CN107671847A

CN107671847A - 一种三自由度气动机械臂

Info

Publication number: CN107671847A
Application number: CN201711173344.2A
Authority: CN
Inventors: 张明伟; 刘遥峰; 郝鹏; 王杰; 杨政; 马娟荣
Original assignee: Aerospace Science And Technology Intelligent Robot Co Ltd
Current assignee: Aerospace Science And Technology Intelligent Robot Co Ltd
Priority date: 2017-11-22
Filing date: 2017-11-22
Publication date: 2018-02-09

Abstract

本公开提供一种三自由度气动机械臂包括静平台、肩关节、肘关节和腕关节，所述静平台与所述肩关节相连，所述肩关节与所述肘关节相连，所述肘关节与所述腕关节相连，所述肩关节包括肩关节驱动气缸，所述肘关节包含肘关节驱动气缸，所述腕关节包括腕关节驱动气缸，所述肩关节驱动气缸与所述静平台连接，所述肘关节驱动气缸与所述肩关节连接，所述腕关节驱动气缸与所述肘关节连接。

Description

一种三自由度气动机械臂

技术领域

本公开涉及机械工程领域，尤其涉及一种三自由度气动机械臂。

背景技术

机械臂是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置，已被广泛的运用于自动化生产线中，机械臂的研制和生产也已成为高科技领域内迅速发展起来的一门新兴的技术。目前常见的机械臂多由电机与直线电机混合驱动，具有输出精度高，运动平稳等优点，但这种机械臂较为笨重，占用体积大，且成本高。

相比之下，气动机械臂通用性更强，且动作迅速，反应灵敏，阻力损失和泄漏较小，成本低廉，并具有一定的承载能力，已被广泛应用于各种自动化生产线，是目前机械臂领域的研究热点。

发明内容

本公开提出一种三自由度气动机械臂，包括静平台、肩关节、肘关节和腕关节，所述静平台与所述肩关节相连，所述肩关节与所述肘关节相连，所述肘关节与所述腕关节相连；

所述肩关节包括肩关节驱动气缸，所述肘关节包含肘关节驱动气缸，所述腕关节包括腕关节驱动气缸，所述肩关节驱动气缸与所述静平台连接，所述肘关节驱动气缸与所述肩关节连接，所述腕关节驱动气缸与所述肘关节连接。

其中，所述静平台为所述三自由度气动机械臂的机架，用于固定所述机械臂，所述静平台可根据工作需求通过螺栓安装在不同的工作环境中。

进一步地，所述肩关节还包括肩关节左骨骼、肩关节右骨骼、第一固定支座、第二固定支座、第三固定支座和第四固定支座，所述肩关节驱动气缸的底部通过所述第一固定支座和所述第二固定支座与所述静平台连接，所述肩关节驱动气缸的顶部与所述肩关节左骨骼和所述肩关节右骨骼连接，所述肩关节左骨骼和所述肩关节右骨骼通过所述第三固定支座和所述第四固定支座与所述静平台相连。

其中，所述第一固定支座、所述第二固定支座、所述第三固定支座和所述第四固定支座均固定安装在所述静平台上，所述肩关节驱动气缸的底部和所述肩关节左、右骨骼通过螺栓和套筒与所述静平台形成转动副连接，所述肩关节驱动气缸的顶部通过螺栓和套筒与所述肩关节左、右骨骼形成转动副连接；所述肩关节可视为一个四连杆机构，所述肩关节驱动气缸作为所述肩关节的主动件，能够带动所述肩关节左、右骨骼作相对于所述静平台上下摆动的运动。

进一步地，所述肘关节还包括肘关节左骨骼和肘关节右骨骼，所述肘关节驱动气缸的底部与所述肩关节左骨骼和所述肩关节右骨骼连接，所述肘关节驱动气缸的顶部与所述肘关节左骨骼和所述肘关节右骨骼连接，所述肘关节左骨骼和所述肘关节右骨骼与所述肩关节左骨骼和所述肩关节右骨骼相连。

