一种五自由度夹持平台的制作方法

本发明涉及一种五自由度夹持平台，是一种五自由度、包含平行四边形机构的多功能工业机械臂夹持平台设备。

背景技术：

随着世界制造业的增长，中国制造业大国地位逐步确立，与此同时金属切割总量、切割复杂程度与技术要求不断提高。在石油、化工、锅炉、压力容器和管道等工程中广泛应用各种形式的接管，而接管经常需要进行检测、探伤、测量、喷砂、装配、搬运、切割开口和各种形式的加工作业等。作业所需设备的支撑结构体积较大、售价高昂且很多结构移动很不方便，且便携性较差难以为适应工业操作的需要。工业用串连式机器人结构有四种基本结构：直角坐标型机器人、圆柱坐标型机器人、极坐标型机器人、爬行机器人和典型的多关节串连机器人，这些机器人都因为自身结构的限制都难以适应管道的特殊环境。为能实现管道这种特殊的作业对象，现实中急需能完成多种作业和管道这一特殊作业对象的一种工业用的五自由度夹持平台设备。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种五自由度夹持平台，为了实现在管道进行检测、探伤、测量、喷砂、装配、搬运、切割开口和各种形式的加工作业时对设备进行支撑固定，本发明采用串连式结构，具有五个自由度，其中三个为旋转关节，一个为摆动关节，一个为平行四边形结构，针对管道这种特殊加工对象本发明中的机构具有更大的灵活性和实用性。

本发明的目的是这样实现的：包括磁吸座、大臂、小臂、头肩、头脖、末端执行器头座，所述大臂通过旋转关节一连接于磁吸座上端；所述小臂通过旋转关节二连接于大臂上端；头肩设置在小臂端部，所述头脖通过头肩轴连接于头肩一端，所述末端执行器头座通过摆动关节轴连接于头脖一端，旋转关节一和旋转关节二的协调运动实现待夹持设备相对于磁吸座的位置调整，头肩轴所在旋转关节与摆动关节轴所在的摆动关节的协调运动实现待夹持设备相对于磁吸座的姿态调整，小臂是一个平行四边形机构。

本发明还包括这样一些结构特征：

1.旋转关节一包括一端设置在磁吸座上、另一端与大臂连接的旋转关节轴一和起锁定作用的旋转关节轴锁钉一，旋转关节轴一的轴线垂直于磁吸座的安装面。

2.所述小臂包括平行设置的小臂上臂和小臂下臂、用于连接小臂上臂和小臂下臂一端的三角形连接板、用于连接小臂上臂和小臂下臂另一端的方形连板，在小臂下臂的两侧和方形连板之间对称设置有一具有调节有效长度作用的调节拉板，调节拉板上设置有调节凹槽，调节凹槽中设置有拉板锁紧钉。

3.旋转关节二包括旋转关节轴二和和起锁定作用的旋转关节轴锁钉二、旋转关节轴的一端与大臂连接、另一端与方形连板连接。

4.所述头脖通过头肩轴连接于头肩一端，所述末端执行器头座通过摆动关节轴连接于头脖一端是指：头脖是方形架，在方形架末端设置有摆动关节轴，末端执行器头座设置在摆动关节上，且方向架上设置有圆弧轨道，末端执行器头座通过销轴设置在圆弧轨道中并可在圆弧轨道中摆动。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：为了实现对设备的支撑固定，首先底座中安装有磁铁，从磁吸座通过一个旋转关节与大臂相连接，大臂和小臂之间也通过一个旋转关节连接，这两个关节主要起调整其余关节相对于磁吸座的空间位置，当调整好位置和姿态之后，根据作业要求，末端执行器夹持不同作业工具进行对管端的具体作业；其余几个关节也可以进行调整以实现对不同管道作业设备的夹持。相对于其安装固定位置，即磁吸座，采用三个旋转关节，其中第一个旋转关节定义为u关节，第二个旋转关节定义为v关节，u关节和v关节两者的旋转轴心相同，即都垂直于磁吸座底部，二者的协调运动可以实现待夹持设备相对于磁吸座的位置调整；第三个旋转关节定义为w关节，w关节的旋转轴心与u、v关节的旋转轴心相互垂直，接下来一个关节为摆动关节，将其定义为r关节，r关节的摆动范围位于转脖上预留的圆弧轨道，这两个关节协调运动可以实现待夹持设备相对于磁吸座的姿态调整；小臂上包含一个平行四边形机构，可以在不更换磁吸座吸附平台的情况下对夹持平台头座相对于磁吸座高度进行调整。最后在r关节上安装末端执行器头座，来连接所需的工作设备。根据具体的作业要求，末端执行器就可以夹持不同的作业工具实现对施工对象的作业。具体包括：(1)整体结构简洁轻便易于携带，适用于大多数施工环境；(2)造价低廉，易为中小企业接受；(3)可以夹持多种工作设备，灵活性好。

