CN102357880B - 一种九活动度机器人机构 - Google Patents
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Abstract
一种九活动度机器人机构，包括三维转动大臂机构、三维转动小臂机构和三维转动平台机构，上述三个部分串联连接，连接处各由三个直线驱动器并联驱动，实现机构大工作空间、灵活的轨迹输出，且整体结构简单紧凑、误差补偿好。通过在三维转动平台上安装各种不同用途的末端执行器，本发明可应用到搬运、码垛、装配、切割等工业生产当中，也可应用于挖掘机等工程机械和仿生手臂、仿生腿等仿生机构等领域。
Description
技术领域
本发明涉及工业机器人领域，特别是一种九活动度机器人机构。
背景技术
机器人广泛应用于工业生产的焊接、搬运、码垛、装配、切割等作业当中。其中已得到较好应用的机器人基本上都属于关节机器人，多为6个轴，通过1、2、3轴的联合动作将末端工具送到不同的空间位置，并辅以4、5、6轴的联动以满足工具姿态的不同要求。这种机器人本体机械结构主要有平行四边形结构和侧置式结构两种形式，因其具有较大工作空间和较为灵活的动作得到了广泛应用。但这类传统开链式串联机器人机构因其自身结构的限制，驱动电机都需要安装在连接处，从而导致机构笨重、刚性差、惯量大、关节误差累积等问题，动力学性能较差，难以满足日益严格的高速高精度作业要求。并联机器人机构是一种动平台和定平台通过至少两个独立的运动链相连接，机构具有两个或两个以上自由度，且以并联方式驱动的闭环机构，具有结构紧凑、误差累计小、精度高、作业速度高、动态响应好等优点，但也存在工作空间较小、动作不够灵活等缺点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种九活动度机器人机构，能有效解决传统开链式串联机器人机构的重量大、刚性差、惯量大、关节误差累积，以及并联机器人机构工作空间较小、动作不够灵活等的各自问题。
本发明通过以下技术方案达到上述目的：一种九活动度机器人机构，包括三维转动大臂机构、三维转动小臂机构和三维转动平台机构。
所述三维转动大臂机构由三维转动大臂、第一直线驱动器、第二直线驱动器和第三直线驱动器组成，三维转动大臂通过第一球面副连接到机架上，第一直线驱动器一端通过第二球面副连接到机架上，另一端通过第三球面副连接到三维转动大臂上；第二直线驱动器一端通过第四球面副连接到机架上，另一端通过第五球面副连接到三维转动大臂上；第三直线驱动器一端通过第六球面副连接到机架上，另一端通过第七球面副连接到三维转动大臂上。第一直线驱动器、第二直线驱动器、第三直线驱动器可各自单独驱动三维转动大臂实现一维转动输出，也可以并联方式驱动三维转动大臂实现相对机架的三维转动输出。
所述三维转动小臂机构由三维转动小臂、第四直线驱动器、第五直线驱动器和第六直线驱动器组成，三维转动小臂通过第八球面副连接到三维转动大臂上，第四直线驱动器一端通过第九球面副连接到三维转动大臂上，另一端通过第十球面副连接到三维转动小臂上；第五直线驱动器一端通过第十一球面副连接到三维转动大臂上，另一端通过第十二球面副连接到三维转动小臂上；第六直线驱动器一端通过第十三球面副连接到三维转动大臂上，另一端通过第十四球面副连接到三维转动小臂上。第四直线驱动器、第五直线驱动器、第六直线驱动器可各自单独驱动三维转动小臂实现一维转动输出，也可以并联方式驱动三维转动小臂实现相对三维转动大臂的三维转动输出。
所述三维转动平台机构由三维转动平台、第七直线驱动器、第八直线驱动器和第九直线驱动器组成，三维转动平台通过第十五球面副连接到三维转动小臂上，第七直线驱动器一端通过第十六球面副连接到三维转动小臂上，另一端通过第十七球面副连接到三维转动平台上；第八直线驱动器一端通过第十八球面副连接到三维转动小臂上，另一端通过第十九球面副连接到三维转动平台上；第九直线驱动器一端通过第二十球面副连接到三维转动小臂上，另一端通过第二十一球面副连接到三维转动平台上。第七直线驱动器、第八直线驱动器和第九直线驱动器可各自单独驱动三维转动平台实现一维转动输出，也可以并联方式驱动三维转动平台实现相对三维转动小臂的三维转动输出。
本发明的突出优点在于：
1、三维转动大臂、三维转动小臂、三维转动平台串联连接，连接处各由三个直线驱动器并联驱动，实现机构大工作空间、灵活的轨迹输出，且整体结构简单紧凑、误差补偿好。
2、通过在三维转动平台上安装各种不同用途的末端执行器，本发明可应用到搬运、码垛、装配、切割等工业生产当中，也可应用于挖掘机等工程机械和仿生手臂、仿生腿等仿生机构等领域。
附图说明
图1为本发明所述一种九活动度机器人机构的结构示意图。
图2为本发明所述一种九活动度机器人机构的三维转动大臂机构示意图。
图3为本发明所述一种九活动度机器人机构的三维转动小臂机构示意图。
图4为本发明所述一种九活动度机器人机构的三维转动平台机构示意图。
