本實(shí)用新型涉及機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種姿態(tài)可調(diào)整、坐標(biāo)解耦的七自由度機(jī)器人。

背景技術(shù)：

隨著機(jī)械電子與自動(dòng)控制技術(shù)的飛速發(fā)展，以及人力成本的日益提高，各行各業(yè)迫切需要用機(jī)器人來(lái)代替勞動(dòng)強(qiáng)度大、重復(fù)作業(yè)、工作環(huán)境惡劣或者需要精密操作的工作人員。

針對(duì)傳統(tǒng)工業(yè)應(yīng)用，通用的六自由度串聯(lián)機(jī)器人比較多，各個(gè)關(guān)節(jié)均采用伺服電機(jī)加抱閘的結(jié)構(gòu)方式，這種機(jī)器人雖然是6個(gè)自由度的，但抱閘結(jié)構(gòu)有失效的風(fēng)險(xiǎn)，一旦失效機(jī)器人將整體下落，并砸到下面的物體，因此這種機(jī)器人在醫(yī)療上幾乎很少采用。并且這種機(jī)器人的幾個(gè)自由度還是相互耦合的，增加了機(jī)器人編程調(diào)試的難度。另外，這種通用型六自由度串聯(lián)機(jī)器人價(jià)格昂貴，操作復(fù)雜，因此這種機(jī)器人不適于操作空間較小，姿態(tài)可調(diào)整，坐標(biāo)解耦的工業(yè)、醫(yī)療、服務(wù)等特種應(yīng)用環(huán)境。在許多工業(yè)、醫(yī)療、服務(wù)等不同的特種應(yīng)用環(huán)境下，常常需要先調(diào)整工具的三個(gè)旋轉(zhuǎn)姿態(tài)到某個(gè)角度，再控制工具的末端達(dá)到某個(gè)位置，并且當(dāng)工具維持在某個(gè)姿態(tài)角度的情況下，工具末端可很容易地達(dá)到某個(gè)坐標(biāo)位置，即實(shí)現(xiàn)姿態(tài)角度控制與坐標(biāo)位置控制的解耦。

經(jīng)檢索：申請(qǐng)?zhí)枮镃N201310415851.8的發(fā)明專利，公開(kāi)了一種單輸入三平移三轉(zhuǎn)動(dòng)輸出并聯(lián)運(yùn)動(dòng)裝置，包含動(dòng)平臺(tái)、靜平臺(tái)，以及連接動(dòng)平臺(tái)、靜平臺(tái)的四條支鏈，本專利采用的技術(shù)方案過(guò)于復(fù)雜，且工作空間有限，存在坐標(biāo)耦合問(wèn)題。

申請(qǐng)?zhí)枮镃N201520019888.3的發(fā)明專利，提供了一種直角坐標(biāo)機(jī)器人，包括底座，底座上安裝有轉(zhuǎn)盤及驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)的第一電機(jī)，轉(zhuǎn)盤上安裝有豎向?qū)к?，豎向?qū)к壣习惭b有橫向?qū)к壖膀?qū)動(dòng)橫向?qū)к壺Q向滑動(dòng)的豎向絲桿和豎向絲桿電機(jī)，橫向?qū)к壣习惭b有驅(qū)動(dòng)橫向?qū)к墮M向滑動(dòng)的橫向絲桿和橫向絲桿電機(jī)，橫向?qū)к壣习惭b有連接座，連接座安裝有90°擺動(dòng)氣缸，90°擺動(dòng)氣缸上安裝有擺動(dòng)臂，擺動(dòng)臂上安裝有180°轉(zhuǎn)動(dòng)氣缸，180°轉(zhuǎn)動(dòng)氣缸上安裝有固定板，固定板上安裝有手爪。該發(fā)明僅有4個(gè)自由度，且末端的擺動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)由氣缸組成，僅適用于動(dòng)作簡(jiǎn)單的搬運(yùn)操作，復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)軌跡和大的運(yùn)動(dòng)空間無(wú)法實(shí)現(xiàn)，運(yùn)動(dòng)精度不高。

