具有關(guān)節(jié)軸線正交關(guān)系的可折疊六自由度輕型操作臂的制作方法
【專利摘要】一種具有關(guān)節(jié)軸線正交關(guān)系的可折疊六自由度輕型操作臂，基座上依次設(shè)置有第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、大臂連桿、第三旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、第四旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、第五旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和第六旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，第六旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的輸出端連接末端單自由度手爪，其中，第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的軸線與基座同軸心，且垂直于第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的軸線，第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的軸線平行于第三旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的軸線，第三旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的軸線垂直于第四旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的軸線，第四旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的軸線垂直于第五旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的軸線，第五旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的軸線垂直于第六旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的軸線，第四旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的軸線、第五旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的軸線和第六旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的軸線匯交于空間一點(diǎn)。本發(fā)明使操作臂整體結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)便，質(zhì)量更輕便，保證了操作臂末端具有最優(yōu)的操作靈活性能。
【專利說(shuō)明】具有關(guān)節(jié)軸線正交關(guān)系的可折疊六自由度輕型操作臂
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種輕型操作臂機(jī)器人，特別是涉及一種具有關(guān)節(jié)軸線正交關(guān)系的可折疊六自由度輕型操作臂。
【背景技術(shù)】
[0002]所謂輕型操作臂機(jī)器人，是指具有一定負(fù)載能力且自身質(zhì)量和體積均較小的輕便型靈活操作臂機(jī)器人裝置。
[0003]在野外探險(xiǎn)、偵察、危險(xiǎn)品處置或醫(yī)療作業(yè)等特殊領(lǐng)域，由于作業(yè)環(huán)境存在可能發(fā)生危害作業(yè)人員生命健康的危險(xiǎn)，因而迫切需要使用機(jī)器人尤其是操作臂機(jī)器人裝備代替人員完成某些作業(yè)任務(wù)。目前應(yīng)用比較廣泛的工業(yè)操作臂機(jī)器人，雖然在機(jī)械結(jié)構(gòu)和零部件的設(shè)計(jì)等方面發(fā)展得比較完善，但工業(yè)操作臂負(fù)載能力一般較大，有效載荷范圍從幾十公斤到I噸以上不等，存在體積大、操作笨重、質(zhì)量重、控制系統(tǒng)復(fù)雜等問(wèn)題，應(yīng)用領(lǐng)域主要有包裝、碼垛、物料搬運(yùn)以及汽車噴涂作業(yè)等，一般安裝在室內(nèi)生產(chǎn)車間的多功能作業(yè)單元中，很難安裝在移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)或車輛上。對(duì)于野外探險(xiǎn)或危險(xiǎn)品處置等特殊環(huán)境下的作業(yè)需求，由于移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)承載空間有限，因而需要所安裝的操作臂具有體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量輕等特點(diǎn)，但過(guò)小的結(jié)構(gòu)尺寸顯然限制了操作臂機(jī)器人的工作空間和作業(yè)范圍，因而該操作臂最好具有可折疊等技術(shù)特點(diǎn)。又由于野外環(huán)境具有不確定性，操作臂處置生化危險(xiǎn)品的工藝要求也可能千差萬(wàn)別，顯然操作臂應(yīng)該具有較好的靈活性，而能靈活控制各種方位、姿態(tài)的六自由度操作臂機(jī)器人是較好的選擇。但如何能保證操作臂具有空間六自由度、且具有較好的末端運(yùn)動(dòng)靈活性是本發(fā)明所要解決的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種具有空間可折疊性、體積較小、質(zhì)量較輕、操作空間較大以及靈活度高等特點(diǎn)的具有關(guān)節(jié)軸線正交關(guān)系的可折疊六自由度輕型操作臂。
[0005]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種具有關(guān)節(jié)軸線正交關(guān)系的可折疊六自由度輕型操作臂，包括有基座，所述的基座上依次設(shè)置有第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、大臂連桿、第三旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、第四旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、第五旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和第六旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，所述第六旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的輸出端連接末端單自由度手爪，其中，所述的第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的軸線與基座同軸心，且垂直于第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的軸線，所述的第