[发明专利]基于双斜面偏转关节的新型机械臂

说明书

技术领域

本发明涉及一种机械臂，尤其涉及一种基于双斜面偏转关节的新型机械臂。

背景技术

机械臂作为工业机器人的典型代表，经过几十年的发展，在汽车制造、农业、医疗救援、军事和空间探索等众多领域得到了广泛的应用，生产商包括国外的KUKA、ABB、YASKAWA、NACHI、FANUC和国内的新松等；近年来，通过搭载视觉传感器，ABB、YASKAWA，NACHI、EPSON和Universal Robots等公司推出了双臂机器人，已完成工件装配、服务等复杂的任务。

现有技术中，多自由度机械臂的研究大都集中在如何通过对控制的优化设计以及新技术的应用来提高机械臂的性能和应用范围，对机械臂的基本结构关注的较少，多采用的是单自由度旋转关节或移动关节串联而成，在完成特定轨迹的工作时，只有一部分电机进行有用功输出，机械臂的实际有效功率远小于各个关节的功率总和；机械臂运动过程中，单自由度旋转关节往往不断进行转动方向切换，电机启停和换向频繁，无法保持在额定转速运动的理想状态和充分利用电机的高速特性。

发明内容

本发明的目的是提供一种关节的功率密度高、运动速度快、调节灵活的基于双斜面偏转关节的新型机械臂。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的基于双斜面偏转关节的新型机械臂，包括至少一个双斜面偏转关节，该机械臂的末端配以机械手爪；

所述的双斜面偏转关节包括近端安装座、近端电机、近端主动齿轮、近端内齿轮、近端旋转斜盘、万向节、远端旋转斜盘、远端内齿轮、远端主动齿轮、远端电机、远端安装座；

所述近端电机安装于近端安装座上，所述近端主动齿轮安装于近端电机的输出轴之上并与近端内齿轮啮合，所述近端内齿轮与所述近端旋转斜盘连接，所述近端旋转斜盘通过近端轴承安装于所述近端安装座之上，并与所述远端旋转斜盘通过斜面轴承连接；

所述远端旋转斜盘通过远端轴承安装于所述远端安装座之上，所述远端旋转斜盘通过与其固定的远端内齿轮与所述远端主动齿轮啮合，所述远端主动齿轮安装于所述远端电机的输出轴之上，所述远端电机安装于所述远端安装座上，所述万向节两端分别安装于所述近端安装座和远端安装座上。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的基于双斜面偏转关节的新型机械臂，由于采用双斜面偏转关节替代机械臂中部分或全部的单自由度旋转关节，该双斜面偏转关节采用双电机驱动两个耦合斜面差动来完成一个圆锥体内的两自由度运动，关节的运动由两个电机共同提供，提高了关节的功率密度；同时关节的运动可以在电机处于高速连续状态下进行调节，从而能够实现关节的快速动作。

附图说明

图1a、1b、1c、1d、1e分别为本发明的基于双斜面偏转关节的新型机械臂不同实施例的关节布置示意图，双斜面偏转关节和单自由度旋转关节按一定规律串联排布；

图1f为本发明实施例提供的基于双斜面偏转关节的新型机械臂此机械手的应用前景框图；

图2a、图2b分别为本发明实施例中的双斜面偏转关节的装配结构示意图和拆分状态示意图；

图3为本发明实施例的一种六自由度机械臂的结构示意图。其中，箭头所示为关节的位置和运动方向；

图4为本发明实施例的一种双臂机器人的结构示意图。其中，由两个具有5自由度的单臂模块，辅以基座上四个单自由度旋转关节共同构成；

图5a为本发明实施例中偏转关节的运动学变换过程的方位角和偏转角示意图；

图5b和图5c为本发明实施例中偏转关节的运动学变换过程的旋转变换过程示意图；

图6为本发明实施例中对应到单臂求解变换矩阵过程框图，对双臂来说同样如此。求解得到了正解和逆解之后，便可对其做运动规划和控制；

图7为本发明实施例中机械臂控制结构通过以上求解得到的正运动学和逆运动学解设计整个控制过程框图。对机械臂路径规划，一步步对其进行优化，通过反馈进行误差控制。

图中：

1、单自由度旋转关节，2、双斜面偏转关节，3、近端电机、4、近端主动齿轮，5、近端安装座，6、近端内齿轮固定螺钉，7、近端内齿轮，8、近端旋转斜盘，9、万向节，10、斜面轴承，11、远端旋转斜盘，12、远端主动齿轮，13、远端内齿轮固定螺钉，14、远端电机，15、远端电机固定螺钉，16、远端安装座，17、远端内齿轮，18、远端轴承，19、远端万向节安装销，20为、近端万向节安装销，21、近端轴承，22、近端电机固定螺钉，23、机械臂底座，24、机械手爪。