CN103831821B - 七自由度重载移动操作臂 - Google Patents

Abstract

七自由度重载移动操作臂，俯仰驱动机构上的俯仰移动滑块与抓取平台上的滑道滑动连接，偏航驱动机构与俯仰驱动机构上的横向半圆轨道滑动连接，直线滑轨均与滑动架滑动连接，滑动架上且朝向弧形轨道的一侧设置有连接板接口，轴向旋转驱动机构上的空心轴安装在机械臂架的下端，空心轴的底端穿过机械臂架与偏航驱动机构上的凹形板固定连接，竖直移动机构上的丝杠螺母与滑动架固定连接，竖直转动机构上的连接板与滑动架连接，沿轨道转动机构上的第二谐波减速器安装在竖直转动机构上的左空腔内，沿轨道平动机构上的安装板安装在沿轨道转动机构上的右支撑件上。本发明用于在核电的维修设备中内模块的维修操作、大型热炉内包块的更换等。

Description

七自由度重载移动操作臂

技术领域

本发明涉及一种移动操作臂，具体涉及一种七自由度重载移动操作臂。

背景技术

操作臂是一种在工程中广泛应用的机械手机构，他能代替人们来完成在不适合人类操作的环境中的工作，例如在核电的维修设备中内模块的维修操作、大型热炉内包块的更换等。但是往往工作环境都会对操作臂的载荷能力与控制精度提出很高要求，现有的移动操作臂机构自由度比较少，只有哪几个自由度？工件旋转时会使其重心发生移动，这种结构虽然能完成远程操控的目的，但是由于重心发生移动导致移动操作臂其难以完成高精度的工作。

发明内容

本发明的目的是为解决现有的移动操作臂机构自由度少，工件旋转时会使其重心发生移动，导致移动操作臂难以完成高精度工作的问题，而提供一种七自由度重载移动操作臂。

本发明的七自由度重载移动操作臂包括竖直转动机构、沿轨道转动机构、竖直移动机构、沿轨道平动机构、偏航驱动机构、轴向旋转驱动机构、俯仰驱动机构、抓取平台、机械臂架、滑动架和四条直线滑轨，

偏航驱动机构包括凹形板、偏航电机、偏航减速器、减速器固定板、偏航齿轮和四个偏航移动滑块，凹形板的开口朝下设置，偏航电机固装在凹形板内，偏航减速器的输入轴与偏航电机的输出轴连接，偏航减速器固装在减速器固定板上，减速器固定板与凹形板连接，偏航齿轮安装在偏航减速器的输出轴上，凹形板的两个腿外侧上各设置有两个偏航移动滑块，同侧的两个偏航移动滑块沿同一圆周布置，

俯仰驱动机构包括长方框架、俯仰驱动电机、主摆线减速器、横向半圆轮齿、两个次摆线减速器、两个俯仰主动齿轮、两个横向半圆轨道和四个俯仰移动滑块，俯仰驱动电机固装在长方框架内，主摆线减速器的输入轴与俯仰驱动电机的输出轴连接，两个次摆线减速器对称设置在主摆线减速器输出轴的两侧，两个次摆线减速器分别与主摆线减速器的输出轴连接，每个次摆线减速器的输出轴上安装一个俯仰主动齿轮，长方框架的两个外侧壁上各设置有两个俯仰移动滑块，同侧的两个俯仰移动滑块沿同一圆周布置，同侧的两个俯仰移动滑块与相应的纵向半圆板上的滑道滑动连接，两个横向半圆轨道对称设置在俯仰驱动电机和次摆线减速器的外侧，横向半圆轮齿设置在俯仰驱动电机与横向半圆轨道之间，横向半圆轮齿与偏航齿轮啮合，两个偏航移动滑块与相应的横向半圆轨道滑动连接，偏航移动滑块的滑动方向与俯仰移动滑块的滑动方向相垂直；

所述抓取平台包括基板、平台电机、主动带轮、皮带、被动带轮、抓取丝杠、正旋丝杠螺母、逆旋丝杠螺母、两个抓取爪平台、两个纵向半圆轮齿和两个纵向半圆板，平台电机固装在基板的上端面上，主动带轮安装在平台电机的输出轴上，主动带轮通过皮带与被动带轮连接，被动带轮安装在抓取丝杠的输入端上，正旋丝杠螺母和逆旋丝杠螺母均安装在抓取丝杠的输出端上，正旋丝杠螺母的下端和逆旋丝杠螺母的下端分别固装有一个抓取爪平台，两个纵向半圆轮齿与抓取丝杠平行设置，且两个纵向半圆轮齿对称设置在基板的两侧边，两个纵向半圆板对称设置在两个纵向半圆轮齿的外侧，每个纵向半圆板上沿圆弧内侧设有滑道，俯仰主动齿轮与纵向半圆轮齿啮合,