申請(qǐng)?zhí)枮镃N201410056623.0的發(fā)明專利，提供了一種結(jié)合有3自由度腕部結(jié)構(gòu)的直角坐標(biāo)機(jī)器人，2個(gè)水平軸在下面，垂直軸安裝在水平軸的上面，旋轉(zhuǎn)軸安裝在垂直軸的上面。該發(fā)明仍然限制了末端的工作空間，并且實(shí)現(xiàn)方法過(guò)于復(fù)雜，由于2個(gè)水平軸自由度在下面，因此物體如果放在水平軸上面時(shí)，則存在干涉，因此空間利用率不高。

申請(qǐng)?zhí)枮镃N101559597A的發(fā)明專利，公開(kāi)了一種龍門式七軸工業(yè)機(jī)器人，采用龍門架的形式，通過(guò)兩個(gè)立柱與地面上的兩個(gè)大軌道相連。該發(fā)明的地面面積占用非常大，不適于空間利用率要求非常高的場(chǎng)合。另外，該專利的后面幾個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)是在垂直面內(nèi)旋轉(zhuǎn)，關(guān)節(jié)軸承受的彎矩很大，存在不安全的隱患。并且，該專利結(jié)構(gòu)復(fù)雜，姿態(tài)不易于調(diào)整，且存在坐標(biāo)解耦問(wèn)題。

因此，迫切一種工作空間利用率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、姿態(tài)可調(diào)整、坐標(biāo)解耦的七自由度特種機(jī)器人，以滿足工業(yè)、醫(yī)療、服務(wù)等不同的特種應(yīng)用環(huán)境。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本實(shí)用新型的目的是提供一種姿態(tài)可調(diào)整、坐標(biāo)解耦的七自由度機(jī)器人及其控制方法，具有工作空間利用率高、姿態(tài)可調(diào)整、坐標(biāo)解耦的優(yōu)點(diǎn)，既能降低成本，又能提高機(jī)器人工作的靈活性。

本實(shí)用新型提供一種姿態(tài)可調(diào)整、坐標(biāo)解耦的七自由度機(jī)器人，包括：Z軸垂直升降模塊、X軸水平移動(dòng)模塊、Y軸水平移動(dòng)模塊、姿態(tài)調(diào)整模塊和工具運(yùn)動(dòng)模塊，其中：Z軸垂直升降模塊板固定安裝，作為基準(zhǔn)平臺(tái)，X軸水平移動(dòng)模塊安裝在Z軸垂直升降模塊上，Y軸水平移動(dòng)模塊安裝在X軸水平移動(dòng)模塊上，姿態(tài)調(diào)整模塊安裝在Y軸水平移動(dòng)模塊上，工具運(yùn)動(dòng)模塊安裝在姿態(tài)調(diào)整模塊上；

所述Z軸垂直升降模塊在驅(qū)動(dòng)部件的驅(qū)動(dòng)下實(shí)現(xiàn)上下升降運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)Z軸的升降自由度；所述X軸水平移動(dòng)模塊在驅(qū)動(dòng)部件的驅(qū)動(dòng)下沿X軸方向運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)X軸的水平自由度；Y軸水平移動(dòng)模塊在驅(qū)動(dòng)部件的驅(qū)動(dòng)下沿Y軸方向運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)Y軸的水平自由度；姿態(tài)調(diào)整模塊在驅(qū)動(dòng)部件的驅(qū)動(dòng)下實(shí)現(xiàn)α軸的姿態(tài)調(diào)整自由度、β軸的姿態(tài)調(diào)整自由度、γ軸的姿態(tài)調(diào)整自由度；工具運(yùn)動(dòng)模塊在驅(qū)動(dòng)部件的驅(qū)動(dòng)下直線運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)工具運(yùn)動(dòng)模塊的L直線自由度；

