一种含有转动副锁紧装置的变自由度连杆机构装配作业机械手臂.pdf

一种含有转动副锁紧装置的变自由度连杆机构装配作业机械手臂，包括底座1、大臂伸缩机构、下臂升降机构、手腕连杆保持机构、手腕27、装配夹持手爪28、伺服驱动装置、第一锁紧装置25以及第二锁紧装置26；所述大臂伸缩机构由第四连杆5、第一主动杆3、第二主动杆20和第一连杆22组成，所所述保持机构由第二连杆17、保持连杆18和大臂8组成，所述第一锁紧装置25安装在第二转动副4，第二锁紧装置26安装在第十转动副16，伺服驱动装置包括第一伺服电机、第二伺服电机，与第一主动杆3、第二主动杆20连接以驱动其转动；本发明采用变自由度连杆传动机构替代传统液压传动，解决了液压装配作业机械手臂液压系统复杂、易漏油的缺点。

1.一种含有转动副锁紧装置的变自由度连杆机构装配作业机械手臂，其特征在于包
括：底座1、大臂伸缩机构、下臂升降机构、手腕连杆保持机构、手腕27、装配夹持手爪28、伺
服驱动装置、第一锁紧装置25以及第二锁紧装置26； 所述底座1安装在可移动回转平台上；
所述大臂伸缩机构由第四连杆5、第一主动杆3、第二主动杆20和第一连杆22组成，所述第一
主动杆3通过第一转动副2与底座1相连，第一主动杆3另一端通过第二转动副4与第四连杆5
连接，第二主动杆20通过第三转动副19与底座1连接，第二主动杆20另一端通过第四转动副
21与第一连杆22连接，第一连杆22另一端通过第五转动副6与第四连杆5连接，第四连杆5通
过第十四转动副24与大臂8连接；所述下臂升降机构由下臂12、第二连杆17和第六连杆14组
成，所述第六连杆14通过第六转动副15与第二主动杆20连接，第六连杆14另一端通过第七
转动副16与第二连杆17连接，第三连杆17另一端通过第十三转动副23与下臂12连接，下臂
12另一端通过第八转动副11与手腕连杆10连接；所述手腕连杆保持机构由手腕连杆10和保
持机构组成，所述保持机构由第二连杆17、保持连杆18和大臂8组成，第二连杆17通过第七
转动副16与第六连杆14连接，第二连杆17另一端通过第十转动副13与保持连杆18连接，保
持连杆18另一端通过第十一转动副7与大臂8连接，大臂8另一端通过第十二转动副9与手腕
连杆10连接；所述第一锁紧装置25安装在第一主动杆3末端与第四连杆5连接处的第二转动
副4，第二锁紧装置26安装在第二连杆17末端与第六连杆14的连接处的第十转动副16，按照
机构不同的工况进行适时锁紧；伺服驱动装置包括第一伺服电机、第二伺服电机，与第一主
动杆3、第二主动杆20连接以驱动其转动；第一锁紧装置25和第二锁紧装置26采用电磁方式
进行锁紧，根据不同的作业工况，分别选择紧锁或打开，共同完成大臂升降、手腕连杆与手
腕的俯仰等运动，实现装配夹持手爪28的装配作业。

一种含有转动副锁紧装置的变自由度连杆机构装配作业机械手臂

技术领域

本发明涉及机械领域，特别是一种含有转动副锁紧装置的变自由度连杆机构装配
作业机械手臂。

背景技术

这几年来，由于劳动力市场的人员紧缺，人力成本逐年攀升，促进了装配作业机械
手臂在装配作业中的广泛应用。装配作业机械手臂有机械式和液压式两种类型，目前装配
作业机械手臂大多数是液压驱动，由于液压传动采用液压油作为传递动力的介质，存在以
下问题：其起动性较差，容易因为内部元件磨损后产生泄漏，而且泄漏的液压油会污染环
境；液压油受温度影响较大，总效率较低，有时有噪音和振动。有时会出现过热，工作无力等
现象；液压元件加工精度要求高，装配要求严格，制造较为困难，使用中维修保养要求技术
较高，难度较大。随着装配作业机械手臂功能的增加，其液压系统越来越复杂，出现故障更
具有突然性、隐蔽性。机械式装配作业机械手臂是利用机械传动件实现装配动作，具有坚固
耐用等优点，但是传统的单自由度机械式装配作业机械手臂不能完成复杂的动作，应用范
围十分有限，机械式可控机构电动装配作业机械手臂，用连杆机构取代了液压传动，当主动
杆由伺服电机驱动时，容易实现自动化、数控化控制，解决了液压系统存在的一些不足，但
存在需要配备与连杆机构自由度同等数量的控制电机来进行控制结构复杂带来的机构重
量、运动惯量大和成本高的问题。

