一种五关节机器人及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种五关节机器人及其控制方法，包括依次连接的四个机械臂以及用于驱动机械臂运动的关节组件，机械臂包括：底座；设置在底座上，用于实现竖直方向上移动的主机械臂；与所述主机械臂连接，且用于实现水平方向上旋转的第一水平臂；与所述第一水平臂连接，且用于实现水平方向上旋转的第二水平臂；设置在所述第二水平臂的末端，且用于实现竖直方向上旋转的的手腕臂；设置在所述手腕臂的末端，且用于实现轴向旋转的旋转部。本发明专利技术中的五关节机器人，通过主机械臂的升降运动实现高度的定位，以及通过第一水平臂和第二水平臂的水平旋转，实现水平面任意位置的定位，并结合手腕臂和旋转部的运动，综合实现灵活的空间作业，且控制精度高。

【技术实现步骤摘要】
一种五关节机器人及其控制方法
本专利技术涉及机器人
，具体涉及一种五关节机器人及其控制方法。
技术介绍
机器人技术的发展日益渐进，但目前市场上应用比较广泛的多为四轴和六轴机器人，五轴机器人工业上应用相对较少。四轴机器人结构简单，成本较低，但其灵活性也较差，应用场合大大受限；而六轴机器人具有六个自由度，应用广泛，但相对而言，成本也增加不少。事实上，在实际工业应用中，一些工作场合并不需要六个自由度，采用六关节机器人不仅会增加成本也会造成资源浪费，然而，四关节机器人又无法满足其工作需求，故产生了一种兼顾灵活性和低成本的五轴机器人。如图1所示，现有的五关节机器人一般是第一轴水平旋转，第二、三轴以水平方向为轴心、在竖直面上进行旋转，从而实现机器人的不同高度的操作，但此方式的五轴机器人的运算方式复杂，且多个关节在不同高度的同时上下运动，对机器人本身的负荷影响很大，且重心的不同变化，受到重力和机身惯量的影响也很大，使得机器人的制造成本高，操作和维护都不方便。现有的五关节机器人运动学控制方法主要针对五个旋转关节这种特定的构型，并不适用于控制含有直线运动关节五关节机器人运动。另外现有的适合各类构型串联机器人的通用运动学控制方法，一般采用迭代数值解法，存在计算复杂，求解时间长，求解结果不能保证收敛，导致控制精度变差，控制稳定性降低等缺点。因此，现有技术还有待于改进和发展。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种五关节机器人及其控制方法，旨在解决现有技术中的五关节机器人灵活性低和成本高等问题。本专利技术解决技术问题所采用的技术方案如下：一种五关节机器人，包括依次连接的四个机械臂以及用于驱动机械臂运动的关节组件，其中，所述机械臂包括：底座；设置在底座上，用于实现竖直方向上移动的主机械臂；与所述主机械臂连接，且用于实现水平方向上旋转的第一水平臂；与所述第一水平臂连接，且用于实现水平方向上旋转的第二水平臂；设置在所述第二水平臂的末端，且用于实现竖直方向上旋转的的手腕臂；设置在所述手腕臂的末端，且用于实现轴向旋转的旋转部。所述五关节机器人，其中，所述关节组件包括：设置在所述底座上，用于驱动主机械臂在竖直方向上运动的第一关节组件；设置在所述主机械臂与所述第一水平臂的连接处，用于驱动所述第一水平臂在水平方向上转动的第二关节组件；设置在所述主机械臂与所述第一水平臂的连接处，用于驱动所述第二水平臂在水平方向上转动的第三关节组件；设置在所述第二水平臂与所述手腕臂的连接处，用于驱动所述手腕臂在竖直方向上旋转的第四关节组件。所述五关节机器人，其中，所述底座设置为腔体结构，所述主机械臂的至少一部分部件设置在所述底座内。所述五关节机器人，其中，所述第一关节组件包括：固定于底座上的第一电机；与所述第一电机的输出轴固定相连的第一同步带轮组件；沿竖直方向设置，且末端与所述第一同步带轮组件紧固连接，用于通过所述输出轴带动实现旋转的丝杆；与所述丝杆适配的丝杆螺母；所述丝杆螺母与主机械臂固定连接。所述五关节机器人，其中，所述第二关节组件包括：固定于主机械臂上的第二电机，所述第二电机的输出轴与第一水平臂固定连接；固定在所述主机械臂上的第二谐波减速机；以及连接于所述第二电机与所述第二谐波减速机之间的第二同步带轮组件。所述五关节机器人，其中，所述第三关节组件包括：固定于主机械臂上的第三电机和第三同步带轮组件A；位于第一水平臂内的第三同步带轮组件B；分别与第三同步带轮组件A以及第三同步带轮组件B连接，且用于将第三电机的动力通过第三同步带轮组件A传递至第三同步带轮组件B的传动轴；所述第三同步带轮组件B的另一端与所述第二水平臂固定连接。所述五关节机器人，其中，所述第二水平臂与第三同步带轮组件B之间设置有第三谐波减速机。所述五关节机器人，其中，所述第四关节组件包括：固定在第二水平臂上的第四电机；位于第二水平臂内的第四同步带轮组件；第四同步带轮组件的一端与第二水平臂固定连接；另一端与手腕臂固定连接。一种五关节机器人的控制方法，其中，所述控制方法包括：步骤A、分别在所述五关节机器人的首端、末端以及各个机械臂之间的连接点处建立直角坐标系；步骤B、基于正运动学控制方法或者逆运动学控制方法输入相应的变量，使各个机械臂完成期望的运动。