[發明專利]一種一體化雙7自由度機械臂全向移動機器人系統與控制方法

有效

• 申請號: 201811415101.X
• 申請日: 2018-11-23
• 公開（公告）號: CN109397244B
• 公開（公告）日: 2020-09-18
• 發明（設計）人: 彭剛;任振宇;廖金虎;陸澤早;王志濠;鄭岳智
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: B25J5/00
• 分類號: B25J5/00;B25J9/02;B25J9/16
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 廖盈春;曹葆青

1.一種一體化雙7自由度機械臂全向移動機器人系統，其特征在于，包括：全向移動運動底盤、升降柱、雙7自由度機械臂和控制模塊；

所述全向移動運動底盤用于實現一體化雙7自由度機械臂全向移動機器人的任意方向的運動以及原地任意角度旋轉，所述全向移動運動底盤包括4個麥克納姆輪；

所述升降柱用于通過調節機器人高度來增大機械臂的運動空間；其中，所述雙7自由度機械臂固定在所述升降柱兩側，所述升降柱安裝在所述全向移動運動底盤上，所述升降柱的高度可調；

所述雙7自由度機械臂包括：7自由度擬人機械左臂和7自由度擬人機械右臂，用于改善機器人運動學和動力學特性滿足更高的柔性和靈活性要求；其中，所述7自由度擬人機械左臂和所述7自由度擬人機械右臂結構相同，均包括：夾爪、大臂連桿、小臂連桿、設置在機器人肩部的第一關節電機(1)、第二關節電機(2)和第三關節電機(3)，設置在機器人肘部的第四關節電機(4)和第五關節電機(5)，以及設置在機器人腕部的第六關節電機(6)和第七關節電機(7)；

所述第一關節電機(1)的軸線垂直于地面，所述第二關節電機垂直于所述第一關節電機(1)安裝，且安裝在所述第一關節電機(1)的末端；所述第三關節電機(3)連接于所述第二關節電機(2)的末端，且垂直于所述第二關節電機(2)安裝；所述第三關節電機(3)連接有大臂連桿，大臂連桿軸與所述第三關節電機(3)軸共線；大臂連桿末端連接所述第四關節電機(4)，且保證所述第四關節電機(4)的軸線與所述第三關節電機(3)的軸線垂直；所述第五關節電機(5)連接于所述第四關節電機(4)的末端，軸線垂直于所述第四關節電機(4)的軸線，小臂連桿連接于所述第五關節電機(5)末端，且保證兩者軸線共線；小臂連桿末端連接所述第六關節電機(6)，且保證所述第六關節電機(6)的軸線與所述第五關節電機(5)的軸線垂直；所述第七關節電機(7)連接于所述第六關節電機(6)的末端，軸線垂直于所述第六關節電機(6)的軸線；

所述控制模塊包括：第一控制單元和第二控制單元，所述第二控制單元用于在同一個物理坐標系和控制系統空間下實現所述全向移動運動底盤、所述升降柱和所述雙7自由度機械臂的實時控制；所述第一控制單元用于在同一個物理坐標系和控制系統空間下采用基于數值解的方法進行逆運動學求解以實現所述全向移動運動底盤和所述雙7自由度機械臂的路徑規劃的實時計算。

2.如權利要求1所述的一體化雙7自由度機械臂全向移動機器人系統，其特征在于，雙7自由度機械臂全向移動機器人系統還包括：用于為全向移動運動底盤、升降柱、雙7自由度機械臂和控制模塊提供電源的電源模塊。

3.如權利要求1或2所述的一體化雙7自由度機械臂全向移動機器人系統，其特征在于，所述全向移動運動底盤包括：4個無刷直流電機驅動器、4個無刷直流電機、4套無刷直流電機傳動機構、4個麥克納姆輪和1個底盤；

所述無刷直流電機驅動器與無刷直流電機通過U相、V相、W相三線進行連接，無刷直流電機與無刷直流電機傳動機構通過梅花聯軸器進行連接，無刷直流電機傳動機構與麥克納姆輪之間采用法蘭盤連接，直流電機傳動機構使用電機支架，通過緊固螺釘固定在底盤上。

4.如權利要求3所述的一體化雙7自由度機械臂全向移動機器人系統，其特征在于，每套無刷直流電機傳動機構包括：梅花聯軸器、軸承、連接軸、電機支架以及法蘭盤部件；

電機支架與底盤連接，麥克納姆輪安裝在法蘭盤上，法蘭盤與連接軸相連，連接軸通過軸承與電機支架固定，并與梅花聯軸器的一端相連，梅花聯軸器的另一端與無刷直流電機的軸相連，無刷直流電機通過緊固螺釘連接在電機支架上。

5.如權利要求1或2所述的一體化雙7自由度機械臂全向移動機器人系統，其特征在于，所述全向移動運動底盤長度為500mm～700mm，寬度為350mm～450mm；全向移動運動底盤輪子選用的是輪徑為130mm～170mm的麥克納姆輪。