一種雙串聯(lián)機(jī)械臂式移動(dòng)操作機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種移動(dòng)操作機(jī)，尤其是一種雙串聯(lián)機(jī)械臂式移動(dòng)操作機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，國內(nèi)外市場上礦用掘進(jìn)鉆車多為雙串聯(lián)機(jī)械臂式液壓鉆車，操作方式多為 人工操作，普遍存在鉆桿定位困難、操作不便，效率低下等問題。常見的定位操作就是鉆孔， 而計(jì)算機(jī)控制的自動(dòng)化鉆孔能有效解決井下人工鑿巖采礦帶來的安全、效率和鉆爆精度等 問題。具有智能化與自主操作的井下自動(dòng)化鑿巖設(shè)備是當(dāng)今礦業(yè)研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。其中， 保證鉆車能夠在具有多個(gè)拐角的巷道中間快速行進(jìn)且不碰觸到墻面，并能進(jìn)行精確實(shí)時(shí)的 定位和導(dǎo)航，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化鉆孔，是礦業(yè)研究的一個(gè)重要方向。因此，對雙串聯(lián)機(jī)械臂式移動(dòng) 操作機(jī)進(jìn)行研究對于礦用鉆車實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化鉆孔等精確定位作業(yè)，提高作業(yè)效率和作業(yè)水平 具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 基于以上目的，本發(fā)明提出一種雙串聯(lián)機(jī)械臂式移動(dòng)操作機(jī)，雙串聯(lián)機(jī)械臂式移 動(dòng)操作機(jī)裝置由車身和兩個(gè)串聯(lián)式機(jī)械臂組成，兩個(gè)串聯(lián)式機(jī)械臂安裝在車身的前部上面 左右對稱布置。串聯(lián)式機(jī)械臂，主要包括：末端操作器1，滑塊2,推進(jìn)油缸3,滑架4,整臂擺 動(dòng)油缸5,升降油缸6,大臂7,俯仰油缸8,擺角油缸9。
[0004] 大臂7的固定部分和雙串聯(lián)機(jī)械臂式移動(dòng)操作機(jī)的機(jī)身鉸接，大臂7的回轉(zhuǎn)部分 和滑架4鉸接。升降油缸6布置在大臂7的下面后側(cè)，升降油缸6的后側(cè)和整臂擺動(dòng)油缸5 鉸接、升降油缸6的前側(cè)和大臂7的固定部分鉸接。俯仰油缸8布置在大臂7的下面前側(cè)， 俯仰油缸8的后側(cè)和大臂7的回轉(zhuǎn)部分鉸接，俯仰油缸8的前側(cè)和滑架4鉸接。擺角油缸 9布置在大臂7的前側(cè)，擺角油缸9的后側(cè)和大臂7的回轉(zhuǎn)部分鉸接，擺角油缸9的前側(cè)和 滑架4鉸接。滑架4布置在大臂7的上部，滑架4的下面后側(cè)和大臂7的回轉(zhuǎn)部分鉸接，滑 架4的下面前側(cè)和擺角油缸9的前側(cè)鉸接。推進(jìn)油缸3布置在滑架4的上部后側(cè)。滑塊2 布置在滑架4的上部，滑塊2的后部和推進(jìn)油缸3的前部鉸接?；瑝K2和滑架4形成移動(dòng) 副。
[0005] 左側(cè)和右側(cè)的串聯(lián)式機(jī)械臂結(jié)構(gòu)基本相同，兩個(gè)機(jī)械臂的區(qū)別在于：左邊的串聯(lián) 式機(jī)械臂的整臂擺動(dòng)油缸5布置在機(jī)械臂左側(cè)，右邊的串聯(lián)式機(jī)械臂的整臂擺動(dòng)油缸5布 置在機(jī)械臂右側(cè)。
[0006] 本發(fā)明的雙串聯(lián)機(jī)械臂式移動(dòng)操作機(jī)根據(jù)定位作業(yè)方案的用戶坐標(biāo)得到串聯(lián)式 機(jī)械臂的關(guān)節(jié)坐標(biāo)，實(shí)現(xiàn)根據(jù)用戶定位作業(yè)方案的數(shù)據(jù)信息獲取移動(dòng)操作機(jī)兩個(gè)串聯(lián)式機(jī) 械臂的關(guān)節(jié)坐標(biāo)信息，通過控制兩個(gè)串聯(lián)式機(jī)械臂6個(gè)自由度的動(dòng)作使兩個(gè)串聯(lián)式機(jī)械臂 的末端操作器達(dá)到用戶期望的位姿，從而實(shí)現(xiàn)移動(dòng)操作機(jī)的自動(dòng)定位，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化作業(yè)。
【附圖說明】
[0007] 圖1是本發(fā)明的雙串聯(lián)機(jī)械臂式移動(dòng)操作機(jī)裝置的串聯(lián)式機(jī)械臂結(jié)構(gòu)示意圖；