优选地，所述的五关节机器人的控制方法，其中，所述步骤B包括：基于正运动学控制方法输入各个机械臂的运动量，获得末端坐标系相对于首端坐标系的位置与姿态，控制所述五关节机器人完成期望的运动轨迹；或者，基于逆运动学控制方法输入末端坐标系相对于首端坐标系的位置与姿态，获得各个机械臂的运动量，控制所述五关节机器人完成期望的运动轨迹。本专利技术的有益效果：本专利技术中的五关节机器人，通过主机械臂的升降运动实现高度的定位，以及通过第一水平臂和第二水平臂的水平旋转，实现水平面任意位置的定位，并结合手腕臂和旋转部的运动，综合实现灵活的空间作业，且控制精度高；并且本专利技术的五关节机器人的控制方法计算速度快，控制精度高，占用控制系统资源小，易于保证控制精度和稳定性。附图说明图1是现有技术中五关节机器人的结构及运动示意图。图2是本专利技术实施例提供的五关节机器人运动构型图。图3是本专利技术实施例提供的五关节机器人的立体图。图4是本专利技术实施例提供的五关节机器人的剖视图。图5是本专利技术实施例提供的第四关节组件的侧视图。图6是本专利技术实施例提供五关节机器人的控制方法流程图。图7是本专利技术实施例提供的五关节机器人的坐标系建立示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。如图2中所示，本实施例中提供一种五关节机器人，所述机器人包括依次连接的四个机械臂以及用于驱动机械臂运动的关节组件，主要包括五个关节运动，分别为：竖直运动、水平面旋转、水平面旋转、竖直面旋转、轴向旋转。此方式的第二、三关节仅需要在水平面定旋转，通过第一关节的升降运动配合第四关节的竖直面旋转实现高度的定位，运动方式简单灵活、运算方式也极为简单。参照图3，具体地，本专利技术实施例的所述机械臂包括：底座160，设置在底座160上，用于实现竖直方向上移动的主机械臂110；与所述主机械臂110（图3中的主机械臂110是在内部实现竖直方向上的升降运动）连接，且用于实现水平方向上旋转的第一水平臂120；与所述第一水平臂120连接，且用于实现水平方向上旋转的第二水平臂130；设置在所述第二水平臂130的末端，且用于实现竖直方向上旋转的的手腕臂140；设置在所述手腕臂140的末端，且用于实现轴向旋转的旋转部150。在本专利技术中，主机械臂110、第一水平臂120、第二水平臂130、手腕臂140、以及旋转部150的配合实现五个自由度的运动，结构简单，运动灵活。为了更好地，说明专利技术的技术方案，参照图4，本专利技术提供五关节机器人的剖视图。四个机械臂的运动是通过四个关节组件来实现，具体的，所述四个关节组件分别为第一关节组件111、第二关节组件121、第三关节组件131、第四关节组件141。所述第一关节组件111是设置在所述底座160上，用于驱动主机械臂110在竖直方向上运动。第二关节组件121是设置在所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种五关节机器人，包括依次连接的四个机械臂以及用于驱动机械臂运动的关节组件，其特征在于，所述机械臂包括：底座；设置在底座上，用于实现竖直方向上移动的主机械臂；与所述主机械臂连接，且用于实现水平方向上旋转的第一水平臂；与所述第一水平臂连接，且用于实现水平方向上旋转的第二水平臂；设置在所述第二水平臂的末端，且用于实现竖直方向上旋转的的手腕臂；设置在所述手腕臂的末端，且用于实现轴向旋转的旋转部。

【技术特征摘要】
1.一种五关节机器人，包括依次连接的四个机械臂以及用于驱动机械臂运动的关节组件，其特征在于，所述机械臂包括：底座；设置在底座上，用于实现竖直方向上移动的主机械臂；与所述主机械臂连接，且用于实现水平方向上旋转的第一水平臂；与所述第一水平臂连接，且用于实现水平方向上旋转的第二水平臂；设置在所述第二水平臂的末端，且用于实现竖直方向上旋转的的手腕臂；设置在所述手腕臂的末端，且用于实现轴向旋转的旋转部。2.根据权利要求1所述五关节机器人，其特征在于，所述关节组件包括：设置在所述底座上，用于驱动主机械臂在竖直方向上运动的第一关节组件；设置在所述主机械臂与所述第一水平臂的连接处，用于驱动所述第一水平臂在水平方向上转动的第二关节组件；设置在所述主机械臂与所述第一水平臂的连接处，用于驱动所述第二水平臂在水平方向上转动的第三关节组件；设置在所述第二水平臂与所述手腕臂的连接处，用于驱动所述手腕臂在竖直方向上旋转的第四关节组件。3.根据权利要求1所述的五关节机器人，其特征在于，所述底座设置为腔体结构，所述主机械臂的至少一部分部件设置在所述底座内。4.根据权利要求2所述的五关节机器人，其特征在于，所述第一关节组件包括：固定于底座上的第一电机；与所述第一电机的输出轴固定相连的第一同步带轮组件；沿竖直方向设置，且末端与所述第一同步带轮组件紧固连接，用于通过所述输出轴带动实现旋转的丝杆；与所述丝杆适配的丝杆螺母；所述丝杆螺母与主机械臂固定连接。5.根据权利要求2所述的五关节机器人，其特征在于，所述第二关节组件包括：固定于主机械臂上的第二电机，所述第二电机的输出轴与第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈祝权，邓国山，罗欣，
申请(专利权)人：深圳众为兴技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44