其中，所述肘关节驱动气缸的底部通过螺栓和套筒与所述肩关节左、右骨骼形成转动副连接；所述肘关节驱动气缸的顶部通过螺栓和套筒与所述肘关节左、右骨骼形成转动副连接；所述肩关节左、右骨骼通过螺栓和套筒与所述肘关节左、右骨骼形成转动副连接；所述肘关节驱动气缸作为所述肘关节的主动件，能够带动所述肘关节左、右骨骼作相对于所述静平台上下摆动的运动。

进一步地，所述腕关节还包括腕关节左骨骼和腕关节右骨骼，所述腕关节驱动气缸的底部与所述肘关节左骨骼和所述肘关节右骨骼连接，所述腕关节驱动气缸的顶部与所述腕关节左骨骼和所述腕关节右骨骼连接，所述腕关节左骨骼和所述腕关节右骨骼与所述肘关节左骨骼和所述肘关节右骨骼连接。

其中，所述腕关节驱动气缸的底部通过螺栓和套筒与所述肘关节左、右骨骼形成转动副连接；所述腕关节驱动气缸的顶部通过螺栓和套筒与所述腕关节左、右骨骼形成转动副连接；所述肘关节左、右骨骼通过螺栓和套筒与所述腕关节左、右骨骼形成转动副连接；所述腕关节驱动气缸作为所述腕关节的主动件，能够带动所述腕关节左、右骨骼作相对于所述静平台前后摆动的运动。

进一步地，所述机械臂还包括动平台，所述动平台与所述腕关节相连，所述动平台能够搭载不同的执行机构。

其中，所述动平台通过螺栓固定在所述腕关节上，所述动平台的空间位置会随着各关节的运动而变化；所述动平台根据任务需要能够搭载或更换为不同的执行机构。

进一步地，所述三自由度气动机械臂与所述动平台共同组成多种运动状态。

其中，所述肩关节驱动气缸、所述肘关节驱动气缸和所述腕关节驱动气缸的状态共同决定所述肩关节、所述肘关节和所述腕关节的运动状态，并进一步决定所述动平台的空间位置。

本公开的有益效果：

1)具有三个自由度的气动机械臂，不仅具有普通气动机械臂节能环保、成本低廉、轻便易操作、通用性强等特点，还具有反应灵敏、动作迅速、工作空间大、可靠性高等优势；

2)动平台可根据工作需求搭载或更换为不同的执行机构或功能模块，完成多样化的任务，应用于多种自动化生产线。

附图说明

附图示出了本公开的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本公开的原理，其中包括了这些附图以提供对本公开的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。

图1是本公开具体实施方式的三自由度气动机械臂的总体结构示意图；

图2是本公开具体实施方式的三自由度气动机械臂的肩关节的结构示意图；

图3是本公开具体实施方式的三自由度气动机械臂的肘关节的结构示意图；

图4是本公开具体实施方式的三自由度气动机械臂的腕关节的结构示意图；

图5是本公开具体实施方式的三自由度气动机械臂与动平台的所有运动状态示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释相关内容，而非对本公开的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本公开相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图1-5并结合实施例来详细说明本公开。

三自由度气动机械臂包括静平台A、肩关节C、肘关节D和腕关节E，静平台A与肩关节C相连，肩关节C与肘关节D相连，肘关节D与腕关节E相连；

肩关节C包括肩关节驱动气缸C-1，肘关节D包括肘关节驱动气缸D-1，腕关节E包括腕关节驱动气缸E-1，肩关节驱动气缸C-1与静平台A连接，肘关节驱动气缸D-1与肩关节C连接，腕关节驱动气缸E-1与肘关节D连接。

