[发明专利]混联机器手臂

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型的六自由度机器人混联手臂的结构，属于机器人技术领域。

背景技术

机器人的研究开发的速度非常快，机器人手臂的结构和运动的灵敏度、精确度，关系到机器人整体性能。目前PUMA机器人是由六个串联转动关节构成，其刚度弱，在高精度的场合，影响了其性能的发挥。

发明内容

本发明的目的就是针对现有机器人手臂结构存在的不足，提供一种结构紧凑、刚度高的混联机器手臂。

本发明的技术方案是：一种混联机器手臂，其特征在于设有上、中、下三个并联双自由度转动关节、两个支持杆件和一个手爪，三个并联双自由度转动关节通过两个支持杆件相连接，上并联双自由度转动关节上安装手爪。

所述的双自由度并联转动关节设有左圆锥齿轮、左、右电动机、上圆锥齿轮和系杆，左圆锥齿轮、系杆安装在机架上，左圆锥齿轮与上圆锥齿轮啮合，系杆支撑上圆锥齿轮，左电动机驱动联接左圆锥齿轮，右电动机驱动联接系杆。

所述的双自由度并联转动关节设有左、右圆锥齿轮、左、右电动机、上圆锥齿轮和系杆，左圆锥齿轮、系杆安装在机架上，左圆锥齿轮、右圆锥齿轮分别与上圆锥齿轮啮合，系杆支撑上圆锥齿轮，左电动机驱动联接左圆锥齿轮，右电动机驱动联接系杆。

所述的左、右电动机与左、右圆锥齿轮之间设有减速器。

本发明结构新颖科学，运用三个并联双自由度转动关节构成的新型转动关节，搭建新型的混联PUMA机器人手臂，具有刚度高、结构紧凑、制造容易的特点。有利于提高机器人手臂结构的刚度和运动的灵敏度、精确度和机器人整体运动性能。

附图说明

图1是本发明的PUMA混联机器手臂结构示意图；

图2是新型并联转动关节结构示意图；

图3是新型并联转动关节运动关系示意图；

图4是新型并联转动关节运动关系矢量示意图；

图中：1机架、2左减速器、3左电动机、4左圆锥齿轮、5上圆锥齿轮、6系杆、7右圆锥齿轮、8右减速器、9右电机、10上并联转动关节、11下杆件、12中并联转动关节、13上杆件、14上并联转动关节、15手爪。

具体实施方式

如图1所示，PUMA混联机器手臂由三个双自由度并联转动关节10、12、14和支持杆件11、13相连接，且上并联双自由度转动关节14上安装手爪15。

如图2所示，双自由度并联转动关节的构成：左圆锥齿轮4、右圆锥齿轮7安装在机架1上，左圆锥齿4和上圆锥齿轮5啮合，系杆6安装在机架1上并支撑上圆锥齿轮5。左电动机3通过左减速器2驱动联接左圆锥齿轮4，右电动机9通过右减速器8驱动联接右圆锥齿轮7，

左电动机3带动左圆锥齿轮4，右电动机9带动系杆6运动；电机通过减速器来增强力矩，增加右圆锥齿轮7可以增强啮合刚度。

根据三个并联双自由度转动关节运动原理，建立动坐标系O₁X₁Y₁Z₁，以圆锥齿轮5的轴线为Z₁轴，圆锥齿轮4的回转轴线为Y₁轴，Z₁轴和Y₁轴的交点为坐标原点O₁，用右手法则确定X₁轴。并联转动机构的运动原理如下：右电机9不动，左电机3运动，本结构相当于定轴轮系，左电机3通过驱动左圆锥齿轮4带动上圆锥齿轮5绕其轴心线Z₁转动；左、右电机以同速、同向旋转时，带动上圆锥齿轮5以同速、同向绕Y₁摆动；当右电机9运动，左电机3不运动，其运动关系如图5所示：ω_5，6为上圆锥齿轮5相对于系杆6的运动，方向如图3所示，这时，上圆锥齿轮5的运动ω₅由两个运动合成，即绕Z₁轴的ω_5，6和绕Y₁轴的ω₆，方向如图3所示，其中|ω₆|＝|ω_5，6|tan β₂。当右电机9和左电机3一起运动时，上圆锥齿轮6的运动为绕Z₁轴和Y₁轴的的复合运动。

每个双自由度并联转动关节的自由度为2，三个双自由度并联通过上系杆13和下系杆11连接，构成六个自由度的混联机器人。