[發明專利]姿態可調整、坐標解耦的七自由度機器人及控制方法

在審

• 申請號: 201710022142.1
• 申請日: 2017-01-12
• 公開（公告）號: CN106584440A
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發明（設計）人: 付莊;吳優;付藝晗
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: B25J9/02
• 分類號: B25J9/02;B25J9/16
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司31236
• 代理人: 郭國中

1.一種姿態可調整、坐標解耦的七自由度機器人，其特征在于，包括：Z軸垂直升降模塊、X軸水平移動模塊、Y軸水平移動模塊、姿態調整模塊和工具運動模塊，其中：Z軸垂直升降模塊板固定安裝，作為基準平臺，X軸水平移動模塊安裝在Z軸垂直升降模塊上，Y軸水平移動模塊安裝在X軸水平移動模塊上，姿態調整模塊安裝在Y軸水平移動模塊上，工具運動模塊安裝在姿態調整模塊上；

所述Z軸垂直升降模塊在驅動部件的驅動下實現上下升降運動，從而實現Z軸的升降自由度；所述X軸水平移動模塊在驅動部件的驅動下沿X軸方向運動，從而實現X軸的水平自由度；Y軸水平移動模塊在驅動部件的驅動下沿Y軸方向運動，從而實現Y軸的水平自由度；姿態調整模塊在驅動部件的驅動下實現α軸的姿態調整自由度、β軸的姿態調整自由度、γ軸的姿態調整自由度；工具運動模塊在驅動部件的驅動下直線運動，從而實現工具運動模塊的L直線自由度；

上述機器人從Z軸垂直升降模塊到工具運動模塊，共有七個自由度，分別是：Z軸自由度、X軸自由度、Y軸自由度、α軸自由度、β軸自由度、γ軸自由度和L軸直線自由度，即從下到上分別為：Z軸的上下升降自由度、X軸的左右水平自由度、Y軸的前后水平自由度、α軸的姿態調整自由度、β軸的姿態調整自由度、γ軸的姿態調整自由度和L軸的直線調整自由度。

2.根據權利要求1所述的一種姿態可調整、坐標解耦的七自由度機器人，其特征在于，所述的Z軸垂直升降模塊，包括：基座安裝板、Z軸升降電機、Z軸升降減速器、第一聯軸器、第一滑塊、第二滑塊、第一導軌、第三滑塊、第四滑塊、第二導軌、滑塊固定框架、Z軸絲桿、Z軸連接件和升降丁字架；其中：

所述基座安裝板作為基準平臺；所述Z軸升降電機與Z軸升降減速器相連；所述Z軸升降減速器的外殼通過升降減速器安裝板固定在滑塊固定框架上；所述滑塊固定框架與基座安裝板相連；所述Z軸升降減速器的輸出軸通過第一聯軸器與Z軸絲桿相連；Z軸連接件與升降丁字架相連；所述第一導軌和第二導軌均安裝在升降丁字架上；所述第一導軌上安裝有第一滑塊和第二滑塊且相對第一導軌滑動，所述第二導軌上安裝有第三滑塊和第四滑塊且相對第二導軌滑動，第一滑塊、第二滑塊、第三滑塊和第四滑塊均與滑塊固定框架相連；

當所述Z軸升降電機驅動Z軸升降減速器旋轉時，Z軸升降減速器的輸出軸通過第一聯軸器驅動Z軸絲桿旋轉，Z軸絲桿旋轉Z軸連接件，Z軸連接件驅動升降丁字架通過第一滑塊、第二滑塊、第三滑塊、第四滑塊實現上下升降運動，從而實現Z軸的升降自由度。

3.根據權利要求2所述的一種姿態可調整、坐標解耦的七自由度機器人，其特征在于，所述的Z軸升降減速器采用帶自鎖的減速器，當升降電機斷電時，Z軸絲桿會保持在原來的位置上，不會在重力的壓力下被動下降，從而避免了失電被動下降的危險。

4.根據權利要求1所述的一種姿態可調整、坐標解耦的七自由度機器人，其特征在于，所述的X軸水平移動模塊，包括：X軸電機、X軸減速器、X軸減速器安裝板、第三導軌、第五滑塊、第四導軌、第六滑塊、第二聯軸器、X軸絲桿、X軸連接件和X軸移動框架；其中：

所述X軸減速器安裝板與Z軸垂直升降模塊中的升降丁字架相連，從而實現了X軸水平移動模塊與Z軸垂直升降模塊的連接；所述X軸減速器的外殼與X軸減速器安裝板相連；所述X軸電機與X軸減速器相連；所述X軸減速器的輸出軸與第二聯軸器相連；所述第二聯軸器與X軸絲桿相連；所述X軸連接件安裝在X軸絲桿上并相對X軸絲桿的螺紋旋轉，X軸連接件與X軸移動框架相連；所述第三導軌與第五滑塊相連且相對滑動，所述第四導軌與第六滑塊相連且相對滑動，且第三導軌和第四導軌分別固定到升降丁字架的上表面、第五滑塊和第六滑塊與X軸移動框架相連；

當所述X軸電機旋轉驅動X軸減速器時，X軸減速器的輸出軸通過第二聯軸器驅動X軸絲桿旋轉，通過X軸連接件驅動X軸移動框架沿著X軸方向運動，從而實現X軸的水平自由度；當X軸移動框架沿著X軸方向運動時，第五、第六滑塊約束X軸移動框架沿第三、第四導軌方向運動，從而起到導向作用。