一种具有运动冗余的水下串并混联机械臂制造技术

本发明专利技术公开了一种具有运动冗余的水下串并混联机械臂，包括末端执行器

【技术实现步骤摘要】
一种具有运动冗余的水下串并混联机械臂


[0001]本专利技术属于水下作业型机器人
，具体涉及一种具有运动冗余的水下串并混联机械臂
。

技术介绍

[0002]在当前开发海洋资源，建设海洋强国的时代背景下，水下机械臂作为水下机器人开发海洋资源和进行水下作业的重要工具，直接影响到水下作业的可靠性和工作效率
。
[0003]针对现阶段常见的串联型水下机械臂在工作过程中存在关节累积误差大
、
刚性差等缺点，近年来有部分学者和企业提出采用并联型水下机械臂以提高机械臂运动精度和结构刚度，但是在实际应用过程中发现并联机械臂的工作空间较小，使得动平台运动范围受限，仅能实现小幅度的平动和转动，另一方面，并联机构在运动到奇异位形附近时，会出现精度下降
、
受力情况恶化甚至机构自由度发生变化的情况，这导致驱动并联机构所需的力或力矩急剧增大，在构件内部产生较大内应力，可能导致构件破坏，机构失稳，自由度变化则会导致机构不可控，导致机械故障，造成安全隐患
。
上述问题都限制了并联机械臂的进一步推广使用
。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种具有运动冗余的水下串并混联机械臂，用于解决现有机器人工作空间小
、
机构奇异的技术问题
。
[0005]本专利技术采用以下技术方案：
[0006]一种具有运动冗余的水下串并混联机械臂，包括六自由度2‑
RRRPRS
‑
RRRPRRU
运动冗余并联机构，六自由度2‑
RRRPRS
‑
RRRPRRU
运动冗余并联机构的一端安装在基座安装架
20
上，另一端通过二自由度
2R
串联机构连接末端执行器；
[0007]六自由度2‑
RRRPRS
‑
RRRPRRU
运动冗余并联机构包括两条
RRRPRS
运动冗余支链和一条
RRRPRRU
运动冗余支链，
RRRPRS
运动冗余支链和
RRRPRRU
运动冗余支链并联连接，
R
为转动副，
P
为移动副，
S
为球面副，
U
为万向副
。
[0008]具体的，二自由度
2R
串联机构包括前臂连杆，前臂连杆的一端连接末端执行器，另一端通过第一防水舵机连接大臂连杆的一端，大臂连杆的另一端通过第二防水舵机连接六自由度2‑
RRRPRS
‑
RRRPRRU
运动冗余并联机构的动平台
。
[0009]进一步的，动平台和大臂连杆的一端分别设置有用于安装第一防水舵机和第二防水舵机的舵机固定架
。
[0010]进一步的，前臂连杆与第一防水舵机之间，以及大臂连杆与第二防水舵机之间分别通过
U
型支架连接
。
[0011]进一步的，前臂连杆和大臂连杆的两端分别设置有连接盘
。
[0012]具体的，两条
RRRPRS
运动冗余支链和一条
RRRPRRU
运动冗余支链的一端分别连接动平台，通过动平台连接二自由度
2R
串联机构，
RRRPRS
运动冗余支链与动平台之间通过球
面轴承连接，
RRRPRRU
运动冗余支链与动平台之间通过万向铰链连接；
[0013]两条
RRRPRS
运动冗余支链和一条
RRRPRRU
运动冗余支链的另一端分别连接基座定平台，通过基座定平台与基座安装架固定连接，
RRRPRS
运动冗余支链和
RRRPRRU
运动冗余支链与基座定平台之间设置有防水舵机
。
[0014]进一步的，基座定平台为
Y
型结构，
RRRPRS
运动冗余支链和
RRRPRRU
运动冗余支链间隔
120
°
布置，动平台为三角形结构
。
[0015]具体的，
RRRPRS
运动冗余支链包括第三防水舵机和第四防水舵机，第三防水舵机和第四防水舵机与基座定平台连接，作为转动副用于驱动
RRRPRS
运动冗余支链；
[0016]第三防水舵机通过舵盘与第一连架杆的一端连接，第四防水舵机通过舵盘与第一摆动导杆的一端连接，第一摆动导杆的另一端与第一滑槽连杆装配组成带有限位功能的移动副，第一连架杆和第一滑槽连杆之间通过第一连杆连接，第一连杆与第一滑槽连杆连接的转动副处与第一摆杆的一端连接组成复合铰链，第一摆杆的另一端连接球面轴承
。
[0017]具体的，
RRRPRRU
运动冗余支链包括第五防水舵机和第六防水舵机，第五防水舵机和第六防水舵机与基座定平台连接，作为转动副用于驱动
RRRPRRU
运动冗余支链；
