【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及连续性机器人，具体为一种全自由度仿腕关节吊运机器人系统及工作方法。
技术介绍
1、本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
2、机械臂由于能够代替人工完成重复性高、危险性大的作业任务，已经应用在多个领域，结构型式上主要分为离散型机械臂和连续型机械臂两类。离散型机械臂由若干单自由度关节串联组成，具有结构简单、重复精度高的优势，但是离散型机械臂由于其自身结构限制，无法实现连续平滑的空间构型，极易受操作空间限制，导致其难以适用狭小多障碍物操作空间。
3、为了应对上述适用场景的限制，可以实现连续的空间构型的连续型机械臂被设计出来，通常基于软体材料或多段刚性杆的连接。但是具有理论上的无限自由度的柔性材料在赋予连续型机械臂良好柔顺性同时，也因复杂的材料特性导致复杂的动力学特性，在建模与控制方面存在诸多困难。此外，通过多个尺寸较小刚性关节串联可以模拟蛇的运动形态，构建蛇形机械臂，能够近似实现连续的空间构型，但其伴随有冗余甚至超冗余自由度，难以建立运动学或动力学模型，并且此类结构的连续型机械臂承载能力通常较小。
技术实现思路
1、为了解决上述
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中存在的技术问题，本专利技术提供一种全自由度仿腕关节吊运机器人系统及工作方法，通过绕同一圆心均布的三连杆结构形成实现俯仰和偏转运动的仿腕关节结构，通过多组仿腕关节的串联实现平滑的空间构型，兼具离散型机械臂的高刚度和连续型机械臂的柔顺平滑性，并且能够适应狭小作业空间，同时配合桁架形
2、为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、本专利技术的第一个方面提供一种全自由度仿腕关节吊运机器人系统，包括：
4、吊运单元，用于带动仿腕关节机械臂产生垂直方向的升降运动和水平方向的平移运动以及旋转运动；
5、仿腕关节机械臂，包括多节串联的仿腕关节，仿腕关节通过固定机座连接到吊运单元上，末端与执行机构连接；
6、每一节仿腕关节均包括绕底座圆心均布的至少三组扇形齿轮，每一组扇形齿轮与连杆的一端活动连接，连杆的另一端通过摇臂与执行端活动连接，连杆呈弧形且两端分别位于底座和执行端两侧，且偏差180°的位置，扇形齿轮接收驱动元件传递的动力发生转动，带动对应的连杆连同摇臂驱动执行端，使其产生俯仰运动和偏转运动。
7、进一步的，吊运单元包括升降机构，升降机构与仿腕关节机械臂活动连接，带动仿腕关节机械臂沿垂直方向升降。
8、进一步的，升降机构连接小车运行机构，小车运行机构沿大车运行机构上的轨道横向移动，大车运行机构沿支撑机构上的轨道横向移动，小车运行机构和大车运行机构的运动方向相互垂直。
9、进一步的，升降机构包括与小车运行机构连接的安装支架，安装支架与旋转机构活动连接，通过安装支架上的旋转电机带动旋转机构产生旋转运动。
10、进一步的，旋转机构连接滚珠丝杠，滚珠丝杠活动连接滑块，滑块与仿腕关节机械臂连接，滚珠丝杠在升降电机的带动下旋转，驱动滑块连同仿腕关节机械臂实现升降运动。
11、进一步的，至少三组扇形齿轮绕底座圆心并间隔120°布置在底座的上表面，底座的下表面并列布置安装座，安装座上连接与扇形齿轮啮合的斜齿轮，斜齿轮与对应关节舵机的输出轴连接，通过关节舵机带动斜齿轮向对应的扇形齿轮传递动力，经过连杆和摇臂驱动执行端产生俯仰和偏转两个自由度的运动。
12、进一步的，每一节仿腕关节的执行端用于与前一节仿腕关节的安装座连接，最末一节仿腕关节的执行端连接末端执行机构。
13、进一步的，末端执行机构为机械爪，包括绕驱动盘圆心均布的伸缩杆，伸缩杆一端活动连接在驱动盘上，另一端与换向杆活动连接，换向杆通过驱动杆活动连接抓手；抓手舵机带动驱动盘转动，使伸缩杆靠近或远离驱动盘，伸缩杆闭合靠近驱动盘时，伸缩杆拉动换向杆并通过驱动杆带动抓手张开；伸缩杆张开远离驱动盘时，推动换向杆通过驱动杆带动抓手闭合；通过抓手张开和闭合的配合，实现物体的抓取
14、进一步的，机械爪具有旋转驱动舵机，实现整体的旋转运动。
15、本专利技术的第二个方面提供上述系统的工作方法，包括以下步骤：
16、根据作业任务需求，吊运单元带动仿腕关节机械臂产生垂直方向的升降运动和水平方向的平移运动以及旋转运动，到达作业任务所在位置；
17、仿腕关节机械臂中的每一节仿腕关节，通过驱动元件带动扇形齿轮转动，带动对应的连杆连同摇臂驱动执行端，使其产生俯仰运动和偏转运动；
18、仿腕关节机械臂中，通过多节串联的节仿腕关节使末端的执行机构到达作业点，执行机构动作完成作业任务。
19、与现有技术相比，以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：
