CN211053733U - 一种六自由度特种作业关节机器人构型 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种六自由度特种作业关节机器人构型，包括：依次连接的第一转动副、第二转动副、第三转动副、滑动副、第四转动副以及第五转动副，第一转动副轴线垂直于第二转动副轴线，第二转动副轴线垂直于第三转动副轴线，第三转动副与滑动副同轴布置，滑动副轴线垂直于第四转动副，第四转动副轴线垂直于第五转动副轴线。本实用新型的一种六自由度特种作业关节机器人构型采用RRRPRR构型，即由五个转动副以及一个滑动副(R指代转动副，P指代滑动副)构成，其中第一转动副、第二转动副以及第三转动副的轴线相互垂直组成球铰关节，第四转动副与第五转动副的轴线垂直构成腕关节，具备对特定空间内空间点的位置可达和姿态可调的能力。

Description

一种六自由度特种作业关节机器人构型

技术领域

本实用新型涉及机器人技术领域，尤其涉及一种六自由度特种作业关节机器人构型。

背景技术

当前的六轴机器人系统设计难度很大，一方面在于机器人在特殊的空间环境下(例如狭小的管道或多遮挡物的空间)实现6自由度位姿调整的同时避免空间干涉难度较大(目前的六轴机器人多是六个旋转副加串联关节，这使得六轴机器人为提高可达性会存在所谓“肘”的结构，在运动过程中很容易和其他结构产生干涉，一定程度上降低了六轴机器人的可达性)；另一方面在于六关节导致机器人奇异性问题较为突出，实时位姿解算、控制难度较大；还有在没有冗余自由度情况下机器人实现大空间范围6自由度位姿实时调整(保证机器人相对于工作点法线垂直作业)难度较大。当前的机器人主要在控制模式和算法上面想办法规避奇异点和空间干涉问题，无法本质上解决可达性与空间干涉两者之间的矛盾。另外当前的机器人的配置和使用都存在着各种问题，安装、标定、示教、应用都存在着困难，在特殊环境下尤其困难。例如当前一般机器人都是在掉电的情况下由外部帮助进行安装固定，在狭小或人无法达到的区域内，安装本身就存在着很大的困难。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述技术不足，提出一种六自由度特种作业关节机器人构型，解决现有技术中在狭窄空间内六旋转副机器人安装困难，工作时容易相互干扰的技术问题。

为了达到上述技术目的，本实用新型实施例提供了一种六自由度特种作业关节机器人构型，该一种六自由度特种作业关节机器人构型包括：依次连接的第一转动副、第二转动副、第三转动副、滑动副、第四转动副以及第五转动副，第一转动副轴线垂直于第二转动副轴线，第二转动副轴线垂直于第三转动副轴线，第三转动副与滑动副同轴布置，滑动副轴线垂直于第四转动副，第四转动副轴线垂直于第五转动副轴线。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：本实用新型的一种六自由度特种作业关节机器人构型采用RRRPRR构型，即由五个转动副以及一个滑动副(R指代转动副，P指代滑动副)构成，其中第一转动副、第二转动副以及第三转动副的轴线相互垂直组成球铰关节，第四转动副与第五转动副的轴线垂直构成腕关节，并通过滑动副相互连接，该构型机器人可在特定空间内按照球面坐标系进行运动，具备对特定空间内空间点的位置可达和姿态可调的能力，同时具备较小的空间干涉，满足运动可达性要求，另外机器人使用双向操作的运动控制方式，将作业端固定住，可以操作机器人反向寻找安装位置，大大减小了机器人部署的难度。

附图说明

图1是本实用新型提供的一种六自由度特种作业关节机器人构型一实施例的结构爆炸图；

图2是图1中第一转动副的结构爆炸图；

图3是图1中滑动副的结构爆炸图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

请参见图1至图3，图1是本实用新型提供的一种六自由度特种作业关节机器人构型一实施例的结构爆炸图；图2是图1中第一转动副的结构爆炸图；图3是图1中滑动副的结构爆炸图。

