專利名稱：一種空間五活動度鉆孔機器人機構的制作方法
技術領域：
本發明涉及工業機器人領域，特別是一種空間五活動度鉆孔機器人機構。
背景技術：
機器人廣泛應用于工業生產的焊接、搬運、碼垛、裝配、切割等作業當中。其中已得到較好應用的機器人基本上都屬于關節機器人，多為6個軸，通過1、2、3軸的聯合動作將末端工具送到不同的空間位置，并輔以4、5、6軸的聯動以滿足工具姿態的不同要求。這種機器人本體機械結構主要有平行四邊形結構和側置式結構兩種形式，因其具有較大工作空間和較為靈活的動作得到了廣泛應用。但這類傳統開鏈式串聯機器人機構因其自身結構的限制，存在著機構笨重、剛性差、慣量大、關節誤差累積等問題，動力學性能較差，難以滿足日益嚴格的高速高精度作業要求。并聯機器人機構是一種動平臺和定平臺通過至少兩個獨立的運動鏈相連接，機構具有兩個或兩個以上自由度，且以并聯方式驅動的閉環機構，具有結構緊湊、誤差累計小、精度高、作業速度高、動態響應好等優點，但也存在工作空間較小、動作不夠靈活等缺點。

發明內容
本發明的目的在于提供一種空間五活動度鉆孔機器人機構，具有工作空間大、軌跡輸出靈活、剛度大、穩定性強、累計誤差小、精度高等優點，能有效解決傳統開鏈式串聯機器人手臂重量大、剛性差、慣量大、關節誤差累積，以及并聯機器人工作空間較小、動作不夠靈活等的各自問題，適用于受到工裝夾具、高溫高壓等危險作業的環境限制使得人工操作難度大等場合，可有效提高工作質量、效率，降低人工勞動強度。本發明通過以下技術方案達到上述目的一種空間五活動度鉆孔機器人機構，包括一維轉動大臂機構、一維轉動小臂機構和三維轉動平臺機構。所述一維轉動大臂機構由機架、一維轉動大臂和第一直線驅動器組成，一維轉動大臂通過第一轉動副連接到機架上，第一直線驅動器一端通過第二轉動副連接到機架上， 另一端通過第三轉動副連接到一維轉動大臂上。第一直線驅動器驅動一維轉動大臂實現相對機架的一維轉動輸出。所述一維轉動小臂機構由一維轉動小臂和第二直線驅動器組成，一維轉動小臂通過第四轉動副連接到一維轉動大臂上，第二直線驅動器一端通過第五轉動副連接到一維轉動大臂上，另一端通過第六轉動副連接到一維轉動小臂上。第二直線驅動器驅動一維轉動小臂實現相對一維轉動大臂的一維轉動輸出。所述三維轉動平臺機構由三維轉動平臺、第三直線驅動器、第四直線驅動器和第五直線驅動器組成，三維轉動平臺通過第一球面副連接到一維轉動小臂上，第三直線驅動器一端通過第二球面副連接到一維轉動小臂上，另一端通過第三球面副連接到三維轉動平臺上，第四直線驅動器一端通過第四球面副連接到一維轉動小臂上，另一端通過第五球面副連接到三維轉動平臺上，第五直線驅動器一端通過第六球面副連接到一維轉動小臂上，另一端通過第七球面副連接到三維轉動平臺上。第三直線驅動器、第四直線驅動器和第五直線驅動器可各自單獨驅動三維轉動平臺實現一維轉動輸出，也可以并聯方式驅動三維轉動平臺實現相對一維轉動小臂的三維轉動輸出。本發明的突出優點在于1、一維轉動大臂、一維轉動小臂、三維轉動平臺串聯連接，連接處由五個直線驅動器并聯驅動，實現機構大工作空間、靈活的軌跡輸出，且整體結構簡單緊湊、誤差補償好，受直線驅動器均勻分布支撐的轉動平臺承受沖擊能力強，鉆孔時可具有良好穩定性，實現高精度作業。2、通過在三維轉動平臺上安裝各種不同用途的末端執行器，本發明可應用到搬運、碼垛、裝配、切割等工業生產當中，也可應用于挖掘機等工程機械和仿生手臂、仿生腿等仿生機構等領域。


圖1為本發明所述空間五活動度鉆孔機器人機構的結構示意圖。圖2為本發明所述空間五活動度鉆孔機器人機構的一維轉動大臂機構示意圖。圖3為本發明所述空間五活動度鉆孔機器人機構的一維轉動小臂機構示意圖。圖4為本發明所述空間五活動度鉆孔機器人機構的三維轉動平臺機構示意圖。圖5為本發明所述空間五活動度鉆孔機器人機構的第一種工作狀態示意圖。圖6為本發明所述空間五活動度鉆孔機器人機構的第二種工作狀態示意圖。圖7為本發明所述空間五活動度鉆孔機器人機構的第三種工作狀態示意圖。圖8為本發明所述空間五活動度鉆孔機器人機構的第四種工作狀態示意圖。