[0008] 圖2是本發(fā)明的雙串聯(lián)機(jī)械臂式移動(dòng)操作機(jī)裝置的運(yùn)動(dòng)學(xué)坐標(biāo)系和用戶坐標(biāo)系。
【具體實(shí)施方式】
[0009] 本發(fā)明的雙串聯(lián)機(jī)械臂式移動(dòng)操作機(jī)裝置由車身和兩個(gè)串聯(lián)式機(jī)械臂組成，兩個(gè) 串聯(lián)式機(jī)械臂安裝在車身的前部上面左右對稱布置。
[0010] 圖1所示為串聯(lián)式機(jī)械臂，主要包括：末端操作器1，滑塊2,推進(jìn)油缸3,滑架4,整 臂擺動(dòng)油缸5,升降油缸6,大臂7,俯仰油缸8,擺角油缸9。
[0011] 大臂7的固定部分和雙串聯(lián)機(jī)械臂式移動(dòng)操作機(jī)的機(jī)身鉸接，大臂7的回轉(zhuǎn)部分 和滑架4鉸接。升降油缸6布置在大臂7的下面后側(cè)，升降油缸6的后側(cè)和整臂擺動(dòng)油缸5 鉸接、升降油缸6的前側(cè)和大臂7的固定部分鉸接。俯仰油缸8布置在大臂7的下面前側(cè)， 俯仰油缸8的后側(cè)和大臂7的回轉(zhuǎn)部分鉸接，俯仰油缸8的前側(cè)和滑架4鉸接。擺角油缸 9布置在大臂7的前側(cè)，擺角油缸9的后側(cè)和大臂7的回轉(zhuǎn)部分鉸接，擺角油缸9的前側(cè)和 滑架4鉸接?；?布置在大臂7的上部，滑架4的下面后側(cè)和大臂7的回轉(zhuǎn)部分鉸接，滑 架4的下面前側(cè)和擺角油缸9的前側(cè)鉸接。推進(jìn)油缸3布置在滑架4的上部后側(cè)?；瑝K2 布置在滑架4的上部，滑塊2的后部和推進(jìn)油缸3的前部鉸接?；瑝K2和滑架4形成移動(dòng) 副。
[0012] 左側(cè)和右側(cè)的串聯(lián)式機(jī)械臂結(jié)構(gòu)基本相同，兩個(gè)機(jī)械臂的區(qū)別在于：左邊的串聯(lián) 式機(jī)械臂的整臂擺動(dòng)油缸5布置在機(jī)械臂左側(cè)，右邊的串聯(lián)式機(jī)械臂的整臂擺動(dòng)油缸5布 置在機(jī)械臂右側(cè)。
[0013] 雙串聯(lián)機(jī)械臂式移動(dòng)操作機(jī)裝置運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算的目的是求解末端操作器的期望位 姿對應(yīng)的關(guān)節(jié)變量，末端操作器的位姿為6個(gè)自由度，需要6軸聯(lián)動(dòng)。這里建立雙串聯(lián)機(jī)械 臂式移動(dòng)操作機(jī)裝置的運(yùn)動(dòng)學(xué)坐標(biāo)系和用戶坐標(biāo)系如圖2所示。
[0014] 兩個(gè)串聯(lián)式機(jī)械臂D-H參數(shù)中的常量部分參數(shù)完全一致。根據(jù)建立的坐標(biāo)系確定 串聯(lián)式機(jī)械臂的D-H參數(shù)如表1所示：
[0015] 表1串聯(lián)式機(jī)械臂各連桿D-H參數(shù)
[0016]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種雙串聯(lián)機(jī)械臂式移動(dòng)操作機(jī)裝置的自動(dòng)化定位方法，雙串聯(lián)機(jī)械臂式移動(dòng)操 作機(jī)裝置由車身和兩個(gè)串聯(lián)式機(jī)械臂組成，兩個(gè)串聯(lián)式機(jī)械臂安裝在車身的前部上面左 右對稱布置，定位的執(zhí)行部件為兩個(gè)串聯(lián)式機(jī)械臂，串聯(lián)式機(jī)械臂主要包括：末端操作器 (1)，滑塊（2)，推進(jìn)油缸（3)，滑架（4)，整臂擺動(dòng)油缸（5)，升降油缸（6)，大臂（7)，俯仰油 缸（8)，擺角油缸（9)，大臂（7)的固定部分和雙串聯(lián)機(jī)械臂式移動(dòng)操作機(jī)的機(jī)身鉸接，大臂 (7) 的回轉(zhuǎn)部分和滑架（4)鉸接，升降油缸（6)布置在大臂（7)的下面后側(cè)，升降油缸（6)的 后側(cè)和整臂擺動(dòng)油缸（5)鉸接、升降油缸（6)的前側(cè)和大臂（7)的固定部分鉸接，俯仰油缸 (8) 布置在大臂（7)的下面前側(cè)，俯仰油缸（8)的后側(cè)和大臂（7)的回轉(zhuǎn)部分鉸接，俯仰油 缸（8)的前側(cè)和滑架（4)鉸接，擺角油缸（9)布置在大臂（7)的前側(cè)，擺角油缸（9)的后側(cè) 和大臂（7)的回轉(zhuǎn)部分鉸接，擺角油缸（9)的前側(cè)和滑架（4)鉸接，滑架（4)布置在大臂（7) 的上部，滑架（4)的下面后側(cè)和大臂（7)的回轉(zhuǎn)部分鉸接，滑架（4)的下面前側(cè)和擺角油缸 (9) 的前側(cè)鉸接，推進(jìn)油缸（3)布置在滑架（4)的上部后側(cè)，滑塊（2)布置在滑架（4)的上 