一种高负载多关节机器人及其控制方法技术

本发明专利技术涉及机器人传动控制技术领域，公开了一种高负载多关节机器人及其控制方法，包括至少五个旋转臂和五个关节轴，五个关节轴包括三个竖直关节轴和两个水平关节轴；各旋转臂通过三个竖直关节轴在水平面旋转运动，通过两个水平关节轴在竖直面内旋转运动；通过旋转臂上的电机及减速器带动多级传动机构，控制竖直关节轴旋转；通过电机及减速器、多级传动机构、转向减速器、滚珠丝杠和连杆机构控制水平关节轴的旋转，每个关节轴带动一个旋转臂运动。各旋转臂既能独立运动，又可协同运动，可使机器人在较大的工作空间内完成任意轨迹和角度的工作。本发明专利技术中的多关节机器人具有较高的有效负载和较大的工作空间，同时兼有可收纳以及结构简单等实用优点。简单等实用优点。简单等实用优点。

【技术实现步骤摘要】
一种高负载多关节机器人及其控制方法


[0001]本专利技术涉及机器人传动控制
，尤其是具有高负载、大工作空间的多关节机器人及其控制方法。

技术介绍

[0002]随着科学技术的发展和工业技术的提高，越来越多的工业机器人被广泛应用于生产实践中，机器人是一种能够半自主或全自主工作的智能机器，手工操作相比有着明显的优势，采用机器人代替手工作业既可以提高产品的质量和产量，提高劳动生产率以及降低生产成本，又能保障人身安全，改善劳动环境。近年来，随着机器人技术的发展，应用长距离操作、高负载的机器人结构受到工业、国防、航空航天等领域的关注。
[0003]传统的机器人中，由于关节轴的布局形式，机器人工作过程中，根部各关节需要很大的驱动力来克服机器人自身重量的影响。当需要大工作空间时，由于机器人体型庞大，大部分的输入功率都用于克服机器人自身重量，而有效的输出功率却非常有限。这就造成机器人的制造成本和使用成本居高不下，为此，有必要设计一种具有高负载、大工作空间的低成本机器人以满足在特定工作环境下的使用要求。