变自由度机构通过组合出新的拓扑结构来适应不同阶段的功能要求。目前能应用
于 实际的变自由度机构还很少，未见到过应用于装配作业机械手臂的变自由度机构。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含有转动副锁紧装置的变自由度连杆机构装配作业
机械手臂，克服液压式装配作业机械手臂液压系统元件精度要求高、结构复杂、易漏油等缺
点，克服开链结构的驱动电机都需要安装在关节位置的缺点，并使得可控驱动电机的数量
小于装配作业机械手臂连杆机构的自由度，克服现有机械式电动装配作业机械手臂构需要
配备与连杆机构自由度同等数量的控制电机来进行控制的缺点，简化结构的复杂程度，降
低机构的重量、运动惯量、体积和成本。为实现上述目的，本发明提供了一种含有转动副锁
紧装置的变自由度连杆机构装配作业机械手臂，包括底座1、大臂伸缩机构、下臂升降机构、
手腕连杆保持机构、手腕27、装配夹持手爪28、伺服驱动装置、第一锁紧装置25以及第二锁
紧装置26；所述大臂伸缩机构由第四连杆5、第一主动杆3、第二主动杆20和第一连杆22组
成，所述第一主动杆3通过第一转动副2与底座1相连，第一主动杆3另一端通过第二转动副4
与第四连杆5连接，第二主动杆20通过第三转动副19与底座1连接，第二主动杆20另一端通
过第四转动副21与第一连杆22连接，第一连杆22另一端通过第五转动副6与第四连杆5连
接，第四连杆5通过第十四转动副24与大臂8连接；所述下臂升降机构由下臂12、第二连杆17
和第六连杆14组成，所述第六连杆14通过第六转动副15与第二主动杆20连接，第六连杆14
另一端通过第七转动副16与第二连杆17连接，第三连杆17另一端通过第十三转动副23与下
臂12连接，下臂12另一端通过第八转动副11与手腕连杆10连接；所述手腕连杆保持机构由
手腕连杆10和保持机构组成，所述保持机构由第二连杆17、保持连杆18和大臂8组成，第二
连杆17通过第七转动副16与第六连杆14连接，第二连杆17另一端通过第十转动副13与保持
连杆18连接，保持连杆18另一端通过第十一转动副7与大臂8连接，大臂8另一端通过第十二
转动副9与手腕连杆10连接；所述第一锁紧装置25安装在第一主动杆3末端与第四连杆5连
接处的第二转动副4，第二锁紧装置26安装在第二连杆17末端与第六连杆14的连接处的第
十转动副16，按照机构不同的工况进行适时锁紧；伺服驱动装置包括第一伺服电机、第二伺
服电机，与第一主动杆3、第二主动杆20连接以驱动其转动；第一锁紧装置25和第二锁紧装
置26采用电磁方式进行锁紧，根据不同的作业工况，分别选择紧锁或打开，共同完成大臂升
降、手腕连杆与手腕的俯仰等运动，实现装配夹持手爪28的装配作业。

本发明采用可控多杆闭链机构，克服了开链结构的驱动电机都需要安装在关节位
置的缺点，提高了手臂运行的平稳性和可靠性，无累积误差，精度较高；结构紧凑，刚度高，
承载能力大、惯量低、动态性能好、手臂运动轨迹灵活多样化。在连杆机构上加装锁紧装置，
并让其根据机构的不同工况锁紧和放松特定的转动副，适时降低了机构的自由度，实现了
在完成预期要求的情况下，使用的可控驱动电机的数量小于装配作业机械手臂连杆机构的
自由度，利用一主动杆即可实现二自由度装配作业，克服现有装配作业机械手臂需要配备
与连杆机构自由度同等数量的控制电机来进行控制的缺点,简化结构的复杂程度，降低机
构的重量、运动惯量、体积和成本，增加了机构的可控性和稳定性，提高了工作效率。同时也
克服了液压式装配作业机械手臂液压系统元件精度要求高、结构复杂、易漏油、可靠性差、
传动效率低等缺点。

附图说明

图1为本发明所述的一种含有转动副锁紧装置的变自由度连杆机构装配作业机械
手臂的结构示意图。

具体实施方式

一种含有转动副锁紧装置的变自由度连杆机构装配作业机械手臂，包括底座1、大臂伸
缩机构、下臂升降机构、手腕连杆保持机构、手腕27、装配夹持手爪28、伺服驱动装置、第一
锁紧装置25以及第二锁紧装置26； 所述底座1安装在可移动回转平台上；所述大臂伸缩机
构由第四连杆5、第一主动杆3、第二主动杆20和第一连杆22组成，所述第一主动杆3通过第
一转动副2与底座1相连，第一主动杆3另一端通过第二转动副4与第四连杆5连接，第二主动
杆20通过第三转动副19与底座1连接，第二主动杆20另一端通过第四转动副21与第一连杆
22连接，第一连杆22另一端通过第五转动副6与第四连杆5连接，第四连杆5通过第十四转动
副24与大臂8连接；所述下臂升降机构由下臂12、第二连杆17和第六连杆14组成，所述第六
连杆14通过第六转动副15与第二主动杆20连接，第六连杆14另一端通过第七转动副16与第
二连杆17连接，第三连杆17另一端通过第十三转动副23与下臂12连接，下臂12另一端通过
第八转动副11与手腕连杆10连接；所述手腕连杆保持机构由手腕连杆10和保持机构组成，
所述保持机构由第二连杆17、保持连杆18和大臂8组成，第二连杆17通过第七转动副16与第
六连杆14连接，第二连杆17另一端通过第十转动副13与保持连杆18连接，保持连杆18另一
端通过第十一转动副7与大臂8连接，大臂8另一端通过第十二转动副9与手腕连杆10连接；
所述第一锁紧装置25安装在第一主动杆3末端与第四连杆5连接处的第二转动副4，第二锁
紧装置26安装在第二连杆17末端与第六连杆14的连接处的第十转动副16，按照机构不同的
工况进行适时锁紧；伺服驱动装置包括第一伺服电机、第二伺服电机，与第一主动杆3、第二
主动杆20连接以驱动其转动；第一锁紧装置25和第二锁紧装置26采用电磁方式进行锁紧，
根据不同的作业工况，分别选择紧锁或打开，共同完成大臂升降、手腕连杆与手腕的俯仰等
运动，实现装配夹持手爪28的装配作业。