肩关节C还包括肩关节左骨骼C-2、肩关节右骨骼C-3、第一固定支座C-4、第二固定支座C-5、第三固定支座C-6和第四固定支座C-7，肩关节驱动气缸C-1的底部通过第一固定支座C-4和第二固定支座C-5与静平台A连接，肩关节驱动气缸C-1的顶部与肩关节左骨骼C-2和肩关节右骨骼C-3连接，肩关节左骨骼C-2和肩关节右骨骼C-3通过第三固定支座C-6和第四固定支座C-7与静平台A相连。

肘关节D还包括肘关节左骨骼D-2和肘关节右骨骼D-3，肘关节驱动气缸D-1的底部与肩关节左骨骼C-2和肩关节右骨骼C-3连接，肘关节驱动气缸D-1的顶部与肘关节左骨骼D-2和肘关节右骨骼D-3连接，肘关节左骨骼D-2和肘关节右骨骼D-3与肩关节左骨骼C-2和肩关节右骨骼C-3相连。

腕关节E还包括腕关节左骨骼E-2和腕关节右骨骼E-3，腕关节驱动气缸E-1的底部与肘关节左骨骼D-2和肘关节右骨骼D-3连接，腕关节驱动气缸E-1的顶部与腕关节左骨骼E-2和腕关节右骨骼E-3连接，腕关节左骨骼E-2和腕关节右骨骼E-3与肘关节左骨骼D-2和肘关节右骨骼D-3连接。

三自由度气动机械臂还包括动平台B，动平台B与腕关节E相连，动平台B能够搭载不同的执行机构。

三自由度气动机械臂与动平台B共同组成多种运动状态。

更为详细的，如图2所示，肩关节驱动气缸C-1的底部通过第一固定支座C-4、第二固定支座C-5与静平台A形成转动副连接，肩关节驱动气缸C-1的顶部通过螺栓和套筒与肩关节左骨骼C-2和肩关节右骨骼C-3形成转动副连接；肩关节左骨骼C-2和肩关节右骨骼C-3通过第三固定支座C-6和第四固定支座C-7与静平台A之间形成转动副连接；在肩关节驱动气缸C-1的带动下，肩关节C可相对于静平台A作上下摆动。

如图3所示，肘关节驱动气缸D-1的底部通过螺栓和套筒与肩关节左、右骨骼C-2、C-3形成转动副连接；肘关节驱动气缸D-1的顶部通过螺栓和套筒与肘关节左、右骨骼D-2、D-3形成转动副连接；肘关节左、右骨骼D-2、D-3通过螺栓和套筒与肩关节左、右骨骼C-2、C-3形成转动副连接；在肘关节驱动气缸D-1的带动下，肘关节D可相对于静平台A作上下摆动。

如图4所示，腕关节驱动气缸E-1的底部通过螺栓和套筒与肘关节左、右骨骼D-2、D-3形成转动副连接；腕关节驱动气缸E-1的顶部通过螺栓和套筒与腕关节左、右骨骼E-2、E-3形成转动副连接；腕关节左、右骨骼E-2、E-3通过螺栓和套筒与肘关节左、右骨骼D-2、D-3形成转动副连接；在腕关节驱动气缸D-1的带动下，腕关节E可相对于静平台A作前后摆动。

如图5所示，动平台B的空间位置由肩关节C、肘关节D和腕关节E共同决定，这三个关节的运动分别通过肩关节驱动气缸C-1、肘关节驱动气缸D-1和腕关节驱动气缸E-1来实现，每个气缸均有最短和最长两种运动状态，故机械臂与动平台B组成的运动状态有八种，如图5(a)(b)(c)(d)(e)(f)(g)(h)所示，分别表示为：图5(a)，三个关节驱动气缸均不运动时的状态；图5(b)，仅腕关节驱动气缸E-1运动时的状态；图5(c)，仅肘关节驱动气缸D-1运动时的状态；图5(d)，肘关节驱动气缸D-1和腕关节驱动气缸E-1同时运动时的状态；图5(e)，仅肩关节驱动气缸C-1运动时的状态；图5(f)，肩关节驱动气缸C-1和腕关节驱动气缸E-1同时运动时的状态；图5(g)，肩关节驱动气缸C-1和肘关节驱动气缸D-1同时运动时的状态；图5(h)肩关节驱动气缸C-1、肘关节驱动气缸D-1和腕关节驱动气缸E-1同时运动时的状态。三个关节驱动气缸的不同状态决定了整个机械臂的位姿以及动平台B的空间位置，赋予了该机械臂更强的灵活性。

