CN103612251A - 混合驱动式无间隙冲击轮式移动机械手 - Google Patents
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Abstract
一种混合驱动式无间隙冲击轮式移动机械手。包括一个移动载体，移动载体上间隔安装有三个驱动电动机，中间的第二驱动电动机轴与串联机械手第一构件的一端连接，串联机械手第一构件的另一端与串联机械手第二构件铰接，该铰接点两侧分别安装有第一控制线和第二控制线，第一控制线的另一端固定在第一驱动电动机轴上，第二控制线的另一端固定在第三驱动电动机轴上。本发明以线驱动2自由度串联机械手远端构件取代运动副关节驱动，增大了力臂，大大提高了驱动力矩，同时有效地减轻了与之对应的并联机械手的自重，巧妙的解决了运动副关节间隙冲击问题，并提高了快速响应能力和作业精度，适合应用于对重量和转动惯量要求苛刻的准确作业工况场合。
Description
技术领域
本发明属于移动机器人特别是移动机械手的技术领域。
背景技术
串联机械手属于悬臂结构,系统容易发生振动，为了避免振动通常采用惯性较大的构件，同时串联机械手电动机均安装于关节处，增加了机器系统惯量和质量，对高速运动和快速响应极为不利，限制了系统的负载能力和速度的进一步提高，系统准确作业时，控制器的设计面临更大的挑战。采用并联机构可以较好的解决这个问题，但是由于并联机构相对串联而言，引入了多个杆件和运动副,限制了系统的工作空间和灵巧度，同时也提高了制造成本。
以上两种构型机械手已经广泛应用于现代集成制造系统中。如在进行维修、装配等任务时，其定位精度和动力学性能极其重要，直接关系着操作是否可以成功的进行。如在进行维修、装配时，机械手末端执行器定位精度关系着系统是否能够有效的将轴插入到孔内；焊接机械手在进行复杂空间电弧焊时，系统动力学性能对焊接质量有着极其重要的影响。但是由于机械手运动副间存在的间隙，而且工作时间愈长，运动副间隙设计时就越大，这将对系统的定位精度和动力学性能产生严重的负面影响，并由此产生运动副构件间的冲击、噪音等等。
反恐已成为国际共识，各国纷纷加大了对反恐的投入。目前，世界各国尤其是发达国家都十分重视对反恐机器人的研究，而其中研究最多的是反恐排爆机器人/机械手，它主要用于代替人工直接在事发现场进行侦察、排除和处理爆炸物等危险品。然而目前所用机械手为刚体机械手，行走机构缺乏减震系统，在速度较高的境况下，这将限制了系统的工作效率，降低了操作的安全性。
发明内容
本发明目的是克服现有技术存在的上述不足，提供一种混合驱动式无间隙冲击轮式移动机械手。
本发明提供的混合驱动式无间隙冲击轮式移动机械手，包括一个移动载体，移动载体上间隔安装有三个驱动电动机，依序为第一驱动电动机、第二驱动电动机和第三驱动电动机，中间的第二驱动电动机轴与串联机械手第一构件的一端连接，串联机械手第一构件的另一端与串联机械手第二构件铰接，该铰接点两侧分别安装有第一控制线和第二控制线，第一控制线的另一端固定在第一驱动电动机轴上，第二控制线的另一端固定在第三驱动电动机轴上，串联机械手第二构件的悬臂端构成机械手。
所述的移动载体与下方的移动轮之间安装有弹性阻尼悬架，该结构由弹簧和阻尼器组成，有效的缓解了非结构环境对机械手的冲击，从而提高了系统的移动速度。
本发明的优点和积极效果：
1、弥补了串联机械手悬臂构型，并将驱动电机安置到移动平台上，具有并联机械手刚度大、精度高、负载能力大；
2、由于机械手本体为串联机构，避免了并联机构奇异构型，拓展了并联机构的有效工作空间。
3、以线驱动2自由度串联机械手远端构件取代运动副关节驱动，增大了力臂，大大提高了驱动力矩，同时有效地减轻了与之对应的并联机械手的自重，并提高了快速响应能力，适合应用于对重量和转动惯量要求苛刻的场合；
