混联机器手臂

摘要

一种混联机器手臂，属于机器人技术领域。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。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。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。

权利要求

1.一种混联机器手臂，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，下并联双自由度转动关节通过支持杆件与中并联双自由度转动关节连接、中并联双自由度转动关节通过另一支持杆件与上并联双自由度转动关节连接，上并联双自由度转动关节上安装手爪。

2.根据权利要求1所述的混联机器手臂，其特征在于所述的并联双自由度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。

3.根据权利要求1所述的混联机器手臂，其特征在于所述的并联双自由度转动关节设有左、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。

4.根据权利要求3所述的混联机器手臂，其特征在于所述的左、右电动机与左、右圆锥齿轮之间设有减速器。

说明书

混联机器手臂

技术领域

[0001] 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

[0002] 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

[0003] 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。

[0004] 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。

[0005] 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。

[0006] 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。

[0007] 所述的左、右电动机与左、右圆锥齿轮之间设有减速器。

[0008] 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

[0009] 图1是本发明的PUMA混联机器手臂结构示意图；

[0010] 图2是新型并联转动关节结构示意图；

[0011] 图3是新型并联转动关节运动关系示意图；

[0012] 图4是新型并联转动关节运动关系矢量示意图；

[0013] 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右电动机、10下并联转动关节、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

[0014] 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和下杆件11、上杆件13相连接，且上并联双自由度转动关节14上安装手爪15。

[0015] 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，

[0016] 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；电动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。

[0017] 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，以上圆锥齿轮5的轴线为Z1轴，左圆锥齿轮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：右电动机9不动，左电动机3运动，本结构相当于定轴轮系，左电动机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、右电动机以同速、同向旋转时，带动上圆锥齿轮5以同速、同向绕Y1摆动；当右电动机9运动，左电动机3不运动，其运动关系如图5所示：ω5，6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ω5，
6和绕Y1轴的ω6，方向如图3所示，其中|ω6|＝|ω5，6|tanβ2。当右电动机9和左电动机
3一起运动时，上圆锥齿轮5的运动为绕Z1轴和Y1轴的的复合运动。

[0018] 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杆件13和下杆件11连接，构成六个自由度的混联机器人。