本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本公开，而并非是对本公开的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本公开的范围内。

Claims

1.一种三自由度气动机械臂，包括静平台(A)、肩关节(C)、肘关节(D)和腕关节(E)，所述静平台(A)与所述肩关节(C)相连，所述肩关节(C)与所述肘关节(D)相连，所述肘关节(D)与所述腕关节(E)相连；

所述肩关节(C)包括肩关节驱动气缸(C-1)，所述肘关节(D)包括肘关节驱动气缸(D-1)，所述腕关节(E)包括腕关节驱动气缸(E-1)，所述肩关节驱动气缸(C-1)与所述静平台(A)连接，所述肘关节驱动气缸(D-1)与所述肩关节(C)连接，所述腕关节驱动气缸(E-1)与所述肘关节(D)连接。

2.根据权利要求1所述的三自由度气动机械臂，其特征在于，所述肩关节(C)还包括肩关节左骨骼(C-2)、肩关节右骨骼(C-3)、第一固定支座(C-4)、第二固定支座(C-5)、第三固定支座(C-6)和第四固定支座(C-7)，所述肩关节驱动气缸(C-1)的底部通过所述第一固定支座(C-4)和所述第二固定支座(C-5)与所述静平台(A)连接，所述肩关节驱动气缸(C-1)的顶部与所述肩关节左骨骼(C-2)和所述肩关节右骨骼(C-3)连接，所述肩关节左骨骼(C-2)和所述肩关节右骨骼(C-3)通过所述第三固定支座(C-6)和所述第四固定支座(C-7)与所述静平台(A)相连。

3.根据权利要求1或2所述的三自由度气动机械臂，其特征在于，所述肘关节(D)还包括肘关节左骨骼(D-2)和肘关节右骨骼(D-3)，所述肘关节驱动气缸(D-1)的底部与所述肩关节左骨骼(C-2)和所述肩关节右骨骼(C-3)连接，所述肘关节驱动气缸(D-1)的顶部与所述肘关节左骨骼(D-2)和所述肘关节右骨骼(D-3)连接，所述肘关节左骨骼(D-2)和所述肘关节右骨骼(D-3)与所述肩关节左骨骼(C-2)和所述肩关节右骨骼(C-3)相连。

4.根据权利要求1-3任一项所述的三自由度气动机械臂，其特征在于，所述腕关节(E)还包括腕关节左骨骼(E-2)和腕关节右骨骼(E-3)，所述腕关节驱动气缸(E-1)的底部与所述肘关节左骨骼(D-2)和所述肘关节右骨骼(D-3)连接，所述腕关节驱动气缸(E-1)的顶部与所述腕关节左骨骼(E-2)和所述腕关节右骨骼(E-3)连接，所述腕关节左骨骼(E-2)和所述腕关节右骨骼(E-3)与所述肘关节左骨骼(D-2)和所述肘关节右骨骼(D-3)连接。

5.根据权利要求1-4任一项所述的三自由度气动机械臂，其特征在于，所述机械臂还包括动平台(B)，所述动平台(B)与所述腕关节(E)相连，所述动平台(B)能够搭载不同的执行机构。

6.根据权利要求1-5任一项所述的三自由度气动机械臂，其特征在于，所述三自由度气动机械臂与所述动平台(B)共同组成多种运动状态。