[发明专利]一种五关节机器人及其控制方法

说明书

本发明公开了一种五关节机器人及其控制方法，包括依次连接的四个机械臂以及用于驱动机械臂运动的关节组件，机械臂包括：底座；设置在底座上，用于实现竖直方向上移动的主机械臂；与所述主机械臂连接，且用于实现水平方向上旋转的第一水平臂；与所述第一水平臂连接，且用于实现水平方向上旋转的第二水平臂；设置在所述第二水平臂的末端，且用于实现竖直方向上旋转的的手腕臂；设置在所述手腕臂的末端，且用于实现轴向旋转的旋转部。本发明中的五关节机器人，通过主机械臂的升降运动实现高度的定位，以及通过第一水平臂和第二水平臂的水平旋转，实现水平面任意位置的定位，并结合手腕臂和旋转部的运动，综合实现灵活的空间作业，且控制精度高。

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种五关节机器人及其控制方法。

背景技术

机器人技术的发展日益渐进，但目前市场上应用比较广泛的多为四轴和六轴机器人，五轴机器人工业上应用相对较少。四轴机器人结构简单，成本较低，但其灵活性也较差，应用场合大大受限；而六轴机器人具有六个自由度，应用广泛，但相对而言，成本也增加不少。事实上，在实际工业应用中，一些工作场合并不需要六个自由度，采用六关节机器人不仅会增加成本也会造成资源浪费，然而，四关节机器人又无法满足其工作需求，故产生了一种兼顾灵活性和低成本的五轴机器人。

如图1所示，现有的五关节机器人一般是第一轴水平旋转，第二、三轴以水平方向为轴心、在竖直面上进行旋转，从而实现机器人的不同高度的操作，但此方式的五轴机器人的运算方式复杂，且多个关节在不同高度的同时上下运动，对机器人本身的负荷影响很大，且重心的不同变化，受到重力和机身惯量的影响也很大，使得机器人的制造成本高，操作和维护都不方便。

现有的五关节机器人运动学控制方法主要针对五个旋转关节这种特定的构型，并不适用于控制含有直线运动关节五关节机器人运动。另外现有的适合各类构型串联机器人的通用运动学控制方法，一般采用迭代数值解法，存在计算复杂，求解时间长，求解结果不能保证收敛，导致控制精度变差，控制稳定性降低等缺点。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种五关节机器人及其控制方法，旨在解决现有技术中的五关节机器人灵活性低和成本高等问题。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种五关节机器人，包括依次连接的四个机械臂以及用于驱动机械臂运动的关节组件，其中，所述机械臂包括：底座；

设置在底座上，用于实现竖直方向上移动的主机械臂；

与所述主机械臂连接，且用于实现水平方向上旋转的第一水平臂；

与所述第一水平臂连接，且用于实现水平方向上旋转的第二水平臂；

设置在所述第二水平臂的末端，且用于实现竖直方向上旋转的的手腕臂；

设置在所述手腕臂的末端，且用于实现轴向旋转的旋转部。

所述五关节机器人，其中，所述关节组件包括：设置在所述底座上，用于驱动主机械臂在竖直方向上运动的第一关节组件；

设置在所述主机械臂与所述第一水平臂的连接处，用于驱动所述第一水平臂在水平方向上转动的第二关节组件；

设置在所述主机械臂与所述第一水平臂的连接处，用于驱动所述第二水平臂在水平方向上转动的第三关节组件；

设置在所述第二水平臂与所述手腕臂的连接处，用于驱动所述手腕臂在竖直方向上旋转的第四关节组件。

所述五关节机器人，其中，所述底座设置为腔体结构，所述主机械臂的至少一部分部件设置在所述底座内。