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龙图腾网获悉华北水利水电大学申请的专利多级多自由度机械臂及控制方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN116766166B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-07-04发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202310667645.X，技术领域涉及：B25J9/04；该发明授权多级多自由度机械臂及控制方法是由马子领设计研发完成，并于2023-06-07向国家知识产权局提交的专利申请。

本多级多自由度机械臂及控制方法在说明书摘要公布了：本发明公开了一种多级多自由度机械臂，包括多级末端姿态保持型摆臂机构，各级末端姿态保持型摆臂机构均包括主动轴，主动轴连接有动力装置，主动轴向上固连有支撑臂板，支撑臂板顶部转动连接有从动轴，从动轴固连有连接板，连接板的末端固连有承载平台；M级末端姿态保持型摆臂机构的承载平台作为M+1级末端姿态保持型摆臂机构的工作平台；各极承载平台均可作为作业平台或转运平台，各级末端姿态保持型摆臂机构的动力装置均与一电控装置相连接。本发明还公开了相应的控制方法。本发明中各级机械臂末端姿态始终保持不变，从而使控制算法得到大幅简化，也降低了多级多自由度机械臂的设计难度。本发明能够低成本满足多级多自由度机械臂控制精度的要求。

本发明授权多级多自由度机械臂及控制方法在权利要求书中公布了：1.多级多自由度机械臂的控制方法，其特征在于：多级多自由度机械臂包括多级末端姿态保持型摆臂机构，各级末端姿态保持型摆臂机构均包括两个轴承座，轴承座内设有下轴承，两个轴承座的下轴承之间转动连接有主动轴，主动轴伸出轴承座并连接有动力装置， 主动轴向上固定连接有支撑臂板，支撑臂板顶部通过上轴承转动连接有从动轴，从动轴固定连接有连接板，连接板的末端固定连接有承载平台； 主动轴和从动轴相互平行；主动轴和从动轴之间连接有传动机构，传动机构为链条传动机构、同步带传动机构或齿轮传动机构，传动机构与主动轴转动连接，传动机构与主动轴相接的部分通过连接架与底座固定连接；传动机构用于在支撑臂板转动的过程保持承载平台的姿态恒定； 第一级末端姿态保持型摆臂机构的轴承座固定在地面上或工作平台上； M为大于等于1的自然数；M级末端姿态保持型摆臂机构的承载平台作为M+1级末端姿态保持型摆臂机构的工作平台并固定M+1级末端姿态保持型摆臂机构的轴承座； 末级末端姿态保持型摆臂机构的承载平台作为作业平台或转运平台，各级末端姿态保持型摆臂机构的摆动平面为同一平面；M级末端姿态保持型摆臂机构的从动轴位于M+1级末端姿态保持型摆臂机构的主动轴的正下方； 各级末端姿态保持型摆臂机构的动力装置均与一电控装置相连接； 所述传动机构为链条传动机构，链条传动机构包括转动连接在主动轴上的下链轮、固定安装在从动轴上的上链轮以及绕设在上链轮和下链轮之间的链条；下链轮通过连接架与底座固定连接；上链轮和下链轮的结构和大小均相同； 所述支撑臂板平行间隔设有两个；所述传动机构在空间上设置于两个支撑臂板之间，所述承载平台跨设在支撑臂板上方； 还包括旋转台，旋转台作为第一级末端姿态保持型摆臂机构工作平台，第一级末端姿态保持型摆臂机构的轴承座安装在旋转台上； 多级多自由度机械臂的控制方法包括建表方法和按表控制方法； 建表方法是： 以第一级末端姿态保持型摆臂机构的主动轴的轴线中点为原点，在摆动平面内建立xy坐标系，多级多自由度机械臂包括N级末端姿态保持型摆臂机构，N为大于等于2的自然数，末级为N级； 将末端姿态保持型摆臂机构中支撑臂板与xy坐标系的x轴的夹角称为θ,末端姿态保持型摆臂机构的θ值的取值范围为MIN－MAX，MIN和MAX均为实数且单位为度；θ1为第一级末端姿态保持型摆臂机构的θ值；θ2为第二级末端姿态保持型摆臂机构的θ值；θM为第M级末端姿态保持型摆臂机构的θ值； 建表方法第一步骤是确定作业空间； 第一子步骤是通过电控装置使各级末端姿态保持型摆臂机构的θ均调节至MIN，然后同步调节各级末端姿态保持型摆臂机构的θ值由MIN逐渐同步升至MAX，在此过程中，末级末端姿态保持型摆臂机构的从动轴轴线中点的坐标在xy坐标系中所经过的路径即为作业空间的上轮廓曲线；上轮廓曲线左右两端点的坐标为（D1，D2）和（D3，D4），D1至D4均为实数； 