本實(shí)用新型上述機(jī)器人從Z軸垂直升降模塊到工具運(yùn)動(dòng)模塊，共有七個(gè)自由度，分別是：Z軸自由度、X軸自由度、Y軸自由度、α軸自由度、β軸自由度、γ軸自由度和L軸直線自由度，即從下到上分別為：上下升降Z軸自由度、左右水平X軸自由度、前后水平Y(jié)軸自由度、α姿態(tài)調(diào)整自由度、β姿態(tài)調(diào)整自由度、γ姿態(tài)調(diào)整自由度和L軸直線調(diào)整自由度。

優(yōu)選地，所述的Z軸垂直升降模塊，包括：基座安裝板、Z軸升降電機(jī)、Z軸升降減速器、第一聯(lián)軸器、第一滑塊、第二滑塊、第一導(dǎo)軌、第三滑塊、第四滑塊、第二導(dǎo)軌、滑塊固定框架、Z軸絲桿、Z軸連接件和升降丁字架；其中：

所述基座安裝板上設(shè)置有安裝孔并通過(guò)安裝孔與地面或其它移動(dòng)平臺(tái)相連，以作為基準(zhǔn)平臺(tái)；所述Z軸升降電機(jī)與Z軸升降減速器相連；所述Z軸升降減速器的外殼通過(guò)升降減速器安裝板固定在滑塊固定框架上；所述滑塊固定框架與基座安裝板相連；所述Z軸升降減速器的輸出軸通過(guò)第一聯(lián)軸器與Z軸絲桿相連；Z軸連接件與升降丁字架相連；所述第一導(dǎo)軌和第二導(dǎo)軌均安裝在升降丁字架上；所述第一導(dǎo)軌上安裝有第一滑塊和第二滑塊且相對(duì)第一導(dǎo)軌滑動(dòng)，所述第二導(dǎo)軌上安裝有第三滑塊和第四滑塊且相對(duì)第二導(dǎo)軌滑動(dòng)，第一滑塊、第二滑塊、第三滑塊和第四滑塊均與滑塊固定框架相連；

當(dāng)所述Z軸升降電機(jī)驅(qū)動(dòng)Z軸升降減速器旋轉(zhuǎn)時(shí)，Z軸升降減速器的輸出軸通過(guò)第一聯(lián)軸器驅(qū)動(dòng)Z軸絲桿旋轉(zhuǎn)，Z軸絲桿旋轉(zhuǎn)Z軸連接件，Z軸連接件驅(qū)動(dòng)升降丁字架通過(guò)第一滑塊、第二滑塊、第三滑塊、第四滑塊實(shí)現(xiàn)上下升降運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)Z軸的升降自由度。

更優(yōu)選地，所述的Z軸升降減速器采用帶自鎖的減速器，當(dāng)升降電機(jī)斷電時(shí)，Z軸絲桿會(huì)保持在原來(lái)的位置上，不會(huì)在重力的壓力下被動(dòng)下降，從而避免了失電被動(dòng)下降的危險(xiǎn)。

優(yōu)選地，所述的X軸水平移動(dòng)模塊，包括：X軸電機(jī)、X軸減速器、X軸減速器安裝板、第三導(dǎo)軌、第五滑塊、第四導(dǎo)軌、第六滑塊、第二聯(lián)軸器、X軸絲桿、X軸連接件和X軸移動(dòng)框架；其中：

