[发明专利]一种模块化可重构串并联机械臂系统

权利要求书

1.一种模块化可重构串并联机械臂系统，其特征在于；该系统由以下七个基本模块组成：转动关节（2）、L形连杆（3）、I形连杆（4）、大臂连杆（7）、小臂连杆（9）、底座A（6）、底座B（10），以及还包括如下附件：铰链（8）、机械手爪A（1）、机械手爪B（11）、连接法兰（5）；

转动关节（2）是模块化可重构串并联机械臂系统的核心组成部分，它作一个自由度的旋转运动，旋转轴线与圆柱关节的轴线重合；重构有两种方式：（1）改变相邻两转动关节的连接方式；（2）改变转动关节的数量；

对于串联式机械臂，采用方式（1）和方式（2）进行重构，即改变连接方式的同时改变转动关节的数量；转动关节之间的连接方式有两种：A-A型连接和A-B型连接；

对于并联式机械臂，采用方式（2）进行重构，通过改变模块的数目以达到改变支链的数目的目的；

所述系统具有以下六种系统重构模式，其中串联式机械臂系统有四种，并联式机械臂系统有两种：具体实施为；

方式一：在三自由度串联重构模式下，机械臂的构型为A-B-A，其中包含三个转动关节，机械臂具有三个转动自由度；

该实施方案的重构设计过程：先确定机械臂的构型，再将三个转动关节（2）用两个L形连杆（3）依次相连接，首端的转动关节（2）与连接法兰（5）连接后再与底座A（6）相连接，末端的转动关节（2）与机械手爪A（1）相连接，通过转动关节（2）的转动就能实现机械臂整体的运动；

以三自由度串联模式对机械臂进行重构设计，机械臂具有三个转动自由度，能够应用于焊接、喷涂，该模式称为三自由度串联重构模式；

方式二：在四自由度串联重构模式下，机械臂的构型为A-B-B-A，其中包含四个转动关节，机械臂具有四个转动自由度；

该实施的重构设计过程：先确定机械臂的构型，再将两个转动关节（2）分别与另外两个转动关节（2）通过两个L形连杆（3）相连接，构成两个A-B构型，再通过一个I形连杆（4）连接，最后再连接机械手爪A（1）和底座A（6），就完成了四自由度串联机械臂的重构；

以四自由度串联模式对机械臂进行重构设计，机械臂具有四个转动自由度，能够应用于简单搬运、码垛，该模式称为四自由度串联重构模式；

方式三：在五自由度串联重构模式下，机械臂的构型为A-B-A-B-A，其中包含四个转动关节，机械臂具有四个转动自由度；

该实施方案的重构设计过程：先确定机械臂的构型，通过四个L形连杆（3）将五个转动关节（2）相连接，最后再连接机械手爪A（1）和底座A（6），就完成了五自由度串联机械臂的重构；

以五自由度串联模式对机械臂进行重构设计，机械臂具有五个转动自由度，能够应用于搬运材料、组装零件，该模式称为五自由度串联重构模式；

方式四：在六自由度串联重构模式下，机械臂的构型为A-B-B-A-B-A，其中包含六个转动关节，机械臂具有六个转动自由度；

该实施方案的重构设计过程：先确定机械臂的构型，再将四个转动关节（2）依次通过三个L形连杆（3）相连接，构成两B-A-B-A构型，同理再完成A-B构型的连接，再通过一个I形连杆（4）将两部分构型相连接，最后连接机械手爪A（1）和底座A（6），就完成了六自由度串联机械臂的重构；

以六自由度串联模式对机械臂进行重构设计，机械臂具有六个转动自由度，能够应用于较为复杂的场合，该模式称为六自由度串联重构模式；

方式五：在二自由度并联重构模式下，机械臂有两条支链，其中包含两个转动关节，机械臂具有两个移动自由度；

该实施方案的重构设计过程：先确定机械臂的构型，再将两个转动关节（2）呈对称位置连接在底座B（10）上，再将两个大臂连杆（7）分别连接在转动关节（2）上，然后通过普通铰链与两组小臂连杆（9）并排连接，最后再将两组小臂连杆（9）的另一端与机械手爪B（11）相连接，就完成了二自由度并联机械臂的重构；

以二自由度并联模式对机械臂进行重构设计，机械臂具有两个移动自由度，能够应用于搬运、抓取物品，该模式称为二自由度并联重构模式；

方式六：在三自由度并联重构模式下，机械臂有四条支链，其中包含四个转动关节，机械臂具有三个移动自由度；

该实施方案的重构设计过程：先确定机械臂的构型，再将四个转动关节（2）分别连接在底座B（10）上，再将四个大臂连杆（7）分别连接在转动关节（2）上，

然后通过十字铰链与四组小臂连杆（9）并排连接，最后再将四组小臂连杆（9）的另一端与机械手爪B（11）相连接，就完成了三自由度并联机械臂的重构；

以三自由度并联模式对机械臂进行重构设计，机械臂具有三个移动自由度，能够应用于3D打印、重物搬运，该模式称为三自由度并联重构模式。