[发明专利]一种基于球关节驱动的混联机械操作臂

说明书

本发明提供了一种基于球关节驱动的混联机械操作臂，属于电磁驱动的机械结构设计领域，包括：固定顶座、操作杆、移动平台、球关节电机和执行器连接件，其中，操作杆包括驱动电机、主动杆、从动杆；操作杆关于固定顶座中心对称；主动杆的第一端与固定顶座铰连接；主动杆的第二端铰连接从动杆的第一端，从动杆第二端铰连接移动平台，从动杆与移动平台的连接关于中心对称；球关节电机一端位于移动平台的下方，其另一端连接执行器连接件；操作杆控制执行器连接件三自由度空间线性位移，球关节电机可直接驱动控制执行器连接件的三自由度姿态。本发明通过联动控制可以实现执行器连接件在六个自由度上灵活控制。

技术领域

本发明属于电磁驱动的机械结构设计领域，更具体地，涉及一种基于球关节驱动的混联机械操作臂。

背景技术

随着工业化发展，机械操作臂被广泛应用，其智能化水平高、生产效率高、安全性高和经济效益显著等特点，可以在复杂环境下进行作业，迅速取代各种人力劳动力。

现有机械操作臂为实现六自由度的操作，基本采用串联和并联驱动机构。现有机械操作臂普遍存在末端位移和姿态驱动耦合问题，即某个关节驱动电机的转动既改变末端位移，又改变末端姿态。为了实现六自由度的精确控制，必须建立复杂的高阶动态模型将位移和姿态变量进行统一控制，这对提高机械操作臂的运动精度以及运算速度提出很大挑战。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于球关节驱动的混联机械操作臂，旨在解决现有的机械操作臂普遍存在末端位移和姿态驱动耦合的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于球关节驱动的混联机械操作臂，包括：固定顶座、多个操作杆、球关节电机、移动平台和执行器连接件；每个操作杆包括一个驱动电机、一个主动杆和一个从动杆；

驱动电机的一端固定在所述固定顶座下方，且关于固定顶座中心对称；主动杆的一端分别对应连接一个驱动电机的另一端，其另一端分别连接对应从动杆的一端；所述从动杆的另一端连接所述移动平台，且关于中心对称；所述球关节电机一端位于所述移动平台的下方，其另一端连接执行器连接件；

所述驱动电机驱动控制主动杆与固定顶座的固定平面之间的张角；所述操作杆控制所述移动平台三个线性自由度的平移；所述球关节电机用于驱动控制执行器连接件的三自由度旋转运行。

进一步优选地，驱动电机、主动杆和从动杆的个数为3；每个主动杆的一端与固定顶座铰连接；从动杆为平行四边形连杆结构，以两条较短的连杆为从动杆的两端；每个主动杆的另一端分别连接至对应从动杆的一端中间位置，每个从动杆的另一端中间位置铰连接移动平台。

进一步优选地，驱动电机、主动杆和从动杆的个数为3；每个主动杆的一端与固定顶座铰连接；每个从动杆为一根两端带虎克铰或球铰链的连杆；每个主动杆的另一端分别连接至对应的从动杆一端，每个从动杆的另一端铰连接移动平台。

进一步优选地，球关节电机包括电磁线圈、球关节电机定子基座、永磁体、转子外壳和球关节轴承；

球关节电机定子基座固定在移动平台下方中心，转子外壳的外侧末端连接执行器连接件；电磁线圈位于球关节电机定子基座的表面，永磁体位于转子外壳的内侧；球关节电机定子基座与转子外壳通过球关节轴承连接；电磁线圈用于在电流的作用下，与永磁体之间的电磁力相互作用，进而控制执行器连接件的旋转运动。

进一步优选地，电磁线圈均匀分布在球关节电机定子基座的表面，永磁体均匀分布在转子外壳的内侧。

进一步优选地，电磁线圈关于球关节电机定子基座中心轴对称；永磁体关于转子外壳中心轴对称。

进一步优选地，电磁线圈与永磁体的轴线在初始位置不重合。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：