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的軸線平行于第三旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的軸線，所述的第三旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的軸線垂直于第四旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的軸線，所述的第四旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的軸線垂直于第五旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的軸線，所述的第五旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的軸線垂直于第六旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的軸線，所述的第四旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的軸線、第五旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的軸線和第六旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的軸線匯交于空間一點(diǎn)。
[0006]所述的第四旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)與所述的第五旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)之間是通過(guò)焦點(diǎn)定位角件相互連接，所述的焦點(diǎn)定位角件包括有連接桿，固定在所述連接桿下端一側(cè)的用于連接所述的第四旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的下連接端頭，以及固定在所述連接桿上端一側(cè)的用于連接所述的第五旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的上連接端頭，其中，所述的下連接端頭與所述的上連接端頭均與所述的連接桿相垂直設(shè)置，且方向相反，并且所述的連接端頭的軸線與第六旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的軸線在同一條直線上。
[0007]所述的第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、第三旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、第四旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、第五旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和第六旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)相同，均包括有:關(guān)節(jié)固定基座，安裝在所述關(guān)節(jié)固定基座內(nèi)的且依次相連的光電編碼器、伺服電機(jī)和諧波減速器，所述諧波減速器的外周面與所述的關(guān)節(jié)固定基座固定連接，所述諧波減速器的旋轉(zhuǎn)輸出端通過(guò)同軸定位法蘭連接關(guān)節(jié)輸出軸套，所述關(guān)節(jié)輸出軸套套在所述關(guān)節(jié)固定基座的上端口上，所述關(guān)節(jié)輸出軸套的頂端設(shè)置有關(guān)節(jié)密封端蓋。
[0008]所述的同軸定位法蘭包括有依次一體形成且同軸的:用于插入所述的關(guān)節(jié)輸出軸套內(nèi)法蘭的定位孔中的軸套同心軸，用于與所述的關(guān)節(jié)輸出軸套內(nèi)的法蘭固定連接的軸套連接法蘭，用于與所述的諧波減速器旋轉(zhuǎn)輸出端的法蘭固定連接的減速器連接法蘭，以及用于插入所述的諧波減速器旋轉(zhuǎn)輸出端的法蘭的定位孔內(nèi)的減速器同心軸。
[0009]所述的軸套連接法蘭的直徑大于軸套同心軸的直徑，所述軸套同心軸的直徑大于減速器連接法蘭的直徑，減速器連接法蘭的直徑又大于減速器同心軸的直徑。
[0010]所述的第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)上的第一關(guān)節(jié)固定基座的底端固定在所述的基座上，所述第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)上的第一關(guān)節(jié)輸出軸套連接第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)上的第二關(guān)節(jié)固定基座，所述第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)上的第二關(guān)節(jié)輸出軸套連接大臂連桿的一端，所述大臂連桿的另一端連接所述第三旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)上的第三關(guān)節(jié)固定基座，第三旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)上的第三關(guān)節(jié)輸出軸套連接所述第四旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)上的第四關(guān)節(jié)固定基座，所述第四旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)上的第四關(guān)節(jié)輸出軸套通過(guò)連接焦點(diǎn)定位角件連接所述的第五旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)上的第五關(guān)節(jié)固定基座，所述第五旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)上的第五關(guān)節(jié)輸出軸套連接所述第六旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)上的第六關(guān)節(jié)固定基座，所述第六旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)上的第六關(guān)節(jié)輸出軸套連接末端單自由度手爪。
[0011]所述的末端單自由度手爪具有一個(gè)開(kāi)合自由度。
[0012]當(dāng)所述的第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、大臂連桿、第四旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和第六旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)為相互平行的折疊狀態(tài)時(shí)，第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的軸線到第三旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的軸線之間的距離LI與第三旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的軸線到第五旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的軸線之間的距離L2之比為1.4。