所述X軸減速器安裝板與Z軸垂直升降模塊中的升降丁字架相連，從而實(shí)現(xiàn)了X軸水平移動(dòng)模塊與Z軸垂直升降模塊的連接；所述X軸減速器的外殼與X軸減速器安裝板相連；所述X軸電機(jī)與X軸減速器相連；所述X軸減速器的輸出軸與第二聯(lián)軸器相連；所述第二聯(lián)軸器與X軸絲桿相連；所述X軸連接件安裝在X軸絲桿上并相對(duì)X軸絲桿的螺紋旋轉(zhuǎn)，X軸連接件與X軸移動(dòng)框架相連；所述第三導(dǎo)軌與第五滑塊相連且相對(duì)滑動(dòng)，所述第四導(dǎo)軌與第六滑塊相連且相對(duì)滑動(dòng)，且第三導(dǎo)軌和第四導(dǎo)軌分別固定到升降丁字架的上表面、第五滑塊和第六滑塊與X軸移動(dòng)框架相連；

當(dāng)所述X軸電機(jī)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)X軸減速器時(shí)，X軸減速器的輸出軸通過(guò)第二聯(lián)軸器驅(qū)動(dòng)X軸絲桿旋轉(zhuǎn)，通過(guò)X軸連接件驅(qū)動(dòng)X軸移動(dòng)框架沿著X軸方向運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)X軸的水平自由度；當(dāng)X軸移動(dòng)框架沿著X軸方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，第五、第六滑塊約束X軸移動(dòng)框架沿第三、第四導(dǎo)軌方向運(yùn)動(dòng)，從而起到導(dǎo)向作用。

優(yōu)選地，所述的X軸水平移動(dòng)模塊安裝在Z軸垂直升降模塊上端部，而不是安裝在Z軸垂直升降模塊的下端部，從而增加了Z軸垂直升降模塊的工作空間利用率；同時(shí)Z軸垂直升降模塊只有一根升降丁字架來(lái)聯(lián)接滑塊固定框架且可上下移動(dòng)，從而進(jìn)一步增加了運(yùn)動(dòng)空間利用率。

優(yōu)選地，所述的Y軸水平移動(dòng)模塊，包括：Y軸安裝板、Y軸減速器、Y軸電機(jī)、Y軸聯(lián)軸器、Y軸絲桿、Y軸螺母、Y軸導(dǎo)軌和Y軸滑塊；其中：

所述Y軸安裝板通過(guò)Y軸螺母與X軸移動(dòng)框架相連，從而實(shí)現(xiàn)Y軸水平移動(dòng)模塊與X軸移動(dòng)框架的連接；所述Y軸電機(jī)和Y軸減速器相連；所述Y軸減速器的外殼安裝在Y軸安裝板的后端；所述Y軸減速器的輸出軸通過(guò)Y軸聯(lián)軸器與Y軸絲桿相連；所述Y軸導(dǎo)軌固定在Y軸安裝板的中間位置；所述Y軸滑塊安裝在Y軸導(dǎo)軌并與Y軸導(dǎo)軌相對(duì)滑動(dòng)；

當(dāng)所述Y軸電機(jī)旋轉(zhuǎn)并驅(qū)動(dòng)Y軸減速器時(shí)，Y軸減速器驅(qū)動(dòng)Y軸螺母沿Y軸絲桿方向運(yùn)動(dòng)；由于Y軸螺母固定在X軸移動(dòng)框架上，因此當(dāng)Y軸電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，可控制Y軸相對(duì)于X軸移動(dòng)框架移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)Y軸的水平自由度。

優(yōu)選地，所述的Y軸水平移動(dòng)模塊安裝在X軸水平移動(dòng)模塊上，而不是安裝在Z軸垂直升降模塊的下面，從而進(jìn)一步增加了Z軸垂直升降模塊下面的工作空間利用率。

優(yōu)選地，所述的姿態(tài)調(diào)整模塊，包括：α軸旋轉(zhuǎn)電機(jī)、α軸旋轉(zhuǎn)減速器、旋轉(zhuǎn)框架、β軸旋轉(zhuǎn)電機(jī)、β軸旋轉(zhuǎn)減速器、γ軸旋轉(zhuǎn)電機(jī)、γ軸旋轉(zhuǎn)減速器、γ軸框架、γ軸輸出法蘭；其中：