图5为本发明所述一种九活动度机器人机构的第一种工作状态示意图。
图6为本发明所述一种九活动度机器人机构的第二种工作状态示意图。
图7为本发明所述一种九活动度机器人机构的第三种工作状态示意图。
图8为本发明所述一种九活动度机器人机构的第四种工作状态示意图。
图9为本发明所述一种九活动度机器人机构的第五种工作状态示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
对照图1、2、3和4，所述一种九活动度机器人机构由三维转动大臂机构、三维转动小臂机构和三维转动平台机构组成。
对照图1、2，所述三维转动大臂机构由三维转动大臂7、第一直线驱动器5、第二直线驱动器25和第三直线驱动器26组成，三维转动大臂7通过第一球面副4连接到机架1上，第一直线驱动器5一端通过第二球面副3连接到机架1上，另一端通过第三球面副6连接到三维转动大臂7上；第二直线驱动器25一端通过第四球面副2连接到机架1上，另一端通过第五球面副24连接到三维转动大臂7上；第三直线驱动器26一端通过第六球面副27连接到机架1上，另一端通过第七球面副28连接到三维转动大臂7上。第一直线驱动器5、第二直线驱动器25、第三直线驱动器26可各自单独驱动三维转动大臂7实现一维转动输出，也可以并联方式驱动三维转动大臂7实现相对机架1的三维转动输出。
对照图1、3，所述三维转动小臂机构由三维转动小臂19、第四直线驱动器9、第五直线驱动器22和第六直线驱动器29组成，三维转动小臂19通过第八球面副20连接到三维转动大臂7上，第四直线驱动器9一端通过第九球面副8连接到三维转动大臂7上，另一端通过第十球面副10连接到三维转动小臂19上；第五直线驱动器22一端通过第十一球面副23连接到三维转动大臂7上，另一端通过第十二球面副21连接到三维转动小臂19上；第六直线驱动器29一端通过第十三球面副30连接到三维转动大臂7上，另一端通过第十四球面副31连接到三维转动小臂19上。第四直线驱动器9、第五直线驱动器22、第六直线驱动器29可各自单独驱动三维转动小臂19实现一维转动输出，也可以并联方式驱动三维转动小臂19实现相对三维转动大臂7的三维转动输出。
对照图1、4，所述三维转动平台机构由三维转动平台15、第七直线驱动器12、第八直线驱动器17和第九直线驱动器32组成，三维转动平台15通过第十五球面副13连接到三维转动小臂19上，第七直线驱动器12一端通过第十六球面副11连接到三维转动小臂19上，另一端通过第十七球面副14连接到三维转动平台15上；第八直线驱动器17一端通过第十八球面副18连接到三维转动小臂19上，另一端通过第十九球面副16连接到三维转动平台15上；第九直线驱动器32一端通过第二十球面副33连接到三维转动小臂19上，另一端通过第二十一球面副34连接到三维转动平台15上，第七直线驱动器12、第八直线驱动器17和第九直线驱动器32可各自单独驱动三维转动平台15实现一维转动输出，也可以并联方式驱动三维转动平台15实现相对三维转动小臂19的三维转动输出。
对照图5、6、7、8和9，所述一种九活动度机器人机构通过每个关节处三个，共九个直线驱动器并联驱动，实现机构末端各种灵活多变位置和姿态输出的示意图。
Claims (1)
1.一种九活动度机器人机构，包括三维转动大臂机构、三维转动小臂机构和三维转动平台机构，其结构和连接方式为：
所述三维转动大臂机构由三维转动大臂、第一直线驱动器、第二直线驱动器和第三直线驱动器组成，三维转动大臂通过第一球面副连接到机架上，第一直线驱动器一端通过第二球面副连接到机架上，另一端通过第三球面副连接到三维转动大臂上；第二直线驱动器一端通过第四球面副连接到机架上，另一端通过第五球面副连接到三维转动大臂上；第三直线驱动器一端通过第六球面副连接到机架上，另一端通过第七球面副连接到三维转动大臂上，
所述三维转动小臂机构由三维转动小臂、第四直线驱动器、第五直线驱动器和第六直线驱动器组成，三维转动小臂通过第八球面副连接到三维转动大臂上，第四直线驱动器一端通过第九球面副连接到三维转动大臂上，另一端通过第十球面副连接到三维转动小臂上；第五直线驱动器一端通过第十一球面副连接到三维转动大臂上，另一端通过第十二球面副连接到三维转动小臂上；第六直线驱动器一端通过第十三球面副连接到三维转动大臂上，另一端通过第十四球面副连接到三维转动小臂上，
所述三维转动平台机构由三维转动平台、第七直线驱动器、第八直线驱动器和第九直线驱动器组成，三维转动平台通过第十五球面副连接到三维转动小臂上，第七直线驱动器一端通过第十六球面副连接到三维转动小臂上，另一端通过第十七球面副连接到三维转动平台上；第八直线驱动器一端通过第十八球面副连接到三维转动小臂上，另一端通过第十九球面副连接到三维转动平台上；第九直线驱动器一端通过第二十球面副连接到三维转动小臂上，另一端通过第二十一球面副连接到三维转动平台上。
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