技术实现思路

[0004]鉴于以上所述现有技术的缺点，解决上述现有技术的问题。本专利技术旨在于设计一种可以在高负载、重量轻、工作空间大且耗能低的多关节机器人及其控制方法，各旋转臂既能独立运动，又可协同运动，可使机器人在较大的工作空间内完成任意轨迹和角度的工作。具有较高的有效负载和较大的工作空间，同时兼有可收纳、结构简单、成本低廉等优点。
[0005]本专利技术是通过下述技术方案来实现的。
[0006]本专利技术一方面，提供了一种高负载多关节机器人，包括设于机座上的至少五个旋转臂和五个关节轴，五个关节轴包括三个竖直关节轴和两个水平关节轴；
[0007]接近机座的各旋转臂通过三个竖直关节轴在水平面旋转运动，接近末端的各旋转臂通过两个水平关节轴在竖直面内旋转运动；
[0008]通过设于靠近机座的旋转臂上的电机及减速器带动多级传动机构，控制竖直关节轴旋转，以及通过电机及减速器、多级传动机构、转向减速器、滚珠丝杠和连杆机构控制水平关节轴的旋转，每个关节轴带动一个旋转臂运动。
[0009]上述方案中，所述第一旋转臂通过第一关节轴连接在机座上，第一关节轴与第一旋转臂之间固定连接，第一旋转臂相对于机座在水平面内自由转动；
[0010]第二旋转臂通过第二关节轴串联连接在第一旋转臂的末端，第二关节轴与第二旋转臂之间固定连接，第二旋转臂相对于第一旋转臂在水平面内自由转动；
[0011]第三旋转臂通过第三关节轴连接在第二旋转臂的末端，第三关节轴与第三旋转臂之间固定连接，第三旋转臂相对于第二旋转臂在水平面内自由转动；
[0012]第四旋转臂通过第四关节轴连接在第三旋转臂的末端，第四关节轴与第四旋转臂
之间固定连接，第四旋转臂相对于第三旋转臂在竖直面内自由转动；
[0013]第五旋转臂通过第五关节轴连接在第四旋转臂的末端，第五关节轴与五旋转臂之间固定连接，第五旋转臂相对于第四旋转臂在竖直面内自由转动。
[0014]上述方案中，第一、第二和第三旋转臂之间通过级联皮带进行动力传递，各竖直关节轴上均安装有可相对于竖直关节轴自由转动的双联带轮和与竖直关节轴固定连接的大带轮，双联带轮用于多级带传动中动力传递的过度，大带轮用于驱动竖直关节轴的转动；
[0015]第三旋转臂上安装有转向减速器、滚珠丝杠和丝杠滑块，通过连杆机构驱动第四旋转臂和第五旋转臂运动。
[0016]上述方案中，第一旋转臂基座上固定第一关节轴和五个电机及减速器，第一关节轴上固定安装有第一大带轮和三个间隔盘，三个间隔盘分层安装四个双联带轮轴，双联带轮轴在间隔盘上自由转动，但相对于第一旋转臂的空间位置不变。
[0017]上述方案中，五个电机及减速器分别安装在第一旋转臂基座后部，各电机及减速器上分别设有一个小带轮，各小带轮上分别连接有一个带轮皮带；第三电机及减速器通过第三带轮皮带连接第一大带轮转动，驱动第一关节轴转动；
[0018]在间隔盘和第一旋转臂的端面间安装有四个双联带轮轴，双联带轮轴在间隔盘上自由转动，但相对于第一旋转臂的空间位置不变，双联带轮轴为前一级带传动的从动轮轴和下一级带传动的主动轮轴。
[0019]上述方案中，在第二关节轴和第三关节轴竖直关节轴上安装有大带轮和双联带轮；大带轮与竖直关节轴之间固定连接，大带轮驱动竖直关节轴转动；双联带轮相对于竖直关节轴自由转动，为前一级带传动的从动轮和下一级带传动的主动轮。
[0020]上述方案中，所述第三旋转臂上端前后两侧安装有转向减速器和滚珠丝杠；转向减速器的输入端通过安装小带轮接收动力和转矩，输出端与滚珠丝杠相连；
[0021]前侧滚珠丝杠上的丝杠滑块与一个连杆铰接，该连杆另一侧与三角板的一个角铰接，其余两角分别与第四旋转轴和第四旋转臂铰接，使三角板的一个边与第四旋转臂保持相对固定；
[0022]后侧滚珠丝杠上的丝杠滑块与另一连杆铰接，该连杆另一端与由其它连杆和旋转臂之间构成的四边形机构铰接。
[0023]上述方案中，第一、二、三旋转臂在高度方向交错布置，可折叠收纳。
[0024]上述方案中，在第五旋转臂末端安装末端执行器。
[0025]本专利技术另一方面，提供了一种所述高负载多关节机器人的控制方法，包括：
[0026]第一电机及减速器通过第三小带轮、第三带轮皮带、第一大带轮组成的一级带传动将动力和转矩传递至第一关节轴，并带动第一旋转臂运动；
[0027]第四电机及减速器通过第四小带轮、第四带轮皮带、第四双联带轮轴、第四传输皮带、第二大带轮组成的二级带传动将动力和转矩传递至第二关节轴，并带动第二旋转臂运动；