一种六自由度特种作业关节机器人构型包括：第一转动副1、第二转动副2、第三转动副3、第四转动副4、第五转动副5以及滑动副6。并且按照第一转动副1、第二转动副2、第三转动副3、滑动副6、第四转动副4以及第五转动副5的顺序依次连接，形成RRRPRR构型。并且第一转动副1、第二转动副2、第三转动副3的轴线相互垂直，形成球铰关节，第四转动副4与第五转动副5的轴线垂直构成腕关节。

各个转动副的结构相同，现以第一转动副1为例来详细说明，第一转动副1包括转动副转动机构11、转动副第一机架12、转动副角度位移传感器13、转动副第一联轴器14、转动副减速装置15、转动副第二机架16、转动副轴承17以及转动副第二联轴器18。

转动副转动机构11顾名思义是为整个第一转动副1提供转动动力的机构，在本实施例中，优选采用电机。被本领域技术人员熟知的，电机由固定部分(电机机体)以及动力部分(转动轴)两部分组成，转动副转动机构11的动力部分通过转动副第一联轴器14连接转动副减速装置15，转动副减速装置15通过转动副轴承17连接转动副第二联轴器18，转动副转动机构11带动上述各个部件转动。其中转动副减速装置15在本实施例中采用谐波减速器，起到类似汽车变速箱的功能，将转动副转动机构11的转速降低到合适的输出转速，来带动转动副轴承17与转动副第二联轴器18旋转。谐波减速器与变速箱类似地包括外壳部分与内置于外壳内的减速部分。转动副第一机架12一端连接转动副转动机构11的固定部分，另一端连接转动副减速装置15的外壳部分，并且套设在转动副转动机构11的转动轴上，并与转动轴留有间隙，起到保护的作用。转动副第二机架16一端连接转动副减速装置15的外壳部分，另一端连接转动副轴承17的外圈，转动副角度位移传感器13套设连接在转动副第一联轴器14上，用以测量一段时间内转动副第一联轴器14旋转的角度，然后得到其旋转的圈数，然后通过圈数除以时间计算得到转动副第一联轴器14的转速。转动副角度位移传感器13可以采用光栅类的，也可以使用磁栅类的，还可以是变阻器原理类的，只要能获取其旋转的角度即可。在本实施例中，转动副角度位移传感器13采用雷尼绍公司的MR040G径向磁环。

滑动副6包括滑动副第一机架61、滑动副转动机构62、滑动副第二机架63、滑动副角度位移传感器64、滑动副联轴器65、滑动副第三机架66、滑动副线性位移机构67、滑动副第四机架68。

滑动副转动机构62与转动副转动机构11类似地采用电机，其转动轴通过滑动副联轴器65连接滑动副线性位移机构67。滑动副线性位移机构67是一个能够将周向运动转化为轴向运动的机构，一般采用相互啮合连接的齿轮丝杆机构，齿轮旋转带动丝杆作沿轴线作直线运动。滑动副第二机架63套设于滑动副转动机构62的转动部分上并连接滑动副转动机构62的固定部分，滑动副第一机架61连接滑动副第二机架63。滑动副第三机架66套设于滑动副联轴器65上，并与滑动副第二机架63以及滑动副线性位移机构67的一端连接。滑动副第四机架68连接滑动副线性位移机构67的另一端，滑动副线性位移机构67能够在轴向方向上伸缩，改变滑动副第三机架66与滑动副第四机架68之间的距离。滑动副角度位移传感器64与转动副角度位移传感器13类似，套设连接在滑动副联轴器65上，用以测量一段时间内滑动副联轴器65旋转的圈数，然后通过圈数除以时间计算得到滑动副联轴器65的转速。

第一转动副1的转动副第二联轴器与第二转动副2的转动副第二机架连接，第二转动副2的转动副第二联轴器与第三转动副3的转动副第二机架连接，第三转动副3的转动副第二联轴器与滑动副第一机架61连接，滑动副第四机架68与第四转动副4的转动副第二机架，第四转动副4的转动副第二联轴器与第五转动副5的转动副第二机架连接。按照上述连接方式形成六自由度RRRPRR构型的特种作业关节机器人。

