完全重力平衡的6自由度串联式主手机器人

摘要

一种完全重力平衡的6自由度串联式主手机器人：分别固定在基座上的第一关节驱动电机和第一关节轴；第一关节丝盘，通过回转副可旋转的连接在第一关节轴的下端，所述的第一关节驱动电机的输出轴通过传动丝连接第一关节丝盘；两个吊架，分别固定连接在第一关节丝盘底部端面上的两侧；大臂关节轴，该大臂关节轴的两端部分别对称的固定在所述的两个吊架下端部；第二、三关节丝盘，该第二、三关节丝盘的回转中心固定连接在大臂关节轴上；平行四边形驱动机构，该平行四边形驱动机构可旋转的连接在大臂关节轴上，且底部连接腕部机构。本发明能够实现6自由度力感机器人的完全重力平衡，满足力雅克比方程成立条件，使主手机器人具有良好的静态透明性，提高力感精度。

主权项

一种完全重力平衡的6自由度串联式主手机器人，是采用下述的方法进行设计的：（1）首先通过对称设计或配重的方法逆序依次实现腕部3个关节机构的重力平衡设计，让整个手腕的质心位于主手机器人小臂杆件上某一定点；在具体设计时，先设法使得第六关节轴的质心位于所述定点，然后通过对称或配重方法让第五关节轴的质心也位于所述定点位置，再通过对称或配重方法让第四关节轴的质心也处于所述定点位置；在满足主手机器人刚度条件前提下，应尽量减少各个关节机构的自重；为了有效减轻整个腕部的质量，上述关节均采用绝对式编码器；（2）将小臂驱动电机通过平行四边形机构后移到大臂关节轴侧，进一步减小机器人的表观质量；小臂驱动电机输出轴通过钢丝与丝盘相联，并沿着丝盘外周滚动，再通过平行四边形机构带动小臂关节回转；平衡重配置在四杆机构的曲柄上；（3）大臂驱动电机的输出轴也通过钢丝与上述丝盘相联，或沿着丝盘外周滚动，进而带动大臂关节回转；在大臂的一侧配有平衡重；为了弥补计算误差的影响，适当调节配重大小或位置；（4）通过小臂电机及配重以及大臂电机及配重，在满足2元一次重力平衡方程的条件下，获得两个配重质量；（5）将主手机器人的第一个关节轴线铅垂布置，保证整个主手机器人不会因自重产生绕铅垂线的回转运动；（6）先做好腕部机构的重力平衡调整，然后再调整位置机构的重力平衡；其特征在于，完全重力平衡的6自由度串联式主手机器人包括：分别固定在基座上的第一关节驱动电机（1）和第一关节轴（2）；第一关节丝盘（4），通过回转副可旋转的连接在第一关节轴（2）的下端，所述的第一关节驱动电机（1）的输出轴通过传动丝连接第一关节丝盘（4）；两个吊架（5），分别固定连接在第一关节丝盘（4）底部端面上的两侧；大臂关节轴（6），该大臂关节轴（6）的两端部分别对称的固定在所述的两个吊架（5）下端部；第二、三关节丝盘（7），该第二、三关节丝盘（7）的回转中心固定连接在大臂关节轴（6）上；平行四边形驱动机构，该平行四边形驱动机构可旋转的连接在大臂关节轴（6）上，且底部连接腕部机构，所述的平行四边形驱动机构包括有：大臂（8），可旋转的连接在所述的大臂关节轴（6）上，所述的大臂（8）的上端分别固定有大臂配重（9）和第二关节驱动电机（10），所述的第二关节驱动电机（10）的输出轴通过传动丝连接所述的第二、三关节丝盘（7）；曲柄（11），可旋转的连接在大臂关节轴（6）上，所述的曲柄（11）的一端分别固定有小臂配重（12）和第三关节驱动电机（13），所述曲柄（11）的另一端连接连杆（14）的上端；小臂（15），该小臂（15）的一端通过第三关节（16）连接在所述大臂（8）的底端，该小臂（15）的臂部铰接在所述的连杆（14）的底端，该小臂（15）的另一端通过第四关节（17）连接腕部机构；所述的腕部机构包括有：连接在第四关节（17）上的L型支架（18），固定在L型支架（18）一端的第五关节配重（19），分别固定在L型支架（18）另一端的第五关节（20）和第六关节（21），所述的第四关节（17）的轴线、第五关节（20）的轴线和第六关节（21）的轴线三者汇交于一点，所述的第四关节（17）、第五关节（20）和第六关节（21）分别连接有绝对式码盘。