四条直线滑轨呈矩形布置，滑轨均竖直设置在机械臂架的前后面上，四条直线滑轨均与滑动架滑动连接，滑动架上且朝向弧形轨道的一侧设置有连接板接口，

竖直转动机构包括竖直转动伺服电机、竖直转动减速器、连接盖、第一谐波减速器、连接罩、连接板、竖直转动轴、滚针轴承、竖直转动被动齿轮、对接机构支撑件、竖直转动主动齿轮、壳体、轴套、外罩、外罩和两个圆锥滚子轴承，竖直转动被动齿轮、第一谐波减速器、轴套和连接板依次安装在竖直转动轴上，连接罩通过两个并排设置的圆锥滚子轴承套装在轴套上，外罩固装在第一谐波减速器上，连接盖内侧与外罩连接，竖直转动被动齿轮与竖直转动主动齿轮啮合，竖直转动主动齿轮固装在竖直转动减速器的输出轴上，竖直转动减速器的输入轴与竖直转动伺服电机输出轴连接，连接罩下方与壳体固定连接，壳体上设置有右空腔和左空腔，右空腔内壁通过滚针轴承与对接机构支撑件轴承连接，连接板右侧固定在连接板接口上，

沿轨道转动机构包括沿轨道转动伺服电机、第二谐波减速器、被动人字齿轮、主动人字齿轮、沿轨道转动轴、固定板、沿轨道转动减速器、过渡法兰、左支撑件和右支撑件，沿轨道转动减速器的输入轴与沿轨道转动伺服电机的输出轴连接，沿轨道转动减速器的输出轴穿过固定板与第二谐波减速器输入端固定连接，第二谐波减速器的输出端与沿轨道转动轴固定连接，沿轨道转动轴上键连接有主动人字齿轮，被动人字齿轮与主动人字齿轮啮合，被动人字齿轮套装在弧形轨道上，第二谐波减速器设置在左空腔内，对接机构支撑件的右侧固定连接有过渡法兰，过渡法兰的右端固定有右支撑件，右支撑件上朝向弧形轨道内弧一侧的水平中心线上设有直齿轮安装孔，

沿轨道平动机构包括沿轨道平动伺服电机、沿轨道平动减速器、内齿圈、安装板、联轴器、直齿轮和直齿轮轴，直齿轮设置在直齿轮安装孔中，直齿轮轴上键连接有直齿轮，直齿轮轴的输入端通过联轴器与沿轨道平动减速器的输出端连接，沿轨道平动减速器的输入端与沿轨道平动伺服电机的输出端连接，沿轨道平动减速器通过安装板竖直固定在右支撑件上，直齿轮与内齿圈啮合，内齿圈固装在弧形轨道的内弧面上，

轴向旋转驱动机构包括轴向旋转伺服电机、空心轴、轴向旋转减速器、被动轴向旋转同步带轮、主动轴向旋转同步带轮、交叉滚子轴承和轴向旋转同步带，轴向旋转减速器竖直固定在机械臂架的下方电机固定架上，轴向旋转伺服电机的输出轴与轴向旋转减速器的输入轴连接，轴向旋转减速器的输出轴上键连接有主动轴向旋转同步带轮，主动轴向旋转同步带轮通过轴向旋转同步带与被动轴向旋转同步带轮连接，被动轴向旋转同步带轮固定在空心轴上，空心轴通过交叉滚子轴承固定在机械臂架的下方，空心轴的底端穿过机械臂架与偏航驱动机构上的凹形板固定连接，

竖直移动机构包括主动竖直移动同步带轮、被动竖直移动同步带轮、竖直移动减速器、滚珠丝杠、竖直移动伺服电机、丝杠螺母和竖直移动同步带，竖直移动伺服电机的输出轴与竖直移动减速器的输入轴连接，竖直移动减速器的输出轴上键连接有主动竖直移动同步带轮，主动竖直移动同步带轮通过竖直移动同步带与被动竖直移动同步带轮连接，被动竖直移动同步带轮通过键安装在滚珠丝杠的输入端上，滚珠丝杠的两端通过轴承安装在机械臂架的上下端，丝杠螺母与滚珠丝杠螺纹连接，丝杠螺母与滑动架固定连接。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

一、本发明的七自由度重载移动操作臂共七个自由度，分别为竖直转动机构、沿轨道转动机构、竖直移动机构、沿轨道平动机构、偏航驱动机构、轴向旋转驱动机构和俯仰驱动机构抓取平台，竖直转动机构、沿轨道转动机构、竖直移动机构和沿轨道平动机构用于实现末端操作器在空间的精确位置定位，控制位置精度达到±1mm，偏航驱动机构、轴向旋转驱动机构和俯仰驱动机构用于实现末端操作器精确姿态调整。本发明具有姿态调整时重力附加力矩小、承载能力大、定位精度高等特点。

