说明书

本发明提供了一种七自由度串并混联的机械臂构型，包括基座、第一关节、第二关节、第三关节、第四关节、第五关节、第六关节以及第七关节；所述第一关节轴线、第二关节轴线以及第三关节轴线在空间上交于一点O₁；所述第五关节轴线、第六关节轴线以及第七关节轴线在空间上交于一点O₂；第四关节旋转的回转点为O₃；所述第三关节轴线、第四关节轴线以及第五关节轴线平行。第三、四关节之间是并联的构型形式，第四、五关节之间是并联的构型形式，第一、二、三关节是依次串联的构型形式，第五、六、七关节是依次串联的机构构型形式。本发明的创新设计降低了机械臂整体的转动惯量和肩、肘关节的驱动力矩，能够带来更好的寿命和使用性能。

技术领域

本发明涉及机器人领域，具体地，涉及一种七自由度串并混联的机械臂构型和机械臂，尤其涉及一种具有七自由度的低惯量串并混联式结构的机械臂。

背景技术

根据仿生学原理，灵巧型机械臂的结构设计为具有7个七自由度，其中肩关节3个自由度，肘关节1个自由度，腕关节3个自由度，可以在保持末端机构三维位置不变的情况下，从一个构型变换到另一个构型。通常七自由度机械臂构型是七个关节逐级串联并且关节轴线两两正交，每个关节内都有电机、减速机等驱动部件。

如专利文献CN107433597A公开的一种七自由度紧凑型高功效比机械臂，包括第一、第二、第三肩关节、肘关节、第一、第二和第三腕关节；第一肩关节、第二肩关节、第三肩关节、肘关节、第一腕关节、第二腕关节和第三腕关节沿竖直方向依次固定连接；且第一肩关节沿第二肩关节的轴向进行周向转动；第二肩关节沿第三肩关节的轴向进行周向转动；第三肩关节沿肘关节的轴向进行周向转动；肘关节沿第一腕关节的轴向进行周向转动；第一腕关节沿第二腕关节的轴向进行周向转动；第二腕关节沿第三腕关节的轴向进行周向转动。

这种构型的缺点之一是距离基座较近的肩、肘关节的几个电机所承载的力矩较大，并且由于关节内电机等驱动部件质量较大，随着关节逐级串联，关节所需承受的惯性力相应增加，机械臂的动力学特性变差。缺点之二是构成主运动平面(垂直于基座的机械臂主要工作平面，或称铅垂面)的相互平行的三个关节轴线并不相邻，后两个关节距离基座远，位置较高，因此在主运动空间的常用可达范围处的操作灵活性变差。

为解决以上问题，本发明提出一种低惯量的七自由度串并混联式机械臂新构型，将第三、四、五关节设计为相互平行且相互相邻的构型形式，且第三关节和第四关节是并联驱动的平行四杆构型形式，第四关节和第五关节是并联驱动的平行四杆构型形式，第一关节、第二关节、第三关节是依次串联的机构构型形式，第五关节、第六关节、第七关节之间是依次串联连接的机构构型形式。将第四和第五关节的电机等驱动单元的位置下移，降低了机械臂整体的转动惯量和肩、肘关节的驱动力矩。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种七自由度串并混联的机械臂构型和机械臂。

根据本发明提供的一种七自由度串并混联的机械臂构型，包括基座、第一关节、第二关节、第三关节、第四关节、第五关节、第六关节以及第七关节；

分别将第一关节、第二关节、第三关节、第四关节、第五关节、第六关节、第七关节的轴线记为第一关节轴线、第二关节轴线、第三关节轴线、第三关节轴线、第四关节轴线、第五关节轴线、第六关节轴线、第七关节轴线；

所述第一关节轴线、第二关节轴线以及第三关节轴线在空间上交于一点O₁；

所述第五关节轴线、第六关节轴线以及第七关节轴线在空间上交于一点O₂；

第四关节旋转的回转点为O₃；

所述第三关节轴线、第四关节轴线以及第五关节轴线平行。

优选地，所述七自由度串并混联的机械臂构型还包括第一连杆、连接支架、第二连杆、第五连杆以及第六连杆；