部，滑塊（2)的后部和推進(jìn)油缸（3)的前部鉸接，滑塊（2)和滑架（4)形成移動(dòng)副，左側(cè)和右 側(cè)的串聯(lián)式機(jī)械臂結(jié)構(gòu)基本相同，兩個(gè)機(jī)械臂的區(qū)別在于：左邊的串聯(lián)式機(jī)械臂的整臂擺 動(dòng)油缸（5)布置在機(jī)械臂左側(cè)，右邊的串聯(lián)式機(jī)械臂的整臂擺動(dòng)油缸（5)布置在機(jī)械臂右 偵牝其特征在于采用如下方法：首先用機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)的理論得到雙串聯(lián)機(jī)械臂式移動(dòng)操作 機(jī)的運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解解析解表達(dá)式，根據(jù)定位作業(yè)方案的用戶坐標(biāo)得到串聯(lián)式機(jī)械臂的關(guān)節(jié)坐 標(biāo)，其中巧為第1個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度，實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂的擺動(dòng)；馬為第2個(gè)自由度，實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂的俯 仰；3為第3個(gè)自由度，實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂的回轉(zhuǎn)；貧為第4個(gè)自由度，實(shí)現(xiàn)滑架俯仰；碎為第5個(gè) 自由度，實(shí)現(xiàn)滑架擺動(dòng)；4為第6個(gè)自由度，實(shí)現(xiàn)滑塊的移動(dòng)，首先整臂擺動(dòng)油缸（5)伸縮， 實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂繞堅(jiān)直回轉(zhuǎn)軸ZO的回轉(zhuǎn)，到達(dá)關(guān)節(jié)位置度今；升降油缸（6)伸縮實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂的 俯仰，到達(dá)關(guān)節(jié)位置度巧；液壓馬達(dá)經(jīng)蝸輪蝸桿減速后驅(qū)動(dòng)大臂（7)的回轉(zhuǎn)部分回轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn) 機(jī)械臂的回轉(zhuǎn)，到達(dá)關(guān)節(jié)位置度巧；俯仰油缸（8)伸縮實(shí)現(xiàn)滑架俯仰，到達(dá)關(guān)節(jié)位置度今； 擺角油缸（9)伸縮實(shí)現(xiàn)滑架擺動(dòng)，到達(dá)關(guān)節(jié)位置度巧；最后推進(jìn)油缸（3)伸縮，實(shí)現(xiàn)滑塊（2) 的直線運(yùn)動(dòng)，到達(dá)位置4。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的定位方法，其特征在于：多個(gè)定位作業(yè)任務(wù)可以采用雙機(jī)械 臂同時(shí)動(dòng)作或者分時(shí)動(dòng)作。
【專利摘要】一種雙串聯(lián)機(jī)械臂式移動(dòng)操作機(jī)裝置的自動(dòng)化定位方法，雙串聯(lián)機(jī)械臂式移動(dòng)操作機(jī)裝置由車身和兩個(gè)串聯(lián)式機(jī)械臂組成，兩個(gè)串聯(lián)式機(jī)械臂安裝在車身的前部上面左右對稱布置，定位的執(zhí)行部件為兩個(gè)串聯(lián)式機(jī)械臂，串聯(lián)式機(jī)械臂主要包括：末端操作器1，滑塊2，推進(jìn)油缸3，滑架4，整臂擺動(dòng)油缸5，升降油缸6，大臂7，俯仰油缸8，擺角油缸9。本實(shí)用新型的方法利用機(jī)器人學(xué)原理求取裝置的運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解解析解表達(dá)式，根據(jù)定位作業(yè)方案獲取裝置定位控制所需的串聯(lián)式機(jī)械臂的關(guān)節(jié)坐標(biāo)，從而實(shí)現(xiàn)裝置的自動(dòng)定位。多個(gè)定位作業(yè)任務(wù)可以采用雙機(jī)械臂同時(shí)動(dòng)作或者分時(shí)動(dòng)作。
【IPC分類】B25J9-04
【公開號(hào)】CN204604324
【申請?zhí)枴緾N201520160743
【發(fā)明人】張付祥, 史文軍
【申請人】河北科技大學(xué)
【公開日】2015年9月2日
【申請日】2015年3月23日