二、本发明的结构紧凑、操作灵活。

附图说明

图1是本发明七自由度重载移动操作臂的整体结构立体图；

图2是图1中的竖直转动机构1的K向视图；

图3是沿轨道转动机构2的结构主视图；

图4是沿轨道平动机构4的结构立体图；

图5是竖直移动机构3、轴向旋转驱动机构6、偏航驱动机构5、俯仰驱动机构7和抓取平台8、机械臂架9、滑动架10和四条直线滑轨15的连接关系立体图；

图6是竖直移动机构3的结构立体图；

图7是轴向旋转驱动机构6的结构立体图；

图8是抓取平台8的结构立体图；

图9是俯仰驱动机构7的结构立体图；

图10是偏航驱动机构5的结构立体图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1～图10说明本实施方式，本实施方式包括竖直转动机构1、沿轨道转动机构2、竖直移动机构3、沿轨道平动机构4、偏航驱动机构5、轴向旋转驱动机构6、俯仰驱动机构7、抓取平台8、机械臂架9、滑动架10和四条直线滑轨15，

偏航驱动机构5包括凹形板5-1、偏航电机5-2、偏航减速器5-3、减速器固定板5-4、偏航齿轮5-5和四个偏航移动滑块5-6，凹形板5-1的开口朝下设置，偏航电机5-2固装在凹形板5-1内，偏航减速器5-3的输入轴与偏航电机5-2的输出轴连接，偏航减速器5-3固装在减速器固定板5-4上，减速器固定板5-4与凹形板5-1连接，偏航齿轮5-5安装在偏航减速器5-3的输出轴上，凹形板5-1的两个腿外侧上各设置有两个偏航移动滑块5-6，同侧的两个偏航移动滑块5-6沿同一圆周布置，

俯仰驱动机构7包括长方框架7-1、俯仰驱动电机7-2、主摆线减速器7-3、横向半圆轮齿7-8、两个次摆线减速器7-4、两个俯仰主动齿轮7-5、两个横向半圆轨道7-7和四个俯仰移动滑块7-6，俯仰驱动电机7-2固装在长方框架7-1内，主摆线减速器7-3的输入轴与俯仰驱动电机7-2的输出轴连接，两个次摆线减速器7-4对称设置在主摆线减速器7-3输出轴的两侧，两个次摆线减速器7-4分别与主摆线减速器7-3的输出轴连接，每个次摆线减速器7-4的输出轴上安装一个俯仰主动齿轮7-5，长方框架7-1的两个外侧壁上各设置有两个俯仰移动滑块7-6，同侧的两个俯仰移动滑块7-6沿同一圆周布置，同侧的两个俯仰移动滑块7-6与相应的纵向半圆板8-11上的滑道8-11-1滑动连接，两个横向半圆轨道7-7对称设置在俯仰驱动电机7-2和次摆线减速器7-4的外侧，横向半圆轮齿7-8设置在俯仰驱动电机7-2与横向半圆轨道7-7之间，横向半圆轮齿7-8与偏航齿轮5-5啮合，两个偏航移动滑块5-6与相应的横向半圆轨道7-7滑动连接，偏航移动滑块5-6的滑动方向与俯仰移动滑块7-6的滑动方向相垂直；

抓取平台8包括基板8-1、平台电机8-2、主动带轮8-3、皮带8-4、被动带轮8-5、抓取丝杠8-6、正旋丝杠螺母8-7、逆旋丝杠螺母8-8、两个抓取爪平台8-9、两个纵向半圆轮齿8-10和两个纵向半圆板8-11，

平台电机8-2固装在基板8-1的上端面上，主动带轮8-3安装在平台电机8-2的输出轴上，主动带轮8-3通过皮带8-4与被动带轮8-5连接，被动带轮8-5安装在抓取丝杠8-6的输入端上，正旋丝杠螺母8-7和逆旋丝杠螺母8-8均安装在抓取丝杠8-6的输出端上，正旋丝杠螺母8-7的下端和逆旋丝杠螺母8-8的下端分别固装有一个抓取爪平台8-9，两个纵向半圆轮齿8-10与抓取丝杠8-6平行设置，且两个纵向半圆轮齿8-10对称设置在基板8-1的两侧边，两个纵向半圆板8-11对称设置在两个纵向半圆轮齿8-10的外侧，每个纵向半圆板8-11上沿圆弧内侧设有滑道8-11-1，俯仰主动齿轮7-5与纵向半圆轮齿8-10啮合,

四条直线滑轨15呈矩形布置，滑轨15均竖直设置在机械臂架9的前后面上，四条直线滑轨15均与滑动架10滑动连接，滑动架10上且朝向弧形轨道70的一侧设置有连接板接口10-1，