第二子步骤是人工确定在Y轴方向上末级末端姿态保持型摆臂机构的从动轴轴线中点的最低位置的坐标（0，D5），D5为实数； 第三子步骤是以（0，D5）与（D1，D2）之间的连线为左下轮廓曲线，以（0，D5）与（D3，D4）之间的连线为右下轮廓曲线，将左下轮廓曲线、右下轮廓曲线和上轮廓曲线所围成的区域作为作业空间； 建表方法第二步骤是划分区域； 在出厂前，根据多级多自由度机械臂的应用目标确定机械臂的运动精度为L厘米；根据L值将作业空间分隔为多个作业区域，每个作业区域的轮廓线上任意两点之间的距离均小于0.5L厘米； 建表方法第二步骤是为每一作业区域指定一组θ1至θM的取值； 第二步骤根据公式一，建立各作业区域与一组θ1至θM的取值一一对应的映射表； 第一子步骤是建立N级对应表； 以（D1，D2）作为起始点，此时各级末端姿态保持型摆臂机构的θ值均为MAX，先保持第一级至第N－1级末端姿态保持型摆臂机构保持不动，⊿H1大于等于0.1度且小于等于0.3度，以⊿H1为第一步长，使第N级末端姿态保持型摆臂机构的θ值由MAX逐渐减小至MIN，在每一步中均以公式一计算出末级末端姿态保持型摆臂机构的从动轴轴线中点的坐标点，建立这些坐标点与作业空间中的作业区域的对应关系；如果某个作业区域对应有两个以上的坐标点，则人工删除冗余的坐标点，为每一作业区域保留一个坐标点及对应的一组θ1至θM的取值；对于遗漏的作业区域，留待第四子步骤处理； 第二子步骤是N－1级建表； 以⊿H2为第二步长，⊿H2大于等于0.1度且小于等于0.3度；使第N-1级末端姿态保持型摆臂机构的θ值由MAX逐渐减小至MIN； 第二步长每步进一步，均使第N级末端姿态保持型摆臂机构的θ值由MAX以⊿H1为第一步长由MAX逐渐减小至MIN； 在第二步骤中，在每一步中均以公式一计算出末级末 端姿态保持型摆臂机构的从动轴轴线中点的坐标点，建立这些坐标点与作业空间中的作业区域的对应关系，如果某个作业区域对应有两个以上的坐标点，则人工删除冗余的坐标点，为每一作业区域保留一个坐标点及对应的一组θ1至θM的取值；对于遗漏的作业区域，留待第四子步骤处理； 第三子步骤是以第二子步骤的方法进行N－2级建表，逐级递减直到完成第一级建表；每一级建表过程中，如果某个作业区域对应有两个以上的坐标点，则人工删除冗余的坐标点，为每一作业区域保留一个坐标点及对应的一组θ1至θM的取值；对于遗漏的作业区域，留待第四子步骤处理； 第四子步骤是人工补漏步骤； 第三子步骤后，人工检查没有对应有坐标点的作业区域，将任一没有对应坐标点的作业区域称为待定区域； 对于每一待定区域，找到邻近的对应有坐标点的作业区域，查表得到能够达到邻近作业区域的一组θ1至θM的取值；以该组θ1至θM的取值为中心，人工微调该组θ1至θM的取值，根据公式一计算得出末级多自由度机械臂的从动轴轴线中点的坐标，根据得到的坐标与待定区域的距离，继续微调θ1至θM的取值，直到根据公式一计算得到的坐标位于待定区域以内，将最后一组θ1至θM的取值与该待定区域建立映射关系并存入表中； 对于所有待定区域进行上述操作后，得到完整的θ1至θM的取值与作业区域的映射表； 末级多自由度机械臂的从动轴轴线中点的坐标通过公式一计算得出，公式一为： ； 公式一中，x为xy坐标系的横坐标，y为xy坐标系的纵坐标； 将同一级末端姿态保持型摆臂机构中主动轴与从动轴之间的距离称为轴距L，L1为第一级末端姿态保持型摆臂机构的轴距； L2为第二级末端姿态保持型摆臂机构的轴距； LM为第M级末端姿态保持型摆臂机构的轴距； 将第M级末端姿态保持型摆臂机构的从动轴与第M+1级末端姿态保持型摆臂机构的主动轴之间的距离称为级间距h； h1为第一级末端姿态保持型摆臂机构的从动轴与第2级末端姿态保持型摆臂机构的主动轴之间的距离； hN－1为第N-1级末端姿态保持型摆臂机构的从动轴与第N级末端姿态保持型摆臂机构的主动轴之间的距离； 按表控制方法是：多级多自由度机械臂工作时，通过预定工作位置的xy坐标系中的坐标，得到对应的一个作业区域；电控装置检索θ1至θM的取值与作业区域的映射表，得到一组θ1至θM的取值，按该组θ1至θM的取值控制各级末端姿态保持型摆臂机构的旋转角度，使末级末端姿态保持型摆臂机构的从动轴轴线中点到达预定的工作位置。

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