[0028]第五电机及减速器通过第五小带轮、第五带轮皮带、第三双联带轮轴、第三传输皮带、第三双联带轮、第六传输皮带、第三大带轮组成的三级带传动将动力和转矩传递至第三关节轴，并带动第二旋转臂运动；
[0029]第二电机及减速器通过第二小带轮、第二带轮皮带、第二双联带轮轴、第一传输皮
带、第二双联带轮、第九传输皮带、第四双联带轮、第六小带轮组成的四级带传动将动力和转矩传递至第一转向减速器，通过第一转向减速器、第一滚珠丝杠和第一丝杠滑块将回转运动转换为线性运动，第一丝杠滑块的线性运动通过第二连杆带动三角板绕第四关节轴转动，同时带动第四旋转臂绕第四关节轴转动；
[0030]第一电机及减速器通过第一小带轮、第一带轮皮带、第一双联带轮轴、第二传输皮带、第一双联带轮、第五传输皮带、第五双联带轮、第七小带轮组成的四级带传动将动力和转矩传递至第二转向减速器，通过第二转向减速器、第二滚珠丝杠和第二丝杠滑块将回转运动转换为线性运动，第二丝杠滑块的线性运动通过第三连杆和由第四连杆、第一连杆、第五旋转臂和第四旋转臂组成的四边形机构进而带动第五旋转臂绕第五关节轴转动。
[0031]本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下有益效果：
[0032]在水平面内运动的第一、二、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高负载多关节机器人，其特征在于，包括设于机座上的至少五个旋转臂和五个关节轴，五个关节轴包括三个竖直关节轴和两个水平关节轴；接近机座的各旋转臂通过三个竖直关节轴在水平面旋转运动，接近末端的各旋转臂通过两个水平关节轴在竖直面内旋转运动；通过设于靠近机座的旋转臂上的电机及减速器带动多级传动机构，控制竖直关节轴旋转，以及通过电机及减速器、多级传动机构、转向减速器、滚珠丝杠和连杆机构控制水平关节轴的旋转，每个关节轴带动一个旋转臂运动。2.根据权利要求1所述的一种高负载多关节机器人，其特征在于，所述第一旋转臂通过第一关节轴连接在机座上，第一关节轴与第一旋转臂之间固定连接，第一旋转臂相对于机座在水平面内自由转动；第二旋转臂通过第二关节轴串联连接在第一旋转臂的末端，第二关节轴与第二旋转臂之间固定连接，第二旋转臂相对于第一旋转臂在水平面内自由转动；第三旋转臂通过第三关节轴连接在第二旋转臂的末端，第三关节轴与第三旋转臂之间固定连接，第三旋转臂相对于第二旋转臂在水平面内自由转动；第四旋转臂通过第四关节轴连接在第三旋转臂的末端，第四关节轴与第四旋转臂之间固定连接，第四旋转臂相对于第三旋转臂在竖直面内自由转动；第五旋转臂通过第五关节轴连接在第四旋转臂的末端，第五关节轴与五旋转臂之间固定连接，第五旋转臂相对于第四旋转臂在竖直面内自由转动。3.根据权利要求2所述的一种高负载多关节机器人，其特征在于，第一、第二和第三旋转臂之间通过级联皮带进行动力传递，各竖直关节轴上均安装有可相对于竖直关节轴自由转动的双联带轮和与竖直关节轴固定连接的大带轮，双联带轮用于多级带传动中动力传递的过度，大带轮用于驱动竖直关节轴的转动；第三旋转臂上安装有转向减速器、滚珠丝杠和丝杠滑块，通过连杆机构驱动第四旋转臂和第五旋转臂运动。4.根据权利要求2所述的一种高负载多关节机器人，其特征在于，第一旋转臂基座上固定第一关节轴和五个电机及减速器，第一关节轴上固定安装有第一大带轮和三个间隔盘，三个间隔盘分层安装四个双联带轮轴，双联带轮轴在间隔盘上自由转动，但相对于第一旋转臂的空间位置不变。5.根据权利要求4所述的一种高负载多关节机器人，其特征在于，五个电机及减速器分别安装在第一旋转臂基座后部，各电机及减速器上分别设有一个小带轮，各小带轮上分别连接有一个带轮皮带；第三电机及减速器通过第三带轮皮带连接第一大带轮转动，驱动第一关节轴转动；在间隔盘和第一旋转臂的端面间安装有四个双联带轮轴，双联带轮轴在间隔盘上自由转动，但相对于第一旋转臂的空间位置不变，双联带轮轴为前一级带传动的从动轮轴和下一级带传动的主动轮轴。6.根据权利要求2所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜敬利，师廉贵，叶海涛，王知涵，王飞杰，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：