在狭窄空间(如管道)内使用时，可以通过滑动副6的滑动副线性位移机构67将第一转动副1、第二转动副2以及第三转动副3组成的球铰关节延伸至所需的位置进行反向操作。

实施本实用新型实施例，具有如下有益效果：本实用新型的一种六自由度特种作业关节机器人构型采用RRRPRR构型，即由五个转动副以及一个滑动副(R指代转动副，P指代滑动副)构成，其中第一转动副、第二转动副以及第三转动副的轴线相互垂直组成球铰关节，第四转动副与第五转动副的轴线垂直构成腕关节，并通过滑动副相互连接，该构型机器人可在特定空间内按照球面坐标系进行运动，具备对特定空间内空间点的位置可达和姿态可调的能力，同时具备较小的空间干涉，满足运动可达性要求，另外机器人使用双向操作的运动控制方式，将作业端固定住，可以操作机器人反向寻找安装位置，大大减小了机器人部署的难度。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种六自由度特种作业关节机器人构型，其特征在于，其包括：依次连接的第一转动副、第二转动副、第三转动副、滑动副、第四转动副以及第五转动副，所述第一转动副轴线垂直于所述第二转动副轴线，所述第二转动副轴线垂直于所述第三转动副轴线，所述第三转动副与所述滑动副同轴布置，所述滑动副轴线垂直于所述第四转动副，所述第四转动副轴线垂直于所述第五转动副轴线。

2.根据权利要求1所述的一种六自由度特种作业关节机器人构型，其特征在于，所述转动副包括转动副转动机构、转动副第一联轴器、转动副第二联轴器以及转动副轴承，所述转动副转动机构通过所述转动副联轴器连接所述转动副轴承，所述转动副第二联轴器连接所述转动副轴承。

3.根据权利要求2所述的一种六自由度特种作业关节机器人构型，其特征在于，所述转动副还包括转动副减速装置以及转动副角度位移传感器，所述转动副第一联轴器通过所述转动副减速装置连接所述转动副轴承，所述转动副角度位移传感器连接所述转动副第一联轴器。

4.根据权利要求3所述的一种六自由度特种作业关节机器人构型，其特征在于，所述转动副还包括转动副第一机架以及转动副第二机架，所述转动副第一机架连接所述转动副转动机构固定部分，所述转动副第二机架通过所述转动副减速装置连接所述转动副第一机架。

5.根据权利要求4所述的一种六自由度特种作业关节机器人构型，其特征在于，所述滑动副包括滑动副转动机构、滑动副联轴器以及滑动副线性位移机构，所述滑动副转动机构的转动部分通过所述滑动副联轴器与所述滑动副线性位移机构的转动部分连接传动。

6.根据权利要求5所述的一种六自由度特种作业关节机器人构型，其特征在于，所述滑动副还包括滑动副第一机架以及滑动副第二机架，所述滑动副第二机架套设于所述滑动副转动机构的转动部分上并连接所述滑动副转动机构的固定部分，所述滑动副第一机架连接所述滑动副第二机架。

7.根据权利要求6所述的一种六自由度特种作业关节机器人构型，其特征在于，所述滑动副还包括滑动副第三机架，所述滑动副第三机架套设于所述滑动副联轴器上，并与所述滑动副第二机架以及所述滑动副线性位移机构一端连接。

8.根据权利要求7所述的一种六自由度特种作业关节机器人构型，其特征在于，所述滑动副还包括与所述滑动副线性位移机构另一端连接的滑动副第四机架。

9.根据权利要求8所述的一种六自由度特种作业关节机器人构型，其特征在于，所述滑动副还包括与所述滑动副联轴器连接的滑动副角度位移传感器。

10.根据权利要求9所述的一种六自由度特种作业关节机器人构型，其特征在于，所述第一转动副的转动副第二联轴器与所述第二转动副的转动副第二机架连接，所述第二转动副的转动副第二联轴器与所述第三转动副的转动副第二机架连接，所述第三转动副的转动副第二联轴器与所述滑动副第一机架连接，所述滑动副第四机架与所述第四转动副的转动副第二机架，所述第四转动副的转动副第二联轴器与所述第五转动副的转动副第二机架连接。

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