[0018]第五防水舵机通过舵盘与第二连架杆的一端连接，第六防水舵机通过舵盘与第二摆动导杆的一端连接，第二摆动导杆的另一端与第二滑槽连杆装配组成带有限位功能的移动副，第二连架杆和第二滑槽连杆之间通过第二连杆连接，第二连杆与第二滑槽连杆连接的转动副处与第二摆杆的一端连接组成复合铰链，第二摆杆的另一端与第三摆杆的一端连接形成转动副，第三摆杆的另一端链接万向铰链
。
[0019]具体的，末端执行器包括清淤铰刀头，清淤铰刀头通过清淤铰刀基座与二自由度
2R
串联机构连接
。
[0020]与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：
[0021]本专利技术一种具有运动冗余的水下串并混联机械臂，在确保足够工作空间的同时提高了水下机械臂的运动精度
、
结构刚度和可靠性
。
采用平面五杆二自由度机构配合摆杆实现运动冗余设计，通过对支链内多个驱动元件的协调控制使得并联机构能够规避奇异位形；采用运动冗余设计可以规避并联机构奇异位形，扩大并联机构工作空间的同时也提高了水下机械臂的运动性能，增加了机构的灵巧性，提高了机构的结构刚度和承载能力，从而使水下机械臂能够更好地适应水下复杂多变的作业环境
。
[0022]进一步的，六自由度2‑
RRRPRS
‑
RRRPRRU
运动冗余并联机构整体具有六自由度而动平台相对于基座动平台仅具有两个转动自由度和一个移动自由度共计三个相对自由度
(
也称为链接度
)
，由于相对自由度小于机构整体自由度，因此该机构为运动冗余并联机构
(
也称为结构冗余并联机构
)。
当该并联机构动平台在运动过程中与三本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种具有运动冗余的水下串并混联机械臂，其特征在于，包括六自由度2‑
RRRPRS
‑
RRRPRRU
运动冗余并联机构，六自由度2‑
RRRPRS
‑
RRRPRRU
运动冗余并联机构的一端安装在基座安装架
20
上，另一端通过二自由度
2R
串联机构连接末端执行器；六自由度2‑
RRRPRS
‑
RRRPRRU
运动冗余并联机构包括两条
RRRPRS
运动冗余支链和一条
RRRPRRU
运动冗余支链，
RRRPRS
运动冗余支链和
RRRPRRU
运动冗余支链并联连接，
R
为转动副，
P
为移动副，
S
为球面副，
U
为万向副
。2.
根据权利要求1所述的具有运动冗余的水下串并混联机械臂，其特征在于，二自由度
2R
串联机构包括前臂连杆
(4)
，前臂连杆
(4)
的一端连接末端执行器，另一端通过第一防水舵机
(6)
连接大臂连杆
(8)
的一端，大臂连杆
(8)
的另一端通过第二防水舵机
(9)
连接六自由度2‑
RRRPRS
‑
RRRPRRU
运动冗余并联机构的动平台
(10)。3.
根据权利要求2所述的具有运动冗余的水下串并混联机械臂，其特征在于，动平台
(10)
和大臂连杆
(8)
的一端分别设置有用于安装第一防水舵机
(6)
和第二防水舵机
(9)
的舵机固定架
(7)。4.
根据权利要求2所述的具有运动冗余的水下串并混联机械臂，其特征在于，前臂连杆
(4)
与第一防水舵机
(6)
之间，以及大臂连杆
(8)
与第二防水舵机
(9)
之间分别通过
U
型支架
(5)
连接
。5.
根据权利要求2所述的具有运动冗余的水下串并混联机械臂，其特征在于，前臂连杆
(4)
和大臂连杆
(8)
的两端分别设置有连接盘
(1)。6.
根据权利要求1所述的具有运动冗余的水下串并混联机械臂，其特征在于，两条
RRRPRS
运动冗余支链和一条
RRRPRRU
运动冗余支链的一端分别连接动平台
(10)
，通过动平台
(10)
连接二自由度
2R
串联机构，
RRRPRS
运动冗余支链与动平台
(10)
之间通过球面轴承
(11)
连接，
RRRPRRU
运动冗余支链与动平台
(10)
之间通过万向铰链
(29)
连接；两条
RRRPRS
运动冗余支链和一条
RRRPRRU
运动冗余支链的另一端分别连接基座定平台
(19)
，通过基座定平台
(19)
与基座安装架
(20)
固定连接，
RRRPRS
运动冗余支链和
RRR...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏文斌，夏寅，胡桥，张箭，王政达，卫红波，任伟，赵玉梁，贾涵，郭梦媛，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：