七自由度串联协作机械臂及机器人制造技术

本发明专利技术提供了一种七自由度串联协作机械臂，包括依次连接的基座、第一关节、第一连杆、第二关节、第三关节、第二连杆、第四关节、第三连杆、第五关节、第六关节、第四连杆、第七关节和末端执行器连接法兰；末端执行器连接法兰的末端可安装手爪、加工工具、摄像机等作业设备；所述第三关节的轴线、第四关节的轴线、第五关节的轴线相互平行。本发明专利技术的七自由度串联协作机械臂，将第三、四、五关节设计为轴线相互平行且相互相邻的构型形式,相互平行的第三、四、五关节的转动构成了机械臂在位于铅垂面内的主运动平面，机械臂在主运动平面内可更加快捷地到达指定工作点。

【技术实现步骤摘要】
七自由度串联协作机械臂及机器人
本专利技术涉及机器人领域，具体地，涉及一种七自由度串联机械臂及机器人。
技术介绍
七自由度机械臂具有3个自由度的肩关节、1个自由度的肘关节、3个自由度的腕关节。同六自由度机械臂相比，七自由度机械臂在空间中可以在保持末端机构三维位置不变的情况下，从一个构型变换到另一个构型，因此更多见于人机协作机械臂。通常七自由度机械臂构型是七个关节的轴线两两正交的形式，并基于模块化设计的思想，每个关节结构和尺寸相同，降低机械臂的制造和安装成本，但这种构型的缺点是构成主运动平面(垂直于基座的机械臂主要工作平面，或称铅垂面)的相互平行的三个关节轴线并不相邻，因此这三个关节距离较远，后两个关节距离基座远，位置较高，因此在主运动空间的常用可达范围处的操作灵活性变差。经过对现有技术的检索，申请号为201720994756.1的技术公开了一种五自由度机械臂，包括腰部、减速器、基座、腰部伺服电机、肩部伺服电机、第一大臂丝杠、第一大臂滑块、第一肘部推杆、第一肘部连杆、大臂连板、腕部伺服电机、末端执行器连接件、小臂、第二肘部连杆、第二大臂滑块、第二大臂丝杠、第二肘部推杆、大臂基座、第一大臂伺服电机、第二大臂伺服电机；第一肘部推杆一端和第二肘部推杆一端分别与第一大臂滑块可转动连接，第一肘部推杆另一端与第一肘部连杆一端相连，第一肘部连杆与第二大臂滑块可转动连接；第二肘部推杆另一端与第二肘部连杆一端相连，第二肘部连杆与第二大臂滑块可转动连接。该机械臂的在主运动平面内的灵活度和自由度不够。
技术实现思路
r>针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种七自由度串联协作机械臂。根据本专利技术提供的一种七自由度串联协作机械臂，包括依次连接的基座、第一关节、第一连杆、第二关节、第三关节、第二连杆、第四关节、第三连杆、第五关节、第六关节、第四连杆、第七关节和末端执行器连接法兰；所述第三关节的轴线、第四关节的轴线、第五关节的轴线相互平行；优选的，所述第五关节的直径小于第四关节的直径，所述第四关节的直径和所述第三关节的相等；所述基座的上部连接法兰与所述第一关节的输入连接法兰固定连接，所述第一连杆连接所述第一关节的输出连接法兰和所述第二关节的输入连接法兰，所述第二关节的输出连接法兰同所述第三关节的输入连接法兰连接，所述第二连杆连接所述第三关节的输出连接法兰和所述第四关节的输入连接法兰，所述第三连杆连接所述第四关节的外壳和所述第五关节的输入连接法兰，所述第五关节的输出连接法兰同所述第六关节的输入连接法兰固定连接，所述第四连杆连接所述第六关节的输出连接法兰和所述第七关节的输入连接法兰，所述第七关节的输出连接法兰同所述末端执行器连接法兰的输入端固定连接。优选地，所述第一关节的轴线与所述基座同轴心，所述第一关节的轴线、第二关节的轴线、第三关节的轴线在空间相交于一点。优选地，所述第二关节和所述第三关节等高。优选地，所述第五关节的轴线、第六关节的轴线、第七关节的轴线在空间相交于一点，所述第七关节的轴线与所述末端执行器连接法兰的轴线同轴心。优选地，所述第三关节和所述第四关节位于所述第二连杆的同侧。优选地，所述第五关节和所述第四关节位于所述第三连杆的同侧。优选地，所述第一关节、第二关节、第三关节、第四关节、第五关节、第六关节以及第七关节的内部结构相同，均包括输入连接法兰、伺服电机驱动器、伺服电机、转轴、减速机、力矩传感器、输出连接法兰、电磁编码器和抱闸，所述输入连接法兰将上一关节的输出扭矩传递给所述伺服电机驱动器，所述伺服电机驱动器与伺服电机连接并提供控制电流和输入功率，所述伺服电机输出扭矩和转速，带动所连接的转轴转动，所述转轴带动减速机减速后通过力矩传感器测得本级关节的负载力矩，所述力矩传感器将力矩和转速传递至输出连接法兰，所述输出连接法兰将本关节的输出扭矩传递给下一关节；所述转轴上远离输出连接法兰的一端还安装电磁编码器和抱闸，所述电磁编码器用于检测关节的转角，所述抱闸用于在系统失电后锁死关节。本专利技术还提供一种机器人，包括上述所述的七自由度串联协作机械臂。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：1、本专利技术的七自由度串联协作机械臂新构型，将第三、四、五关节设计为轴线相互平行且相互相邻的构型形式,相互平行的第三、四、五关节的转动构成了机械臂在位于铅垂面内的主运动平面，机械臂在主运动平面内可更加快捷地到达指定工作点。2、本专利技术的七自由度串联协作机械臂新构型，第三关节和第二关节等高，到机械臂末端的距离相等，这样第三、四、五关节转动构成的主运动平面运动范围更大，可更加快捷地到达指定工作点，机械臂末端的运动更灵活，即主运动空间的常用可达范围处的操作灵活性更好。3、本专利技术的七自由度串联协作机械臂新构型，在保证第三、四、五关节设计为轴线相互平行且相互相邻的构型前提下，仍保证肩部的三关节即第一、二、三关节的轴线相交于一点，腕部的三关节即第五、六、七关节的轴线相交于一点，这样简化了机械臂的运动学计算模型，方便机械臂运动学解算。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为本专利技术的立体图；图2为本专利技术的主视图；图3为本专利技术的左视图；图4为本专利技术中各关节旋转方向示意图；图5为本专利技术的各个关节内部结构示意图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。实施例如图1至图5所示，一种七自由度串联协作机械臂，包括依次连接的基座13、第一关节1、第一连杆9、第二关节2、第三关节3、第二连杆10、第四关节4、第三连杆11、第五关节5、第六关节6、第四连杆12、第七关节7和末端执行器连接法兰8；基座13的上部连接法兰与第一关节1的输出连接法兰固定连接，第一关节1的输入连接法兰与第一连杆9的一端固定连接，第一连杆9的另一端同第二关节2的输入连接法兰连接，第二关节2的输出连接法兰同第三关节3的输入连接法兰连接，第三关节3的输出连接法兰同第二连杆10的一端固定连接，第二连杆10的另一端同第四关节4的输出连接法兰连接，第四关节4的外壳同第三连杆11的一端固定连接，第三连杆11的另一端同第五关节5的输出连接法兰固定连接，第五关节5的输入连接法兰同第六关节6的输出连接法兰固定连接，第六关节6的输入连接法兰同第四连杆12的一端固定连接，第四连杆12的另一端同第七关节7的输入连接法兰固定连接，第七关节7的输出连接法兰同末端执行器连接法兰8的输入端固定连接，末端执行器连接法兰8的末端可安装手爪、加工工具、摄像机等作业设备。其中，第一关节1的轴线101与基座13同轴心，第一关节1的轴线101、第二关节2的轴线201、第本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种七自由度串联协作机械臂，其特征在于，包括依次连接的基座(13)、第一关节(1)、第一连杆(9)、第二关节(2)、第三关节(3)、第二连杆(10)、第四关节(4)、第三连杆(11)、第五关节(5)、第六关节(6)、第四连杆(12)、第七关节(7)和末端执行器连接法兰(8)；/n所述第三关节的轴线(301)、第四关节的轴线(401)、第五关节的轴线(501)相互平行；/n所述基座(13)的上部连接法兰与所述第一关节(1)的输出连接法兰固定连接，所述第一连杆(9)连接所述第一关节(1)的输入连接法兰和所述第二关节(2)的输入连接法兰，所述第二关节(2)的输出连接法兰同所述第三关节(3)的输入连接法兰连接，所述第二连杆(10)连接所述第三关节(3)的输出连接法兰和所述第四关节(4)的输出连接法兰，所述第三连杆(11)连接所述第四关节(4)的外壳和所述第五关节(5)的输出连接法兰，所述第五关节(5)的输入连接法兰同所述第六关节(6)的输出连接法兰固定连接，所述第四连杆(12)连接所述第六关节(6)的输入连接法兰和所述第七关节(7)的输入连接法兰，所述第七关节(7)的输出连接法兰同所述末端执行器连接法兰(8)的输入端固定连接。/n...