4、线驱动电机使一侧驱动线呈现工作（拉力）状态，对运动副构件间施加一定压力，从而避免了构件间的分离与碰撞问题，提高了系统的工作精度，提高了轨迹跟踪精度，如图2，图3所示。避免了采用增加附加设备的方法对运动副进行施加压力。
5、应用前景：可用于反恐移动机械手（如炸药包的拆除与运输）；
本发明以串联机械手辅以驱动线的并联构型，使机械手在系统工作精度（如拆装危险品）、速度和运动副间隙冲击控制等方面具有显著优点，同时由于轮式弹性阻尼悬架的存在，使系统具有较好的路面通过性能，可以以较大的运输速度将危险品运离现场，同时移动机械手多重柔性（弹性阻尼悬架、机械手杆件柔性、驱动线柔性）保障了系统在高速时，较少对危险品的振动冲击，从而有效的避免危险品爆炸等意外发生。
附图说明
图1是混合驱动式无间隙冲击轮式移动机械手轴测图。
图2是图1中A部局部放大示意图。
图3是图1中B部局部放大示意图。
图4是混合驱动式无间隙冲击轮式移动机械手工况简图。
图5是图4中C部局部放大示意图。
图6是图4中D部局部放大示意图。
图中，1移到载体，2第一驱动电动机，3第一控制线，4串联机械手第一构件，5串联机械手第二构件，6第二控制线，7第二驱动电动机，8第三驱动电动机，9铰轴1，10定位环，11铰轴2，12铰轴3，13驱动线环。
具体实施方式
实施例1：
图1为混合驱动式无间隙冲击轮式移动机械手，主要由轮式弹性阻尼悬架和混合驱 动机械手组成。
具体包括一个移动载体1，移动载体上间隔安装有三个驱动电动机，依序为第一驱动电动机2、第二驱动电动机7和第三驱动电动机8，中间的第二驱动电动机轴与串联机械手第一构件4的一端连接，串联机械手第一构件的另一端与串联机械手第二构件5铰接，该铰接点两侧分别安装有第一控制线3和第二控制线6（如图2所示），第一控制线的另一端固定在第一驱动电动机轴上（如图3所示），第二控制线的另一端固定在第三驱动电动机轴上，串联机械手第二构件的悬臂端构成机械手。
所述的移动载体与下方的移动轮之间安装有弹性阻尼悬架（如图1所示），该结构由弹簧和阻尼器组成，可有效缓解非结构环境对机械手的冲击，从而提高了系统的移动速度。
其中，
第二驱动电动机7、串联机械手第一构件4和串联机械手第二构件5构成电动机关节驱动系统。
第一驱动电动机2、第一控制线3、第三驱动电动机8和第二控制线6一起构成电动机线驱动系统。第一驱动电动机2通过张紧第一控制线3驱动串联机械手第二构件5，与此同时，第三驱动电动机8释放第二控制线6，或反之。如图4所示混合驱动式无间隙冲击轮式移动机械手工况简图。
由于控制线的张力，使得机械手运动副构件间在工作时始终接触，如图5、图6所示，从而避免了由于运动副间隙致使的冲击等负面影响。
Claims (2)
1.一种混合驱动式无间隙冲击轮式移动机械手，其特征在于该移动机械手包括一个移动载体，移动载体上间隔安装有三个驱动电动机，依序为第一驱动电动机、第二驱动电动机和第三驱动电动机，中间的第二驱动电动机轴与串联机械手第一构件的一端连接，串联机械手第一构件的另一端与串联机械手第二构件铰接，该铰接点两侧分别安装有第一控制线和第二控制线，第一控制线的另一端固定在第一驱动电动机轴上，第二控制线的另一端固定在第三驱动电动机轴上，串联机械手第二构件的悬臂端构成机械手。
2.根据权利要求1所述的混合驱动式无间隙冲击轮式移动机械手，其特征在于所述的移动载体与下方的移动轮之间安装有弹性阻尼悬架，该结构由弹簧和阻尼器组成，有效的缓解了非结构环境对机械手的冲击，从而提高了系统的移动速度。
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