专利名称：三自由度混联机械臂的制作方法
技术领域：
本发明涉及工业与农业机器人技术领域，尤其涉及一种与机械手腕配合使用的三自由度混联机械臂。
背景技术：
工业或农业中使用的机器人机械臂一般采用串联的关节式形式，串联形式包括直角坐标型、圆柱坐标型、球坐标型以及关节坐标型。直角坐标型机械臂虽然位置精度高，但其动作范围小，灵活性差，占地面积大；圆柱坐标型机械臂的位置精度仅次于直角坐标型，但移动轴的设计较为复杂；球坐标型机械臂占地面积较小，结构紧凑，位置精度尚可，重量较轻，但避障性差有平衡问题。关节坐标型结构紧凑、灵活性大、占地空间小工作范围大但位置精度较低，有平衡问题，控制存在耦合故比较复杂。
发明内容
(一)要解决的技术问题本发明要解决的技术问题是提供一种三自由度混联机械臂，其刚度优良、稳定性好、控制方式简单，并且具有位置精度高，避障性，占地面积小，重量小的特点。( 二 )技术方案为解决上述问题，本发明提供了一种三自由度混联机械臂，包括下连杆、上连杆、 第一下伸缩杆、第二下伸缩杆和第三上伸缩杆；其中，所述下连杆的一端与所述机架铰接，另一端与所述上连杆铰接；所述第一下伸缩杆和第二下伸缩杆组成并联形式，用于调节所述下连杆上与所述上连杆铰接的一端的位置；所述第一下伸缩杆和第二下伸缩杆的一端分别与所述机架铰接，另一端分别与所述下连杆的侧壁铰接；所述第三上伸缩杆，与所述第一下伸缩杆和第二下伸缩杆组成串联形式，两端分别铰接所述上连杆和所述下连杆的侧壁，用于调节所述上连杆末端的位置。优选地，所述下连杆通过虎克铰与所述机架铰接，通过铰链与所述上连杆连接。优选地，所述第三上伸缩杆通过铰链分别与所述上连杆和下连杆铰接。优选地，所述第一下伸缩杆和第二下伸缩杆分别通过球铰与机架铰接。优选地，所述第一下伸缩杆和第二下伸缩杆分别通过虎克铰与下连杆铰接。优选地，所述第一下伸缩杆与第二下伸缩杆的夹角为30° -60°。优选地，所述上连杆与下连杆之间的最小夹角的范围为10° -30°。(三)有益效果本发明通过采用了三个直线驱动元件，即第一下伸缩杆、第二下伸缩杆和第三上伸缩杆，可使机械臂的末端到达活动范围内的任意一点，其控制简单，稳定性好，所述第一下伸缩杆与第二下伸缩杆组成并联形式，增加了机械臂的刚性，此外，本发明还具有位置精度高，避障性，占地面积小，重量小的特点。
图1为本发明所述三自由度混联机械臂的结构图；图2为本发明所述三自由度混联机械臂工作过程的流程图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式
作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。如图1所示，本发明所述三自由度混联机械臂，包括下连杆1、上连杆2、第一下伸缩杆3、第二下伸缩杆4和第三上伸缩杆5 ；其中，所述下连杆1的一端与所述机架6铰接，另一端与所述上连杆2铰接；例如所述下连杆1通过虎克铰7与所述机架6铰接，通过铰链9与所述上连杆2连接。所述第一下伸缩杆3和第二下伸缩杆4组成并联形式，用于调节所述下连杆1上与所述上连杆2铰接的一端的位置；所述第一下伸缩杆3和第二下伸缩杆4的一端分别与所述机架6铰接，另一端分别与所述下连杆1的侧壁铰接；例如所述第一下伸缩杆3和第二下伸缩杆4分别通过球铰 8与机架6铰接。所述第一下伸缩杆3和第二下伸缩杆4分别通过虎克铰7与下连杆1的侧壁铰接。可使所述第一下伸缩杆3与第二下伸缩杆4的夹角为30° -60°。例如30°、 45° 或 60°。所述第三上伸缩杆5，与所述第一下伸缩杆3和第二下伸缩杆4组成串联形式，两端分别铰接所述上连杆2和所述下连杆1的侧壁，用于调节所述上连杆2末端的位置。例如所述第三上伸缩杆5通过铰链9分别与所述上连杆2和下连杆1铰接。