竖直转动机构1包括竖直转动伺服电机40、竖直转动减速器41、连接盖42、第一谐波减速器43、连接罩44、连接板45、竖直转动轴46、滚针轴承48、竖直转动被动齿轮49、对接机构支撑件50、竖直转动主动齿轮51、壳体52、轴套53、外罩54、外罩54和两个圆锥滚子轴承47，竖直转动被动齿轮49、第一谐波减速器43、轴套53和连接板45由竖直转动轴46的输入端至输出端依次安装在竖直转动轴46上，竖直转动被动齿轮49、轴套53和连接板45与竖直转动轴46固定连接并随竖直转动轴46转动，连接罩44通过两个并排设置的圆锥滚子轴承47套装在轴套53上，外罩54固装在第一谐波减速器43上，连接盖42内侧与外罩54通过连接元件连接，竖直转动被动齿轮49与竖直转动主动齿轮51啮合，竖直转动主动齿轮51固装在竖直转动减速器41的输出轴上，竖直转动减速器41的输入轴与竖直转动伺服电机40输出轴连接，连接罩44下方与壳体52固定连接，壳体52上设置有右空腔52-1和左空腔52-2，右空腔52-1内壁通过滚针轴承48与对接机构支撑件50轴承连接，左空腔52-2用于安装沿轨道转动机构2上的第二谐波减速器31，连接板45右侧固定在连接板接口10-1上，

这样设置，启动竖直转动伺服电机40的传动，通过竖直转动减速器41、竖直转动主动齿轮51、竖直转动被动齿轮49、竖直转动轴46带动连接板45转动，最后实现连接板45带动滑动架10的竖直转动；

沿轨道转动机构2包括沿轨道转动伺服电机30、第二谐波减速器31、被动人字齿轮32、主动人字齿轮33、沿轨道转动轴34、固定板35、沿轨道转动减速器36、过渡法兰37、左支撑件38和右支撑件39，沿轨道转动减速器36的输入轴与沿轨道转动伺服电机30的输出轴连接，沿轨道转动减速器36的输出轴穿过固定板35与第二谐波减速器31输入端固定连接，第二谐波减速器31的输出端与沿轨道转动轴34固定连接，沿轨道转动轴34上键连接有主动人字齿轮33，被动人字齿轮32与主动人字齿轮33啮合，被动人字齿轮32套装在弧形轨道70上，第二谐波减速器31设置在左空腔52-2内，对接机构支撑件50的右侧固定连接有过渡法兰37，过渡法兰37的右端固定有右支撑件39，右支撑件39上朝向弧形轨道70内弧一侧的水平中心线上设有直齿轮安装孔39-1，在圆弧轨道A上从左到右依次为左支撑件38、被动人字齿轮32、壳体52、对接机构支撑件50、过渡法兰37和右支撑件39；

沿轨道转动机构2的工作原理：启动沿轨道转动伺服电机30，通过沿轨道转动减速器36和第二谐波减速器31带动主动人字齿轮33转动，被动人字齿轮32随之转动，使第二谐波减速器31、沿轨道转动减速器36和沿轨道转动伺服电机30均围绕弧形轨道70转动，由于第二谐波减速器31设置在左空腔52-2内(即壳体52包裹第二谐波减速器31、沿轨道转动减速器36和沿轨道转动伺服电机30)，从而使壳体52做同样运动。

沿轨道平动机构4包括沿轨道平动伺服电机60、沿轨道平动减速器61、内齿圈62、安装板63、联轴器64、直齿轮65和直齿轮轴66，直齿轮65设置在直齿轮安装孔39-1中，直齿轮轴66上键连接有直齿轮65，直齿轮轴66的输入端通过联轴器64与沿轨道平动减速器61的输出端连接，沿轨道平动减速器61的输入端与沿轨道平动伺服电机60的输出端连接，沿轨道平动减速器61通过安装板63竖直固定在右支撑件39上，直齿轮65与内齿圈62啮合，内齿圈62固装在弧形轨道70的内弧面上，沿轨道平动伺服电机60的转动传递到直齿轮65上，并通过直齿轮65与内齿圈62的啮合运动，带动沿轨道转动机构2做沿轨道的平动运动；

轴向旋转驱动机构6包括轴向旋转伺服电机19、空心轴20、轴向旋转减速器21、被动轴向旋转同步带轮22、主动轴向旋转同步带轮23、交叉滚子轴承24和轴向旋转同步带26，轴向旋转减速器21竖直固定在机械臂架9的下方电机固定架9-1上，轴向旋转伺服电机19的输出轴与轴向旋转减速器21的输入轴连接，轴向旋转减速器21的输出轴上键连接有主动轴向旋转同步带轮23，主动轴向旋转同步带轮23通过轴向旋转同步带26与被动轴向旋转同步带轮22连接，被动轴向旋转同步带轮22固定在空心轴20上，空心轴20通过交叉滚子轴承24固定在机械臂架9的下方，空心轴20的底端穿过机械臂架9与偏航驱动机构5上的凹形板5-1固定连接，这样设计，就可以通过轴向旋转伺服电机19利用轴向旋转同步带26的同步带传动，带动空心轴20做轴向旋转运动；