[0013]本發(fā)明的具有關(guān)節(jié)軸線正交關(guān)系的可折疊六自由度輕型操作臂，實(shí)現(xiàn)了操作臂機(jī)器人具有較好的折疊性，較小的外形體積和較大的操作空間，即有較大的操作空間/占用空間比例；本發(fā)明使操作臂整體結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)便，質(zhì)量更輕便，并且由于第四關(guān)節(jié)中驅(qū)動(dòng)電機(jī)位置向基座前移，使操作臂整體動(dòng)力學(xué)性能更好；此外本發(fā)明中操作臂機(jī)器人各關(guān)節(jié)軸線方向和空間位置的拓?fù)潢P(guān)系、以及大小臂各軸線間尺度比例的合理安排，保證了操作臂末端具有最優(yōu)的操作靈活性能。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1是本發(fā)明完全伸展?fàn)顟B(tài)外部結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖2是本發(fā)明完全伸展?fàn)顟B(tài)俯視圖；
[0016]圖3是本發(fā)明折疊狀態(tài)側(cè)視圖；
[0017]圖4是本發(fā)明折疊狀態(tài)正視圖；
[0018]圖5是本發(fā)明關(guān)節(jié)零部件構(gòu)成爆炸視圖；[0019]圖6是本發(fā)明中同軸定位法蘭結(jié)構(gòu)的正視圖；
[0020]圖7是本發(fā)明中同軸定位法蘭結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖。
[0021]圖中
[0022]
【權(quán)利要求】
1.一種具有關(guān)節(jié)軸線正交關(guān)系的可折疊六自由度輕型操作臂，包括有基座(28)，其特征在于，所述的基座(28)上依次設(shè)置有第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)(I)、第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)(2)、大臂連桿(11)、第三旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)(3)、第四旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)(4)、第五旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)(5)和第六旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)(6)，所述第六旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)(6)的輸出端連接末端單自由度手爪(7)，其中，所述的第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)(I)的軸線與基座(28)同軸心，且垂直于第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)(2)的軸線，所述的第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)(2)的軸線平行于第三旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)(3)的軸線，所述的第三旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)(3)的軸線垂直于第四旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)(4)的軸線，所述的第四旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)(4)的軸線垂直于第五旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)(5)的軸線，所述的第五旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)(5)的軸線垂直于第六旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)(6)的軸線，所述的第四旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)(4)的軸線、第五旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)(5)的軸線和第六旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)(6)的軸線匯交于空間一點(diǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有關(guān)節(jié)軸線正交關(guān)系的可折疊六自由度輕型操作臂，其特征在于，所述的第四旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)(4)與所述的第五旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)(5)之間是通過(guò)焦點(diǎn)定位角件(16)相互連接，所述的焦點(diǎn)定位角件(16)包括有連接桿(32)，固定在所述連接桿(32)下端一側(cè)的用于連接所述的第四旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)(4)的下連接端頭(31)，以及固定在所述連接桿(32)上端一側(cè)的用于連接所述的第五旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)(5)的上連接端頭(30)，其中，所述的下連接端頭(31)與所述的上連接端頭(30)均與所述的連接桿(32)相垂直設(shè)置，且方向相反，并且所述的連接端頭(31)的軸線與第六旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)(6)的軸線在同一條直線上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有關(guān)節(jié)軸線正交關(guān)系的可折疊六自由度輕型操作臂，其特征在于，所述的第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)(I)、第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)(2)、第三旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)(3)、第四旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)(4)、第五旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)(5)和第六旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)(6)結(jié)構(gòu)相同，均包括有:關(guān)節(jié)固定基座(27)，安裝在所述關(guān)節(jié)固定基座(27)內(nèi)的且依次相連的光電編碼器(26)、伺服電機(jī)(25)和諧波減速器(24)，所述諧波減速器(24)的外周面與所述的關(guān)節(jié)固定基座(27)固定連接，所述諧波減速器(24)的旋轉(zhuǎn)輸出端通過(guò)同軸定位法蘭(23)連接關(guān)節(jié)輸出軸套(22)，所述關(guān)節(jié)輸出軸套(22 )套在所述關(guān)節(jié)固定基座(27 )的上端口上，所述關(guān)節(jié)輸出軸套(22 )的頂端設(shè)置有關(guān)節(jié)密封端蓋(21)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有關(guān)節(jié)軸線正交關(guān)系的可折疊六自由度輕型操作臂，其特征在于，所述的同軸定位法蘭(23)包括有依次一體形成且同軸的:用于插入所述的關(guān)節(jié)輸出軸套(22)內(nèi)法蘭的定位孔中的軸套同心軸(36)，用于與所述的關(guān)節(jié)輸出軸套(22)內(nèi)的法蘭固定連接的軸套連接法蘭(35)，用于與所述的諧波減速器(24)旋轉(zhuǎn)輸出端的法蘭固定連接的減速器連接法蘭(34)，以及用于插入所述的諧波減速器(24)旋轉(zhuǎn)輸出端的法蘭的定位孔內(nèi)的減速器同心軸(33)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有關(guān)節(jié)軸線正交關(guān)系的可折疊六自由度輕型操作臂，其特征在于，所述的軸套連接法蘭(35)的直徑大于軸套同心軸(36)的直徑，所述軸套同心軸(36)的直徑大于減速器連接法蘭(34)的直徑，減速器連接法蘭(34)的直徑又大于減速器同心軸(33)的直徑。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有關(guān)節(jié)軸線正交關(guān)系的可折疊六自由度輕型操作臂，其特征在于，所述的第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)(I)上的第一關(guān)節(jié)固定基座(29)的底端固定在所述的基座(28)上，所述第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)(I)上的第一關(guān)節(jié)輸出軸套(8)連接第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)(2)上的第二關(guān)節(jié)固定基座(10)，所述第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)(2)上的第二關(guān)節(jié)輸出軸套(9)連接大臂連桿(11)的一端，所述大臂連桿(11)的另一端連接所述第三旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)(3)上的第三關(guān)節(jié)固定基座(12)，第三旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)(3)上的第三關(guān)節(jié)輸出軸套(13)連接所述第四旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)(4)上的第四關(guān)節(jié)固定基座(14)，所述第四旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)(4)上的第四關(guān)節(jié)輸出軸套(15)通過(guò)連接焦點(diǎn)定位角件(16)連接所述的第五旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)(5)上的第五關(guān)節(jié)固定基座(17)，所述第五旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)(5)上的第五關(guān)節(jié)輸出軸套(18)連接所述第六旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)(6)上的第六關(guān)節(jié)固定基座(19)，所述第六旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)(6)上的第六關(guān)節(jié)輸出軸套(20)連接末端單自由度手爪(J)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有關(guān)節(jié)軸線正交關(guān)系的可折疊六自由度輕型操作臂，其特征在于，所述的末端單自由度手爪(7)具有一個(gè)開(kāi)合自由度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有關(guān)節(jié)軸線正交關(guān)系的可折疊六自由度輕型操作臂，其特征在于，當(dāng)所述的第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)(I)、大臂連桿(11 )、第四旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)(4)和第六旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)(6)為相互平行的折疊狀態(tài)時(shí)，第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)(2)的軸線到第三旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)(3)的軸線之間的距離LI與第三旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)(3)的軸 線到第五旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)(5)的軸線之間的距離L2之比為1.4。
【文檔編號(hào)】B25J18/00GK103753528SQ201410054658
【公開(kāi)日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2014年2月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月18日
【發(fā)明者】劉亞軍, 徐新喜, 張西正, 趙秀國(guó), 劉志國(guó), 高振海, 牛福, 韓俊淑, 任旭東, 張文昌, 蘇琛, 崔向東 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院衛(wèi)生裝備研究所