CN102431030A - 一种空间六活动度钻孔机器人机构 - Google Patents

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黄院星
潘宇晨
王红州
王建亮
李小清
张金玲
邓培
张�林
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Abstract

一种空间六活动度钻孔机器人机构，包括一维转动大臂机构、二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，转动大臂由一个直线驱动器驱动，转动小臂由两个直线驱动器驱动，转动平台由三个直线驱动器并联驱动，机架可以安装在行走装置或固定的旋转装置上，机构工作空间大、轨迹灵活，且整体结构简单紧凑、误差补偿好、受直线驱动器均匀分布支撑的转动平台承受冲击能力强，钻孔时可具有良好的稳定性，实现高精度作业。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

一种空间六活动度钻孔机器人机构
技术领域
本发明涉及工业机器人领域，特别是一种空间六活动度钻孔机器人机构。
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，存在着机构笨重、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空间六活动度钻孔机器人机构，具有工作空间大、轨迹输出灵活、刚度大、稳定性强、累计误差小、精度高等优点，能有效解决传统开链式串联机器人手臂重量大、刚性差、惯量大、关节误差累积，以及并联机器人工作空间较小、动作不够灵活等的各自问题，适用于受到工装夹具、高温高压等危险作业的环境限制使得人工操作难度大等场合，可有效提高工作质量、效率，降低人工劳动强度。
本发明通过以下技术方案达到上述目的：一种空间六活动度钻孔机器人机构，包括一维转动大臂机构、二维转动小臂机构和三维转动平台机构。
所述一维转动大臂机构由机架、一维转动大臂和第一直线驱动器组成，一维转动大臂通过第一转动副连接到机架上，第一直线驱动器一端通过第二转动副连接到机架上，另一端通过第三转动副连接到一维转动大臂上。第一直线驱动器驱动一维转动大臂实现相对机架的一维转动输出。
所述二维转动小臂机构由二维转动小臂、第二直线驱动器和第三直线驱动器组成，二维转动小臂通过第一虎克铰连接到一维转动大臂上，第二直线驱动器一端通过第一球面副连接到一维转动大臂上，另一端通过第二球面副连接到二维转动小臂上，第三直线驱动器一端通过第三球面副连接到一维转动大臂上，另一端通过第四球面副连接到二维转动小臂上。第二直线驱动器和第三直线驱动器可各自单独驱动二维转动小臂实现一维转动输出，也可以并联方式驱动二维转动小臂实现相对一维转动大臂的二维转动输出。
所述三维转动平台机构由三维转动平台、第四直线驱动器、第五直线驱动器和第六直线驱动器组成，三维转动平台通过第五球面副连接到二维转动小臂上，第四直线驱动器一端通过第六球面副连接到二维转动小臂上，另一端通过第七球面副连接到三维转动平台上，第五直线驱动器一端通过第八球面副连接到二维转动小臂上，另一端通过第九球面副连接到三维转动平台上，第六直线驱动器一端通过第十球面副连接到二维转动小臂上，另一端通过第十一球面副连接到三维转动平台上。第四直线驱动器、第五直线驱动器和第六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二维转动小臂的三维转动输出。
本发明的突出优点在于：
1、一维转动大臂、二维转动小臂、三维转动平台串联连接，连接处由六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，受直线驱动器均匀分布支撑的转动平台承受冲击能力强，钻孔时可具有良好稳定性，实现高精度作业。
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为本发明所述空间六活动度钻孔机器人机构的结构示意图。
图2为本发明所述空间六活动度钻孔机器人机构的一维转动大臂机构示意图。
图3为本发明所述空间六活动度钻孔机器人机构的二维转动小臂机构示意图。
图4为本发明所述空间六活动度钻孔机器人机构的三维转动平台机构示意图。
图5为本发明所述空间六活动度钻孔机器人机构的第一种工作状态示意图。
图6为本发明所述空间六活动度钻孔机器人机构的第二种工作状态示意图。
图7为本发明所述空间六活动度钻孔机器人机构的第三种工作状态示意图。
图8为本发明所述空间六活动度钻孔机器人机构的第四种工作状态示意图。
图9为本发明所述空间六活动度钻孔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，所述空间六活动度钻孔机器人机构由一维转动大臂机构、二维转动小臂机构和三维转动平台机构组成。
对照图1、2，所述一维转动大臂机构由机架1、一维转动大臂3和第一直线驱动器18组成，一维转动大臂3通过第一转动副2连接到机架1上，第一直线驱动器18一端通过第二转动副19连接到机架1上，另一端通过第三转动副17连接到一维转动大臂3上。第一直线驱动器18驱动一维转动大臂3实现相对机架1的一维转动输出。
对照图1、3，所述二维转动小臂机构由二维转动小臂7、第二直线驱动器5和第三直线驱动器21组成，二维转动小臂7通过第一虎克铰16连接到一维转动大臂3上，第二直线驱动器5一端通过第一球面副4连接到一维转动大臂3上，另一端通过第二球面副6连接到二维转动小臂7上，第三直线驱动器21一端通过第三球面副22连接到一维转动大臂3上，另一端通过第四球面副20连接到二维转动小臂7上。第二直线驱动器5和第三直线驱动器21可各自单独驱动二维转动小臂7实现一维转动输出，也可以并联方式驱动二维转动小臂7实现相对一维转动大臂3的二维转动输出。
对照图1、4，所述三维转动平台机构由三维转动平台11、第四直线驱动器9、第五直线驱动器14和第六直线驱动器24组成，三维转动平台11通过第五球面副12连接到二维转动小臂7上，第四直线驱动器9一端通过第六球面副8连接到二维转动小臂7上，另一端通过第七球面副10连接到三维转动平台11上，第五直线驱动器14一端通过第八球面副15连接到二维转动小臂7上，另一端通过第九球面副13连接到三维转动平台11上，第六直线驱动器24一端通过第十球面副25连接到二维转动小臂7上，另一端通过第十一球面副23连接到三维转动平台11上。第四直线驱动器9、第五直线驱动器14和第六直线驱动器24可各自单独驱动三维转动平台11实现一维转动输出，也可以并联方式驱动三维转动平台11实现相对二维转动小臂7的三维转动输出。
对照图5、6、7、8和9，所述空间六活动度钻孔机器人机构通过关节处六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)

1.一种空间六活动度钻孔机器人机构，包括一维转动大臂机构、二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：
所述一维转动大臂机构由机架、一维转动大臂和第一直线驱动器组成，一维转动大臂通过第一转动副连接到机架上，第一直线驱动器一端通过第二转动副连接到机架上，另一端通过第三转动副连接到一维转动大臂上，
所述二维转动小臂机构由二维转动小臂、第二直线驱动器和第三直线驱动器组成，二维转动小臂通过第一虎克铰连接到一维转动大臂上，第二直线驱动器一端通过第一球面副连接到一维转动大臂上，另一端通过第二球面副连接到二维转动小臂上，第三直线驱动器一端通过第三球面副连接到一维转动大臂上，另一端通过第四球面副连接到二维转动小臂上，
所述三维转动平台机构由三维转动平台、第四直线驱动器、第五直线驱动器和第六直线驱动器组成，三维转动平台通过第五球面副连接到二维转动小臂上，第四直线驱动器一端通过第六球面副连接到二维转动小臂上，另一端通过第七球面副连接到三维转动平台上，第五直线驱动器一端通过第八球面副连接到二维转动小臂上，另一端通过第九球面副连接到三维转动平台上，第六直线驱动器一端通过第十球面副连接到二维转动小臂上，另一端通过第十一球面副连接到三维转动平台上。
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PB01 Publication
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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