竖直移动机构3包括主动竖直移动同步带轮11、被动竖直移动同步带轮12、竖直移动减速器13、滚珠丝杠14、竖直移动伺服电机16、丝杠螺母17和竖直移动同步带18，竖直移动伺服电机16的输出轴与竖直移动减速器13的输入轴连接，竖直移动减速器13的输出轴上键连接有主动竖直移动同步带轮11，主动竖直移动同步带轮11通过竖直移动同步带18与被动竖直移动同步带轮12连接，被动竖直移动同步带轮12通过键安装在滚珠丝杠14的输入端上，滚珠丝杠14的两端通过轴承安装在机械臂架9的上下端，丝杠螺母17与滚珠丝杠14螺纹连接，丝杠螺母17与滑动架10固定连接，通过竖直移动伺服电机16与竖直移动同步带18的传动，可以使滚珠丝杠14发生转动，然后通过滚珠丝杠14与丝杠螺母17的传动，丝杠螺母17带动滑动架10做竖直运动。

具体实施方式二：结合图8说明本实施方式，本实施方式的正旋丝杠螺母8-7与逆旋丝杠螺母8-8之间的最小间距为20mm。这样设计为保证正旋丝杠螺母8-7和逆旋丝杠螺母8-8做相互靠近的运动时不能干涉。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图4说明本实施方式，本实施方式的内齿圈62的长度与弧形轨道70的长度相同。这样设计可以使整个机械臂在轨道长度范围内移动。其它组成及连接关系与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：结合图8说明本实施方式，本实施方式的抓取丝杠8-6为双头反向丝杠，旋向分别对应正旋丝杠螺母8-7和逆旋丝杠螺母8-8。实施时，平台电机8-2带动抓取丝杠8-6转动，正转和负转分别可以使两个抓取爪平台8-9做相互靠近和远离的运动。其它组成及连接关系与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式五：结合图8说明本实施方式，本实施方式的两个纵向半圆轮齿8-10和两个纵向半圆板8-11的轴心线为同一条线。这样设计便于两个纵向半圆轮齿8-10和两个纵向半圆板8-11的轴心线与横向半圆轮齿7-8和两个横向半圆轨道7-7的轴心线在空间上垂直分布。其它组成及连接关系与具体实施方式四相同。

具体实施方式六：结合图8和图9说明本实施方式，本实施方式的横向半圆轮齿7-8和两个横向半圆轨道7-7的轴心线为同一条线。这样设计便于横向半圆轮齿7-8和两个横向半圆轨道7-7的轴心线与两个纵向半圆轮齿8-10和两个纵向半圆板8-11的轴心线在空间上垂直分布”。其它组成及连接关系与具体实施方式一、二或五相同。

具体实施方式七：结合图8和图9说明本实施方式，本实施方式的抓取平台8上的两个纵向半圆轮齿8-10和两个纵向半圆板8-11与俯仰驱动机构7上的横向半圆轮齿7-8和两个横向半圆轨道7-7在空间上垂直分布，纵向半圆轮齿8-10的轴心线与横向半圆轮齿7-8的轴心线正交于一点，其相交点空间对应空心轴20的安装位置。这样设计可以使三个(俯仰，偏航和轴向旋转)旋转运动的中心交于一点，并且这一点正好为抓取的模块重心位置，相对于三轴非正交于一点的机构，调整位置时可以保证旋转中心不变，抓取过程中不会产生重心力矩，从而减轻电机负担，这样调整速度快，便于控制，并且使结构更加紧凑、简洁。其它组成及连接关系与具体实施方式六相同。

具体实施方式八：结合图6说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一或八不同的是竖直移动机构3还包括第一同步带张紧轮25，第一同步带张紧轮25的表面紧靠在竖直移动同步带18的外表面上，第一同步带张紧轮25通过固定件固装在机械臂架9上。这样设计可以使竖直移动同步带18能够与主动竖直移动同步带轮11和被动竖直移动同步带轮12更好的传动。其它组成及连接关系与具体实施方式一或七相同。

具体实施方式九：结合图7说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式九不同的是轴向旋转驱动机构6还包括第二同步带张紧轮27，第二同步带张紧轮27表面紧靠在轴向旋转同步带26的外表面上，第二同步带张紧轮27通过固定件固装在电机固定架9-1上。这样设计可以使轴向旋转同步带26能够与被动轴向旋转同步带轮22和主动轴向旋转同步带轮23更好的传动。其它组成及连接关系与具体实施方式八相同。

工作原理：从七个运动来描述工作原理，按上述名称及标记写。

⑴、在弧形轨道70上做周向旋转运动A(即沿轨道转动机构2的运动)：沿轨道转动机构2上的左支撑件38内壁和右支撑件39内壁与弧形轨道70间通过无内圈单列滚针轴承配合实现机构径向定位，启动沿轨道转动伺服电机30，经沿轨道转动减速器36驱动主动人字齿轮33转动与被动人字齿轮32啮合，实现轴向定位；第二谐波减速器31、沿轨道转动减速器36和沿轨道转动伺服电机30均围绕弧形轨道70转动，由于第二谐波减速器31设置在左空腔52-2内(即壳体52包裹第二谐波减速器31、沿轨道转动减速器36和沿轨道转动伺服电机30)，从而使壳体52和机械臂架9做同样周向旋转运动。人字齿轮比直齿轮有更高的啮合系数，因此这种样式的组合能承受更高的转矩。并能实现承受重载的要求。

