一种三自由度等速解耦空间机器人主动球型腕与万向柔顺控制方法

摘要

本发明涉及一种三自由度等速解耦空间机器人主动球型腕与万向柔顺控制方法，是上下半球旋转体均采用回转平面法线与旋转轴存在夹角的偏置方式，上下旋转体的两个旋转轴交点为上下旋转体半球形的球心，其两个旋转轴的交点分别与内外部球笼万向节的转动中心重合，实现三个输入运动的等速解耦；外部球笼万向节的输出端与上旋转体轴颈以轴承悬浮连接，三个绝对转角码盘分别与上下旋转体和自转运动的电机与减速系统输出端相连；腕部输出末端安装六维ATI传感器；上下半球旋转关节及自转运动关节通过系统摩擦力补偿技术，实现腕部万向柔顺随动控制模式。本发明定位准确，运动平稳，避免了运动耦合与机械臂的振动现象，球型腕全柔顺模式可有效解除机械干涉。

主权项

一种三自由度等速解耦空间机器人主动球型手腕，包括侧摆和俯仰运动机构，由上旋转体(9)和下旋转体(11)通过轴承(10)悬浮连接而成，上旋转体(9)和下旋转体(11)的半球截面的法线均采用与其旋转轴线带倾斜角的偏置方式，上旋转体(9)的旋转轴与下旋转体(11)的旋转轴的交点分别是上旋转体(9)半球形和下旋转体(11)半球形的同一球心，下旋转体(11)由下旋转体法兰轴承(16)与减速器端盖(20)相连接，下旋转体电机与减速系统(26)末端连接下旋转体一级齿轮(27)，下旋转体一级齿轮(27)和下旋转体二级齿轮(28)啮合驱动下旋转体(11)转动，其特征在于：内球笼等速万向节包括球形壳(8)，六个钢珠(12)，钢珠保持架(13)和星形套(15)，动力由星形套(15)经钢珠(12)传到球形壳(8)输出，球形壳(8)与星形套(15)具有同一个球心，即为内球笼等速万向节的转动中心；上旋转体(9)转动的运动传动链是：上旋转体电机减速系统(24)的末端与上旋转体一级齿轮(22)相连，上旋转体二级齿轮(23)与内部球笼等速万向节的星形套(15)轴端相固结，上旋转体一级齿轮(22)与上旋转体二级齿轮(23)啮合经由内部球笼等速万向节的星形套(15)经钢珠(12)传到球形壳(8)输出动力带动上旋转体(9)转动；上旋转体(9)的旋转轴与下旋转体(11)的旋转轴的交点与内部球笼等速万向节的转动中心重合，上旋转体(9)与下旋转体(11)内部采用半球形空心结构，该空心半球形、上旋转体(9)和下旋转体(11)三者球心重合；上旋转体电机减速系统(24)的末端与旋转体一级齿轮(22)相连，上旋转体绝对转角码盘传动齿轮(33)与上旋转体绝对转角码盘(34)相并联，旋转体一级齿轮(22)和上旋转体绝对转角码盘传动齿轮(33)相啮合带动上旋转体绝对转角码盘(34)转动；下旋转体电机与减速系统(26)的末端与下旋转体一级齿轮(27)相连，下旋 转体绝对转角码盘传动齿轮(35)与下旋转体绝对转角码盘(36)相并联，下旋转体一级齿轮(27)和下旋转体绝对转角码盘传动齿轮(35)相啮合带动下旋转体绝对转角码盘(36)转动；上旋转体电机减速系统(24)的电机测速轴连接相对转角传感器(25)；下旋转体电机与减速系统(26)的电机测速轴连接相对转角传感器(25)。