[发明专利]一种运动解耦的液压驱动三自由度球型手腕

说明书

本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种运动解耦的液压驱动三自由度球型手腕，解决了手腕因传动链长、结构复杂且不紧凑、功率密度小、集成度低、存在运动耦合以及手腕自身重量大而导致末端执行器的灵活性、姿态调整能力和精确定位能力受限的问题，包括自转液压马达、角度传感器、机架、位移传感器、仰俯液压油缸、仰俯圆环、侧摆端盖、轴承、传动轴、传动轴联轴器、侧摆液压油缸。本发明手腕的仰俯轴线、侧摆轴线和自转轴线在空间上交于一点构成球型手腕，可实现仰俯、侧摆和自转三个主动输入运动的解耦，使手腕姿态的控制简便易行、控制精度高、姿态能力强，避免了因关节配合调整时出现运动耦合产生的机械臂抖震现象。

技术领域

本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种运动解耦的液压驱动三自由度球型手腕。

背景技术

在当今高速发展的社会中，机器人正在大规模进入轻工、重工、医疗、军事、航空等行业中，代替人类完成物料传送、装配、分类，环境勘测，物体精确定位与测量，轻型或微型加工等操作，有效地降低了劳动强度，提高劳动效率并延长劳动时间，乃至完成因各种原因人类无法处理的工况。针对这种需求，很多种类的工业机器人已被研发，这些机器人的共同之处在于，都需要一个灵活的手腕机构带动末端执行器，以便有效地替代人类完成特定的工作。

机器人腕部是连接臂与手的重要基础部件，其性能直接影响机器人末端执行器的定位精度、灵活性与作业能力。要实现对机器人末端执行器任意位置及姿态的精确控制就需要六个自由度，并且手腕应有三个自由度。手腕位于臂部的前端，腕部的重量会对臂产生额外的附加载荷而增加能耗与运动的不平稳性。因此研发的手腕应具有造型小、结构紧凑、姿态能力强、小型化、集成度高等优点。

传统的三自由手腕，如Pitch-yaw-roll手腕结构复杂，内部构件间易发生运动干涉，难以制造装配，实用性不强；如基于球面齿轮传动的手腕，该手腕由一系列万向连轴节和球面齿轮串联而成，虽然结构紧凑，外观整齐，能实现三个自由度运动，但球面齿轮的制造难度极大，并且存在原理性传动误差，实际应用极少；再如基于并联机构的手腕，这种手腕具有并联机构的所有缺点，如姿态能力不佳、可达空间/机床空间比小、控制技术复杂等。

目前主流的三自度手腕，其三自由运动的传递普遍采用电机传动、齿轮传动或带传动，导致传动链长、结构复杂且不紧凑、功率密度小、集成度低、受工况环境限制严重、存在运动耦合等局限性，使得末端执行器的灵活性、姿态调整能力和精确定位能力受限。

发明内容

本发明针对上述传统三自由手腕及基于电机传动、齿轮传动或带传动三自由度手腕存在的问题，为了有效解决手腕因传动链长、结构复杂且不紧凑、功率密度小、集成度低、存在运动耦合以及手腕自身重量大而导致末端执行器的灵活性、姿态调整能力和精确定位能力受限的问题，提供了一种造型小、结构紧凑、传动链短、姿态能力强、集成度高、功率密度大、运动解耦及由液压驱动的三自由度球型手腕。