⑵、轨道滑动运动B(即沿轨道平动机构4的运动)：沿轨道平动伺服电机60的转动传递到直齿轮65上，由于内齿圈62固装在弧形轨道70的内弧面上，通过直齿轮65与内齿圈62的啮合，实现直齿轮65带动沿轨道转动机构2做沿弧形轨道70的平动运动。

⑶、沿轨道径向旋转运动C(即竖直转动机构1的运动)：启动竖直转动伺服电机40，通过竖直转动减速器41、竖直转动主动齿轮51、竖直转动被动齿轮49、竖直转动轴46带动连接板45转动，最后实现连接板45带动滑动架10和机械臂架9做同样径向旋转运动。由于竖直转动机构1的传动由竖直转动减速器41、第一谐波减速器43、竖直转动主动齿轮51和竖直转动被动齿轮49组成，因此，实现旋转运行控制精度高、承载大。

⑷、伸缩运动D(即竖直移动机构3的运动)：通过竖直移动伺服电机16与竖直移动同步带18的传动，可以使滚珠丝杠14发生转动，然后通过滚珠丝杠14与丝杠螺母17的传动，丝杠螺母17带动滑动架10沿直线滑轨15做竖直运动。

⑸、偏航运动E(即偏航驱动机构5的运动)：通过偏航齿轮5-5与横向半圆轮齿7-8啮合，带动偏航移动滑块5-6沿横向半圆轨道7-7运动，实现偏航驱动机构5做偏航运动，从而使偏航驱动机构5上面的空心轴20和机械臂架9做同样偏航运动。偏航运动的角度为±15°。

⑹、俯仰运动F(即俯仰驱动机构7的运动)：通过俯仰主动齿轮7-5与纵向半圆轮齿8-10啮合，带动俯仰移动滑块7-6沿滑道8-11-1运动，实现俯仰驱动机构7做俯仰运动，从而使俯仰驱动机构7上面的偏航驱动机构5、空心轴20和机械臂架9做同样俯仰运动。俯仰运动的角度为-50°～+15°。

⑺、轴向旋转运动G(即轴向旋转驱动机构6的运动)：通过轴向旋转伺服电机19利用轴向旋转同步带26的同步带传动，带动空心轴20做轴向旋转运动，空心轴20带动机械臂架9、偏航驱动机构5、俯仰驱动机构7和抓取平台8做同样轴向旋转运动。

Claims (9)

1.一种七自由度重载移动操作臂，所述七自由度重载移动操作臂包括偏航驱动机构(5)、俯仰驱动机构(7)和抓取平台(8)，偏航驱动机构(5)包括凹形板(5-1)、偏航电机(5-2)、偏航减速器(5-3)、减速器固定板(5-4)、偏航齿轮(5-5)和四个偏航移动滑块(5-6)，凹形板(5-1)的开口朝下设置，偏航电机(5-2)固装在凹形板(5-1)内，偏航减速器(5-3)的输入轴与偏航电机(5-2)的输出轴连接，偏航减速器(5-3)固装在减速器固定板(5-4)上，减速器固定板(5-4)与凹形板(5-1)连接，偏航齿轮(5-5)安装在偏航减速器(5-3)的输出轴上，凹形板(5-1)的两个腿外侧上各设置有两个偏航移动滑块(5-6)，同侧的两个偏航移动滑块(5-6)沿同一圆周布置，

俯仰驱动机构(7)包括长方框架(7-1)、俯仰驱动电机(7-2)、主摆线减速器(7-3)、横向半圆轮齿(7-8)、两个次摆线减速器(7-4)、两个俯仰主动齿轮(7-5)、两个横向半圆轨道(7-7)和四个俯仰移动滑块(7-6)，俯仰驱动电机(7-2)固装在长方框架(7-1)内，主摆线减速器(7-3)的输入轴与俯仰驱动电机(7-2)的输出轴连接，两个次摆线减速器(7-4)对称设置在主摆线减速器(7-3)输出轴的两侧，两个次摆线减速器(7-4)分别与主摆线减速器(7-3)的输出轴连接，每个次摆线减速器(7-4)的输出轴上安装一个俯仰主动齿轮(7-5)，长方框架(7-1)的两个外侧壁上各设置有两个俯仰移动滑块(7-6)，同侧的两个俯仰移动滑块(7-6)沿同一圆周布置，同侧的两个俯仰移动滑块(7-6)与相应的纵向半圆板(8-11)上的滑道(8-11-1)滑动连接，两个横向半圆轨道(7-7)对称设置在俯仰驱动电机(7-2)和次摆线减速器(7-4)的外侧，横向半圆轮齿(7-8)设置在俯仰驱动电机(7-2)与横向半圆轨道(7-7)之间，横向半圆轮齿(7-8)与偏航齿轮(5-5)啮合，两个偏航移动滑块(5-6)与相应的横向半圆轨道(7-7)滑动连接，偏航移动滑块(5-6)的滑动方向与俯仰移动滑块(7-6)的滑动方向相垂直；