所述α軸旋轉(zhuǎn)電機(jī)和α軸旋轉(zhuǎn)減速器相連；所述α軸旋轉(zhuǎn)減速器的外殼與Y軸水平移動(dòng)模塊中的Y軸安裝板前端相連；所述α軸旋轉(zhuǎn)減速器的輸出軸與旋轉(zhuǎn)框架的中間相連；β軸旋轉(zhuǎn)電機(jī)與β軸旋轉(zhuǎn)減速器相連；所述β軸旋轉(zhuǎn)減速器的外殼與旋轉(zhuǎn)框架的一側(cè)相連；所述γ軸旋轉(zhuǎn)電機(jī)與γ軸旋轉(zhuǎn)減速器相連；所述γ軸旋轉(zhuǎn)減速器的外殼與γ軸框架的上側(cè)面相連；所述γ軸旋轉(zhuǎn)減速器的輸出軸與γ軸輸出法蘭的上端相連；所述工具運(yùn)動(dòng)模塊與γ軸輸出法蘭下端相連；所述β軸旋轉(zhuǎn)減速器的輸出軸與γ軸框架的側(cè)面相連；

當(dāng)α軸旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)α軸旋轉(zhuǎn)減速器旋轉(zhuǎn)時(shí)，驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)框架擺動(dòng)，從而帶動(dòng)β軸、γ軸旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)α軸的姿態(tài)調(diào)整自由度；當(dāng)β軸旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)β軸旋轉(zhuǎn)減速器旋轉(zhuǎn)時(shí)，β軸旋轉(zhuǎn)減速器驅(qū)動(dòng)γ軸框架擺動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)β軸的姿態(tài)調(diào)整自由度；當(dāng)γ軸旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)γ軸旋轉(zhuǎn)減速器旋轉(zhuǎn)時(shí)，驅(qū)動(dòng)工具運(yùn)動(dòng)模塊擺動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)γ軸的姿態(tài)調(diào)整自由度。

優(yōu)選地，所述的工具運(yùn)動(dòng)模塊，包括：夾具、直線電機(jī)、第七滑塊和工具；其中：

所述夾具安裝在姿態(tài)調(diào)整模塊中的γ軸輸出法蘭下端；所述直線電機(jī)固定在夾具上；所述第七滑塊安裝在直線電機(jī)的輸出軸上；所述工具安裝到第七滑塊上；

當(dāng)控制直線電機(jī)運(yùn)動(dòng)時(shí)，直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)直線電機(jī)上的第七滑塊沿直線運(yùn)動(dòng)，安裝在第七滑塊上的工具隨第七滑塊直線運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)工具運(yùn)動(dòng)模塊上的工具運(yùn)動(dòng)的L直線自由度。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有如下的有益效果：

本實(shí)用新型所述的機(jī)器人兼顧靈活性、精度與成本，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、工作空間利用率高等優(yōu)點(diǎn)；在調(diào)整控制姿態(tài)后，可保持姿態(tài)不變，再方便地控制其它的自由度使工具末端達(dá)到所需要的坐標(biāo)，實(shí)現(xiàn)解耦控制。所采用的7個(gè)自由度增大了系統(tǒng)的冗余度，大大方便了機(jī)器人的操作控制，在工業(yè)、醫(yī)療、服務(wù)等特種應(yīng)用環(huán)境具有廣闊的應(yīng)用前景。

附圖說(shuō)明

通過(guò)閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本實(shí)用新型的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯：

圖1為本實(shí)用新型一實(shí)施例的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中：

基座安裝板1，基座安裝孔2，Z軸升降電機(jī)3，Z軸升降減速器4，聯(lián)軸器5，升降減速器安裝板6，滑塊7，滑塊8，導(dǎo)軌9，滑塊10，滑塊11，導(dǎo)軌12，滑塊固定框架13，Z軸絲桿14，螺母15，升降丁字架16；