可使所述上连杆2与下连杆1之间的最小夹角，即当所述第三上伸缩杆5最短时所述上连杆 2与下连杆1之间的夹角即最小夹角的范围为10° -30°。例如14°、20°或30°。三个可直线运动的伸缩杆为使机械臂的末端可到达活动范围内的任意一点，采用了三个直线驱动元件，所述第一下伸缩杆3与第二下伸缩杆4组成并联形式，增加了机械臂的刚性，与机架用球铰连接，与下连杆用虎克铰连接。所述下连杆1与机架用虎克铰连接， 与上连杆2用铰链9连接。所述第三上伸缩杆5与上下连杆都是用铰链9连接，组成串联形式。本发明所述三自由度混联机械臂的工作过程(参见图2):A 驱动第一下伸缩杆3和/或第二下伸缩杆4伸缩，使下连杆1上与上连杆2连接的一端移动，从而带动上连杆2移动；本步骤中，可以使第一下伸缩杆3和/或第二下伸缩杆4以其上与机架6连接的一端为中心转动。B 驱动第三上伸缩杆5伸缩，来调节上连杆2末端的位置。其中，步骤A、B的先后顺序不受限制。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
权利要求
1.一种三自由度混联机械臂，其特征在于，包括下连杆(1)、上连杆O)、第一下伸缩杆 (3)、第二下伸缩杆(4)和第三上伸缩杆(5)；其中，所述下连杆(1)的一端与所述机架(6)铰接，另一端与所述上连杆( 铰接；所述第一下伸缩杆(3)和第二下伸缩杆(4)组成并联形式，用于调节所述下连杆(1) 上与所述上连杆( 铰接的一端的位置；所述第一下伸缩杆C3)和第二下伸缩杆的一端分别与所述机架(6)铰接，另一端分别与所述下连杆(1)的侧壁铰接；所述第三上伸缩杆(5)，与所述第一下伸缩杆(3)和第二下伸缩杆(4)组成串联形式， 两端分别铰接所述上连杆( 和所述下连杆(1)的侧壁，用于调节所述上连杆( 末端的位置。
2.如权利要求1所述的三自由度混联机械臂，其特征在于，所述下连杆(1)通过虎克铰 (7)与所述机架(6)铰接，通过铰链(9)与所述上连杆( 连接。
3.如权利要求1所述的三自由度混联机械臂，其特征在于，所述第三上伸缩杆(5)通过铰链(9)分别与所述上连杆( 和下连杆(1)铰接。
4.如权利要求1所述的三自由度混联机械臂，其特征在于，所述第一下伸缩杆(3)和第二下伸缩杆(4)分别通过球铰(8)与机架(6)铰接。
5.如权利要求1所述的三自由度混联机械臂，其特征在于，所述第一下伸缩杆(3)和第二下伸缩杆(4)分别通过虎克铰(7)与下连杆(1)铰接。
6.如权利要求1所述的三自由度混联机械臂，其特征在于，所述第一下伸缩杆(3)与第二下伸缩杆的夹角为30° -60°。
7.如权利要求1所述的三自由度混联机械臂，其特征在于，所述上连杆(2)与下连杆 (1)之间的最小夹角的范围为10° -30°。
全文摘要
本发明公开了一种三自由度混联机械臂，涉及工业与农业机器人技术领域，所述机械臂包括下连杆、上连杆、第一下伸缩杆、第二下伸缩杆和第三上伸缩杆；所述下连杆的一端与所述机架铰接，另一端与所述上连杆铰接；所述第一下伸缩杆和第二下伸缩杆组成并联形式，用于调节所述下连杆上与所述上连杆铰接的一端的位置；所述第一下伸缩杆和第二下伸缩杆的一端分别与所述机架铰接，另一端分别与所述下连杆的侧壁铰接；所述第三上伸缩杆，与所述第一下伸缩杆和第二下伸缩杆组成串联形式，两端分别铰接上连杆和下连杆的侧壁，用于调节上连杆末端的位置。本发明刚度优良、稳定性好、控制方式简单，并且具有位置精度高，避障性，占地面积小，重量小的特点。
文档编号B25J9/08GK102320041SQ20111023704
公开日2012年1月18日 申请日期2011年8月17日 优先权日2011年8月17日
发明者刘涛, 张东波, 张宾, 薛子云, 贾继兴, 雷保珍 申请人:中国农业大学