圖9為本發明所述空間五活動度鉆孔機器人機構的第五種工作狀態示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖及實施例對本發明的技術方案作進一步說明。對照圖1、2、3和4，所述空間五活動度鉆孔機器人機構由一維轉動大臂機構、一維轉動小臂機構和三維轉動平臺機構組成。對照圖1、2，所述一維轉動大臂機構由機架1、一維轉動大臂2和第一直線驅動器 21組成，一維轉動大臂2通過第一轉動副3連接到機架1上，第一直線驅動器21 —端通過第二轉動副22連接到機架1上，另一端通過第三轉動副20連接到一維轉動大臂2上。第一直線驅動器21驅動一維轉動大臂2實現相對機架1的一維轉動輸出。對照圖1、3，所述一維轉動小臂機構由一維轉動小臂8和第二直線驅動器5組成， 一維轉動小臂8通過第四轉動副7連接到一維轉動大臂2上，第二直線驅動器5 —端通過第五轉動副4連接到一維轉動大臂2上，另一端通過第六轉動副6連接到一維轉動小臂8 上。第二直線驅動器5驅動一維轉動小臂8實現相對一維轉動大臂2的一維轉動輸出。對照圖1、4，所述三維轉動平臺機構由三維轉動平臺16、第三直線驅動器11、第四直線驅動器12和第五直線驅動器18組成，三維轉動平臺16通過第一球面副14連接到一維轉動小臂8上，第三直線驅動器11 一端通過第二球面副9連接到一維轉動小臂8上，另一端通過第三球面副15連接到三維轉動平臺16上，第四直線驅動器12—端通過第四球面副10連接到一維轉動小臂8上，另一端通過第五球面副13連接到三維轉動平臺16上，第五直線驅動器18 —端通過第六球面副19連接到一維轉動小臂8上，另一端通過第七球面副17連接到三維轉動平臺16上。第三直線驅動器11、第四直線驅動器12和第五直線驅動器18可各自單獨驅動三維轉動平臺16實現一維轉動輸出，也可以并聯方式驅動三維轉動平臺16實現相對一維轉動小臂8的三維轉動輸出。 對照圖5、6、7、8和9，所述空間五活動度鉆孔機器人機構通過關節處五個直線驅動器并聯驅動，實現機構末端各種靈活多變位置和姿態輸出的示意圖。
權利要求
1. 一種空間五活動度鉆孔機器人機構，包括一維轉動大臂機構、一維轉動小臂機構和三維轉動平臺機構，其結構和連接方式為所述一維轉動大臂機構由機架、一維轉動大臂和第一直線驅動器組成，一維轉動大臂通過第一轉動副連接到機架上，第一直線驅動器一端通過第二轉動副連接到機架上，另一端通過第三轉動副連接到一維轉動大臂上，所述一維轉動小臂機構由一維轉動小臂和第二直線驅動器組成，一維轉動小臂通過第四轉動副連接到一維轉動大臂上，第二直線驅動器一端通過第五轉動副連接到一維轉動大臂上，另一端通過第六轉動副連接到一維轉動小臂上，所述三維轉動平臺機構由三維轉動平臺、第三直線驅動器、第四直線驅動器和第五直線驅動器組成，三維轉動平臺通過第一球面副連接到一維轉動小臂上，第三直線驅動器一端通過第二球面副連接到一維轉動小臂上，另一端通過第三球面副連接到三維轉動平臺上，第四直線驅動器一端通過第四球面副連接到一維轉動小臂上，另一端通過第五球面副連接到三維轉動平臺上，第五直線驅動器一端通過第六球面副連接到一維轉動小臂上，另一端通過第七球面副連接到三維轉動平臺上。
全文摘要
一種空間五活動度鉆孔機器人機構，包括一維轉動大臂機構、一維轉動小臂機構和三維轉動平臺機構，上述三個部分串聯連接，轉動大臂由一個直線驅動器驅動，轉動小臂由一個直線驅動器驅動，轉動平臺由三個直線驅動器并聯驅動，機架可以安裝在行走裝置或固定的旋轉裝置上，機構工作空間大、軌跡輸出靈活，且整體結構簡單緊湊、誤差補償好、受直線驅動器均勻分布支撐的轉動平臺承受沖擊能力強，鉆孔時可具有良好的穩定性，實現高精度作業。通過在三維轉動平臺上安裝各種不同用途的末端執行器，本發明可應用到搬運、碼垛、裝配、切割等工業生產當中，也可應用于挖掘機等工程機械和仿生手臂、仿生腿等仿生機構等領域。
文檔編號B25J9/08GK102513998SQ201110444878
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月28日 優先權日2011年12月28日
發明者張 林, 張金玲, 李小清, 潘宇晨, 王建亮, 王紅州, 蘇文桂, 蔡敢為, 鄧培, 黃院星 申請人:廣西大學