所述抓取平台(8)包括基板(8-1)、平台电机(8-2)、主动带轮(8-3)、皮带(8-4)、被动带轮(8-5)、抓取丝杠(8-6)、正旋丝杠螺母(8-7)、逆旋丝杠螺母(8-8)、两个抓取爪平台(8-9)、两个纵向半圆轮齿(8-10)和两个纵向半圆板(8-11)，平台电机(8-2)固装在基板(8-1)的上端面上，主动带轮(8-3)安装在平台电机(8-2)的输出轴上，主动带轮(8-3)通过皮带(8-4)与被动带轮(8-5)连接，被动带轮(8-5)安装在抓取丝杠(8-6)的输入端上，正旋丝杠螺母(8-7)和逆旋丝杠螺母(8-8)均安装在抓取丝杠(8-6)的输出端上，正旋丝杠螺母(8-7)的下端和逆旋丝杠螺母(8-8)的下端分别固装有一个抓取爪平台(8-9)，两个纵向半圆轮齿(8-10)与抓取丝杠(8-6)平行设置，且两个纵向半圆轮齿(8-10)对称设置在基板(8-1)的两侧边，两个纵向半圆板(8-11)对称设置在两个纵向半圆轮齿(8-10)的外侧，每个纵向半圆板(8-11)上沿圆弧内侧设有滑道(8-11-1)，俯仰主动齿轮(7-5)与纵向半圆轮齿(8-10)啮合，

其特征在于：所述七自由度重载移动操作臂还包括竖直转动机构(1)、沿轨道转动机构(2)、竖直移动机构(3)、沿轨道平动机构(4)、轴向旋转驱动机构(6)、机械臂架(9)、滑动架(10)和四条直线滑轨(15)，四条直线滑轨(15)呈矩形布置，滑轨(15)均竖直设置在机械臂架(9)的前后面上，四条直线滑轨(15)均与滑动架(10)滑动连接，滑动架(10)上且朝向弧形轨道(70)的一侧设置有连接板接口(10-1)，

竖直转动机构(1)包括竖直转动伺服电机(40)、竖直转动减速器(41)、连接盖(42)、第一谐波减速器(43)、连接罩(44)、连接板(45)、竖直转动轴(46)、滚针轴承(48)、竖直转动被动齿轮(49)、对接机构支撑件(50)、竖直转动主动齿轮(51)、壳体(52)、轴套(53)、外罩(54)、外罩(54)和两个圆锥滚子轴承(47)，竖直转动被动齿轮(49)、第一谐波减速器(43)、轴套(53)和连接板(45)依次安装在竖直转动轴(46)上，连接罩(44)通过两个并排设置的圆锥滚子轴承(47)套装在轴套(53)上，外罩(54)固装在第一谐波减速器(43)上，连接盖(42)内侧与外罩(54)通过连接元件连接，竖直转动被动齿轮(49)与竖直转动主动齿轮(51)啮合，竖直转动主动齿轮(51)固装在竖直转动减速器(41)的输出轴上，竖直转动减速器(41)的输入轴与竖直转动伺服电机(40)输出轴连接，连接罩(44)下方与壳体(52)固定连接，壳体(52)上设置有右空腔(52-1)和左空腔(52-2)，右空腔(52-1)内壁通过滚针轴承(48)与对接机构支撑件(50)轴承连接，连接板(45)右侧固定在连接板接口(10-1)上，

沿轨道转动机构(2)包括沿轨道转动伺服电机(30)、第二谐波减速器(31)、被动人字齿轮(32)、主动人字齿轮(33)、沿轨道转动轴(34)、固定板(35)、沿轨道转动减速器(36)、过渡法兰(37)、左支撑件(38)和右支撑件(39)，沿轨道转动减速器(36)的输入轴与沿轨道转动伺服电机(30)的输出轴连接，沿轨道转动减速器(36)的输出轴穿过固定板(35)与第二谐波减速器(31)输入端固定连接，第二谐波减速器(31)的输出端与沿轨道转动轴(34)固定连接，沿轨道转动轴(34)上键连接有主动人字齿轮(33)，被动人字齿轮(32)与主动人字齿轮(33)啮合，被动人字齿轮(32)套装在弧形轨道(70)上，第二谐波减速器(31)设置在左空腔(52-2)内，对接机构支撑件(50)的右侧固定连接有过渡法兰(37)，过渡法兰(37)的右端固定有右支撑件(39)，右支撑件(39)上朝向弧形轨道(70)内弧一侧的水平中心线上设有直齿轮安装孔(39-1)；

