[发明专利]一种一体化双7自由度机械臂全向移动机器人系统与控制方法

权利要求书

1.一种一体化双7自由度机械臂全向移动机器人系统，其特征在于，包括：全向移动运动底盘、升降柱、双7自由度机械臂和控制模块；

所述全向移动运动底盘用于实现一体化双7自由度机械臂全向移动机器人的任意方向的运动以及原地任意角度旋转，所述全向移动运动底盘包括4个麦克纳姆轮；

所述升降柱用于通过调节机器人高度来增大机械臂的运动空间；其中，所述双7自由度机械臂固定在所述升降柱两侧，所述升降柱安装在所述全向移动运动底盘上，所述升降柱的高度可调；

所述双7自由度机械臂包括：7自由度拟人机械左臂和7自由度拟人机械右臂，用于改善机器人运动学和动力学特性满足更高的柔性和灵活性要求；其中，所述7自由度拟人机械左臂和所述7自由度拟人机械右臂结构相同，均包括：夹爪、大臂连杆、小臂连杆、设置在机器人肩部的第一关节电机(1)、第二关节电机(2)和第三关节电机(3)，设置在机器人肘部的第四关节电机(4)和第五关节电机(5)，以及设置在机器人腕部的第六关节电机(6)和第七关节电机(7)；

所述第一关节电机(1)的轴线垂直于地面，所述第二关节电机垂直于所述第一关节电机(1)安装，且安装在所述第一关节电机(1)的末端；所述第三关节电机(3)连接于所述第二关节电机(2)的末端，且垂直于所述第二关节电机(2)安装；所述第三关节电机(3)连接有大臂连杆，大臂连杆轴与所述第三关节电机(3)轴共线；大臂连杆末端连接所述第四关节电机(4)，且保证所述第四关节电机(4)的轴线与所述第三关节电机(3)的轴线垂直；所述第五关节电机(5)连接于所述第四关节电机(4)的末端，轴线垂直于所述第四关节电机(4)的轴线，小臂连杆连接于所述第五关节电机(5)末端，且保证两者轴线共线；小臂连杆末端连接所述第六关节电机(6)，且保证所述第六关节电机(6)的轴线与所述第五关节电机(5)的轴线垂直；所述第七关节电机(7)连接于所述第六关节电机(6)的末端，轴线垂直于所述第六关节电机(6)的轴线；

所述控制模块包括：第一控制单元和第二控制单元，所述第二控制单元用于在同一个物理坐标系和控制系统空间下实现所述全向移动运动底盘、所述升降柱和所述双7自由度机械臂的实时控制；所述第一控制单元用于在同一个物理坐标系和控制系统空间下采用基于数值解的方法进行逆运动学求解以实现所述全向移动运动底盘和所述双7自由度机械臂的路径规划的实时计算。

2.如权利要求1所述的一体化双7自由度机械臂全向移动机器人系统，其特征在于，双7自由度机械臂全向移动机器人系统还包括：用于为全向移动运动底盘、升降柱、双7自由度机械臂和控制模块提供电源的电源模块。

3.如权利要求1或2所述的一体化双7自由度机械臂全向移动机器人系统，其特征在于，所述全向移动运动底盘包括：4个无刷直流电机驱动器、4个无刷直流电机、4套无刷直流电机传动机构、4个麦克纳姆轮和1个底盘；

所述无刷直流电机驱动器与无刷直流电机通过U相、V相、W相三线进行连接，无刷直流电机与无刷直流电机传动机构通过梅花联轴器进行连接，无刷直流电机传动机构与麦克纳姆轮之间采用法兰盘连接，直流电机传动机构使用电机支架，通过紧固螺钉固定在底盘上。

4.如权利要求3所述的一体化双7自由度机械臂全向移动机器人系统，其特征在于，每套无刷直流电机传动机构包括：梅花联轴器、轴承、连接轴、电机支架以及法兰盘部件；

电机支架与底盘连接，麦克纳姆轮安装在法兰盘上，法兰盘与连接轴相连，连接轴通过轴承与电机支架固定，并与梅花联轴器的一端相连，梅花联轴器的另一端与无刷直流电机的轴相连，无刷直流电机通过紧固螺钉连接在电机支架上。

5.如权利要求1或2所述的一体化双7自由度机械臂全向移动机器人系统，其特征在于，所述全向移动运动底盘长度为500mm～700mm，宽度为350mm～450mm；全向移动运动底盘轮子选用的是轮径为130mm～170mm的麦克纳姆轮。