附图说明

图1是本发明的整体机构示意图；

图2是本发明的平行四边形机构示意图；

图3是本发明的摆动关节示意图；

图4是本发明夹持施工设备时的示意图；

图中：磁吸座1、旋转关节轴锁钉一2、旋转关节轴一3、大臂4、旋转关节轴锁钉二5、旋转关节轴二6、头肩7、头肩轴8、三角形连板9、小臂下臂10、调节拉板11、拉板锁紧钉12、方形连板13、小臂上臂14、末端执行器头座15、头脖16、摆动关节轴17。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

图1中，磁吸座1根据实际作业的具体位置情况，选择合适的位置进行固定安装；u关节安装在磁吸座1上，u关节由旋转关节轴一3、旋转关节轴锁钉一2和大臂4构成，且旋转关节u的旋转轴垂直于磁吸座1的底部吸附面；v关节安装在大臂4上，v关节由旋转关节轴6、旋转关节轴锁钉二5构成，其中旋转关节轴二6的旋转轴心与旋转关节轴一3的旋转轴心相同；w关节安装在三角形连板9上，w关节由头肩轴8和头脖16构成，且头肩轴8的旋转轴心与旋转关节轴一3、旋转关节轴二6的旋转轴心相垂直；r关节安装在头脖16上，如图3所示，r关节由摆动关节轴17和末端执行器头座15构成，且r关节的摆动范围位于转脖上预留的圆弧轨道，这使得在特殊的作业要求，末端执行器头座15可以在在一特定角度范围内摆动。小臂上包含一个平行四边形机构，如图2所示，由三角形连板9、小臂下臂10、调节拉板11、拉板锁紧钉12、方形连板13、小臂上臂14组成，通过调节拉板11的有效紧固长度变化，通过拉板锁紧钉12来进行紧固，从而调节小臂上端的高度变化，进而实现对夹持平台头座相对于磁吸座高度进行调整。工作时，可以根据把作业设备固连在末端执行器头座15上，根据使用环境、定位位置和具体的作业情况来确定各个关节所需的运动，然后进行工作，如图4所示，根据具体的作业要求，末端执行器就可以夹持不同的作业工具实现对施工对象的作业。

本发明提供一种五自由度平台，动力可相应在各个关节处设置。

也即本发明是一种五自由度夹持平台设备，包括磁吸座、大臂、小臂、头肩、头脖、头座。其特征在于：所述磁吸座可以选择合适的平台固定；所述大臂通过旋转轴连接于磁吸座上端；所述小臂通过旋转轴连接于大臂上端；所述头脖通过头肩轴连接于头肩一端；所述头座通过摆动关节轴连接于头脖一端。前两个旋转关节的协调运动可以实现待夹持设备相对于磁吸座的位置调整，后面两个关节协调运动可以实现待夹持设备相对于磁吸座的姿态调整。小臂结构包含一个平行四边形机构可以在不更换磁吸座吸附平台的情况下对夹持平台头座相对于磁吸座高度进行调整。所述第一个旋转关节安装在磁吸座上，旋转关节由旋转关节轴、旋转关节轴锁钉和大臂构成，大臂通过旋转关节轴安装在磁吸座上，且旋转关节的旋转轴垂直于磁吸座的安装面。选择好合适的位置后可以利用旋转关节轴锁钉固定好该旋转关节。所述第二个旋转关节安装在大臂上，旋转关节由旋转关节轴、旋转关节轴锁钉、旋转关节轴锁钉、方形连板、调节拉板、小臂构成，小臂通过方形连板和调节拉板与旋转关节轴相连并安装在大臂上，其中旋转关节轴的旋转轴心与第一个旋转关节轴的旋转轴心相同。选择好合适的位置后可以利用旋转关节轴锁钉固定好该旋转关节。所述第三个旋转关节安装在三角形连板上，旋转关节由头肩轴、头脖构成，头脖通过旋转关节轴安装在三角形连板上，且头肩轴的旋转轴心与第一、二个旋转关节轴的旋转轴心相垂直。所述摆动关节安装在头脖上，摆动关节由摆动关节轴和末端执行器头座构成，末端执行器头座通过摆动关节轴安装在头脖上，且摆动关节的摆动范围位于转脖上预留的圆弧轨道。所述小臂上的平行四边形机构可以通过调节拉板的有效紧固长度变化来调节小臂上端的高度变化，进而实现对夹持平台头座相对于磁吸座高度进行调整。

综上，本发明公开了一种五自由度夹持平台设备，包括磁吸座、大臂、小臂、头肩、头脖、头座。其特征在于：所述磁吸座可以选择合适的平台固定；所述大臂通过旋转轴连接于磁吸座上端；所述小臂通过旋转轴连接于大臂上端；所述头脖通过头肩轴连接于头肩一端；所述头座通过摆动关节轴连接于头脖一端。通过三个旋转关节，一个摆动关节，一个平行四边形机构共五自由度的变化调整以实现对施工设备的夹持来加工管道等对象，使得工作得以顺利进行，本发明中的机构具有很好的的灵活性和实用性。扇形摆动关节可以补偿由于磁吸座底部不平稳造成的定位误差。平行四边形机构可以在不更换磁吸座吸附平台的情况下对夹持平台头座相对于磁吸座高度进行调整，以适应多种工作高度，提高工作效率。并且具有结构轻便、造价低廉、操作简便等优点。