沿轨道平动机构(4)包括沿轨道平动伺服电机(60)、沿轨道平动减速器(61)、内齿圈(62)、安装板(63)、联轴器(64)、直齿轮(65)和直齿轮轴(66)，直齿轮(65)设置在直齿轮安装孔(39-1)中，直齿轮轴(66)上键连接有直齿轮(65)，直齿轮轴(66)的输入端通过联轴器(64)与沿轨道平动减速器(61)的输出端连接，沿轨道平动减速器(61)的输入端与沿轨道平动伺服电机(60)的输出端连接，沿轨道平动减速器(61)通过安装板(63)竖直固定在右支撑件(39)上，直齿轮(65)与内齿圈(62)啮合，内齿圈(62)固装在弧形轨道(70)的内弧面上；

轴向旋转驱动机构(6)包括轴向旋转伺服电机(19)、空心轴(20)、轴向旋转减速器(21)、被动轴向旋转同步带轮(22)、主动轴向旋转同步带轮(23)、交叉滚子轴承(24)和轴向旋转同步带(26)，轴向旋转减速器(21)竖直固定在机械臂架(9)的下方电机固定架(9-1)上，轴向旋转伺服电机(19)的输出轴与轴向旋转减速器(21)的输入轴连接，轴向旋转减速器(21)的输出轴上键连接有主动轴向旋转同步带轮(23)，主动轴向旋转同步带轮(23)通过轴向旋转同步带(26)与被动轴向旋转同步带轮(22)连接，被动轴向旋转同步带轮(22)固定在空心轴(20)上，空心轴(20)通过交叉滚子轴承(24)固定在机械臂架(9)的下方，空心轴(20)的底端穿过机械臂架(9)与偏航驱动机构(5)上的凹形板(5-1)固定连接；

竖直移动机构(3)包括主动竖直移动同步带轮(11)、被动竖直移动同步带轮(12)、竖直移动减速器(13)、滚珠丝杠(14)、竖直移动伺服电机(16)、丝杠螺母(17)和竖直移动同步带(18)，竖直移动伺服电机(16)的输出轴与竖直移动减速器(13)的输入轴连接，竖直移动减速器(13)的输出轴上键连接有主动竖直移动同步带轮(11)，主动竖直移动同步带轮(11)通过竖直移动同步带(18)与被动竖直移动同步带轮(12)连接，被动竖直移动同步带轮(12)通过键安装在滚珠丝杠(14)的输入端上，滚珠丝杠(14)的两端通过轴承安装在机械臂架(9)的上下端，丝杠螺母(17)与滚珠丝杠(14)螺纹连接，丝杠螺母(17)与滑动架(10)固定连接。

2.根据权利要求1所述七自由度重载移动操作臂，其特征在于：所述正旋丝杠螺母(8-7)与逆旋丝杠螺母(8-8)之间的最小间距为20mm。

3.根据权利要求1或2所述七自由度重载移动操作臂，其特征在于：所述内齿圈(62)的长度与弧形轨道(70)的长度相同。

4.根据权利要求1或2所述七自由度重载移动操作臂，其特征在于：所述抓取丝杠(8-6)为双头反向丝杠，旋向分别对应正旋丝杠螺母(8-7)和逆旋丝杠螺母(8-8)。

5.根据权利要求4所述七自由度重载移动操作臂，其特征在于：所述两个纵向半圆轮齿(8-10)和两个纵向半圆板(8-11)的轴心线为同一条线。

6.根据权利要求1、2或5所述七自由度重载移动操作臂，其特征在于：所述横向半圆轮齿(7-8)和两个横向半圆轨道(7-7)的轴心线为同一条线。

7.根据权利要求6所述七自由度重载移动操作臂，其特征在于：所述抓取平台(8)上的两个纵向半圆轮齿(8-10)和两个纵向半圆板(8-11)与俯仰驱动机构(7)上的横向半圆轮齿(7-8)和两个横向半圆轨道(7-7)在空间上垂直分布，纵向半圆轮齿(8-10)的轴心线与横向半圆轮齿(7-8)的轴心线正交于一点，其相交点空间对应空心轴(20)的安装位置。

8.根据权利要求1或7所述七自由度重载移动操作臂，其特征在于：所述竖直移动机构(3)还包括第一同步带张紧轮(25)，第一同步带张紧轮(25)的表面紧靠在竖直移动同步带(18)的外表面上，第一同步带张紧轮(25)通过固定件固装在机械臂架(9)上。

9.根据权利要求8所述七自由度重载移动操作臂，其特征在于：所述轴向旋转驱动机构(6)还包括第二同步带张紧轮(27)，第二同步带张紧轮(27)表面紧靠在轴向旋转同步带(26)的外表面上，第二同步带张紧轮(27)通过固定件固装在电机固定架(9-1)上。