20、1、通过绕同一圆心均布的三连杆结构，使每一节仿腕关节形成俯仰运动和偏转运动，每一节仿腕关节不同于底座和执行端通过三连杆在相同位置竖直并联连接的方式，而是采用底座和执行端安装位置偏差180°的连接方式，构成类似反平行四边形对角线连接的方式，使得三连杆在空间上交于一点，且交点运动轨迹为等效球面，并通过多组仿腕关节的串联实现平滑的空间构型，兼具离散型机械臂的高刚度和连续型机械臂的柔顺平滑性，并且能够适应狭小作业空间。
21、2、配合桁架形式的吊运单元帮助仿腕关节机械臂实现大范围的升降、平移和旋转，从而满足核电设备维护、大型柴油机维修、飞机机身深舱装配等狭小工作空间的作业需求。
22、3、末端执行机构选用机械爪时，通过机械结构来模拟人类的抓取和手腕旋转运动，能够更可靠的抓取形状复杂的物品。
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1.一种全自由度仿腕关节吊运机器人系统，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的一种全自由度仿腕关节吊运机器人系统，其特征在于，所述吊运单元包括升降机构，升降机构与仿腕关节机械臂活动连接，带动仿腕关节机械臂沿垂直方向升降。
3.如权利要求1所述的一种全自由度仿腕关节吊运机器人系统，其特征在于，所述升降机构连接小车运行机构，小车运行机构沿大车运行机构上的轨道横向移动，大车运行机构沿支撑机构上的轨道横向移动，小车运行机构和大车运行机构的运动方向相互垂直。
4.如权利要求3所述的一种全自由度仿腕关节吊运机器人系统，其特征在于，所述升降机构包括与小车运行机构连接的安装支架，安装支架与旋转机构活动连接，通过安装支架上的旋转电机带动旋转机构产生旋转运动。
5.如权利要求4所述的一种全自由度仿腕关节吊运机器人系统，其特征在于，所述旋转机构连接滚珠丝杠，滚珠丝杠活动连接滑块，滑块与仿腕关节机械臂连接，滚珠丝杠在升降电机的带动下旋转，驱动滑块连同仿腕关节机械臂实现升降运动。
6.如权利要求1所述的一种全自由度仿腕关节吊运机器人系统，其特
7.如权利要求1所述的一种全自由度仿腕关节吊运机器人系统，其特征在于，每一节仿腕关节的执行端用于与前一节仿腕关节的安装座连接，最末一节仿腕关节的执行端连接末端执行机构。
8.如权利要求7所述的一种全自由度仿腕关节吊运机器人系统，其特征在于，所述末端执行机构为机械爪，包括绕驱动盘圆心均布的伸缩杆，伸缩杆一端活动连接在驱动盘上，另一端与换向杆活动连接，换向杆通过驱动杆活动连接抓手；抓手舵机带动驱动盘转动，使伸缩杆靠近或远离驱动盘，伸缩杆闭合靠近驱动盘时，伸缩杆拉动换向杆并通过驱动杆带动抓手张开；伸缩杆张开远离驱动盘时，推动换向杆通过驱动杆带动抓手闭合；通过抓手张开和闭合的配合，实现物体的抓取。
9.如权利要求8所述的一种全自由度仿腕关节吊运机器人系统，其特征在于，所述机械爪具有旋转驱动舵机，实现整体的旋转运动。
10.基于权利要求1-9任一项所述的全自由度仿腕关节吊运机器人系统的工作方法，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种全自由度仿腕关节吊运机器人系统，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的一种全自由度仿腕关节吊运机器人系统，其特征在于，所述吊运单元包括升降机构，升降机构与仿腕关节机械臂活动连接，带动仿腕关节机械臂沿垂直方向升降。
3.如权利要求1所述的一种全自由度仿腕关节吊运机器人系统，其特征在于，所述升降机构连接小车运行机构，小车运行机构沿大车运行机构上的轨道横向移动，大车运行机构沿支撑机构上的轨道横向移动，小车运行机构和大车运行机构的运动方向相互垂直。
4.如权利要求3所述的一种全自由度仿腕关节吊运机器人系统，其特征在于，所述升降机构包括与小车运行机构连接的安装支架，安装支架与旋转机构活动连接，通过安装支架上的旋转电机带动旋转机构产生旋转运动。
5.如权利要求4所述的一种全自由度仿腕关节吊运机器人系统，其特征在于，所述旋转机构连接滚珠丝杠，滚珠丝杠活动连接滑块，滑块与仿腕关节机械臂连接，滚珠丝杠在升降电机的带动下旋转，驱动滑块连同仿腕关节机械臂实现升降运动。
6.如权利要求1所述的一种全自由度仿腕关节吊运机器人系统，其特征在于，至少三组扇形齿轮绕底座圆心并间隔120°布置在底座的上表面，...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴庆祥，邱泽昊，孙宁，王宇敖，杨桐，方勇纯，
申请(专利权)人：南开大学，
类型：发明
国别省市：
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