[发明专利]五自由度工业机械臂

说明书

本发明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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明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。

本发明是这样实现的：

本发明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。