【技术特征摘要】
1.一种七自由度串联协作机械臂，其特征在于，包括依次连接的基座(13)、第一关节(1)、第一连杆(9)、第二关节(2)、第三关节(3)、第二连杆(10)、第四关节(4)、第三连杆(11)、第五关节(5)、第六关节(6)、第四连杆(12)、第七关节(7)和末端执行器连接法兰(8)；
所述第三关节的轴线(301)、第四关节的轴线(401)、第五关节的轴线(501)相互平行；
所述基座(13)的上部连接法兰与所述第一关节(1)的输出连接法兰固定连接，所述第一连杆(9)连接所述第一关节(1)的输入连接法兰和所述第二关节(2)的输入连接法兰，所述第二关节(2)的输出连接法兰同所述第三关节(3)的输入连接法兰连接，所述第二连杆(10)连接所述第三关节(3)的输出连接法兰和所述第四关节(4)的输出连接法兰，所述第三连杆(11)连接所述第四关节(4)的外壳和所述第五关节(5)的输出连接法兰，所述第五关节(5)的输入连接法兰同所述第六关节(6)的输出连接法兰固定连接，所述第四连杆(12)连接所述第六关节(6)的输入连接法兰和所述第七关节(7)的输入连接法兰，所述第七关节(7)的输出连接法兰同所述末端执行器连接法兰(8)的输入端固定连接。


2.根据权利要求1所述的七自由度串联协作机械臂，其特征在于，所述第一关节(1)的轴线(101)与所述基座(13)同轴心，所述第一关节(1)的轴线(101)、第二关节(2)的轴线(201)、第三关节(3)的轴线(301)在空间相交于一点。


3.根据权利要求1或2所述的七自由度串联协作机械臂，其特征在于，所述第二关节(2)和所述第三关节(3)等高。


4.根据权利要求1所述的七自由度串联协作机械臂，其特征在于，所述第五关节(5)的轴线(501)...

【专利技术属性】
技术研发人员：高峰，刘仁强，孙竞，陈先宝，郑浩，孙乔，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31