X軸電機(jī)17，X軸減速器18，X軸減速器安裝板19，導(dǎo)軌20，滑塊21，導(dǎo)軌22，滑塊23，聯(lián)軸器24，X軸絲桿25，螺母26，X軸移動(dòng)框架27；

Y軸安裝板28，Y軸減速器29，Y軸電機(jī)30，Y軸聯(lián)軸器31，Y軸絲桿32，Y軸螺母33，3Y軸導(dǎo)軌34，Y軸滑塊35；

α軸旋轉(zhuǎn)電機(jī)36，α軸旋轉(zhuǎn)減速器37，旋轉(zhuǎn)框架38，β軸旋轉(zhuǎn)電機(jī)39，β軸旋轉(zhuǎn)減速器40，γ軸旋轉(zhuǎn)電機(jī)41，γ軸旋轉(zhuǎn)減速器42，γ軸框架43，γ軸輸出法蘭44；

夾具45，直線電機(jī)46，滑塊47，工具48。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本實(shí)用新型，但不以任何形式限制本實(shí)用新型。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本實(shí)用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。

如圖1所示，一種姿態(tài)可調(diào)整、坐標(biāo)解耦的七自由度機(jī)器人，包括：Z軸垂直升降模塊、X軸水平移動(dòng)模塊、Y軸水平移動(dòng)模塊、姿態(tài)調(diào)整模塊和工具運(yùn)動(dòng)模塊，其中：

所述Z軸垂直升降模塊中的基座安裝板1固定于地面基準(zhǔn)上或安裝在其他移動(dòng)平臺(tái)上，所述Z軸垂直升降模塊中的其他部件安裝在所述基座安裝板1上，所述X軸水平移動(dòng)模塊安裝在所述Z軸垂直升降模塊上，所述Y軸水平移動(dòng)模塊安裝在所述X軸水平移動(dòng)模塊上，所述姿態(tài)調(diào)整模塊安裝在所述Y軸水平移動(dòng)模塊上，所述工具運(yùn)動(dòng)模塊安裝在所述姿態(tài)調(diào)整模塊上。

如圖1所示，所述的Z軸垂直升降模塊，包括：基座安裝板1，基座安裝孔2，Z軸升降電機(jī)3，Z軸升降減速器4，聯(lián)軸器5，升降減速器安裝板6，滑塊7、8、10、11，導(dǎo)軌9、12，滑塊固定框架13，Z軸絲桿14，螺母15，升降丁字架16；

所述的Z軸垂直升降模塊的連接關(guān)系為：基座安裝板1上設(shè)置有基座安裝孔2，基座安裝板1通過(guò)基座安裝孔2與地面或其它移動(dòng)平臺(tái)相連，以作為基準(zhǔn)平臺(tái)；滑塊固定框架13與基座安裝板1相連；升降減速器安裝板6固定在滑塊固定框架13上；Z軸升降減速器4的外殼與升降減速器安裝板6固定，Z軸升降電機(jī)3與Z軸升降減速器4相連，Z軸升降減速器4的輸出軸通過(guò)聯(lián)軸器5與Z軸絲桿14相連；螺母15與升降丁字架16相連，這種絲桿螺母結(jié)構(gòu)，當(dāng)Z軸絲桿14旋轉(zhuǎn)時(shí)，螺母15在Z軸絲桿14上相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，使得螺母15帶動(dòng)升降丁字架16上下移動(dòng)；導(dǎo)軌9和12均安裝在升降丁字架16上；導(dǎo)軌9上安裝有滑塊7、8且滑塊7、8與導(dǎo)軌9相對(duì)滑動(dòng)，導(dǎo)軌12上安裝有滑塊10、11且滑塊10、11與導(dǎo)軌12相對(duì)滑動(dòng)，且滑塊7、滑塊8、滑塊10、滑塊11與滑塊固定框架13相連；

當(dāng)Z軸升降電機(jī)3驅(qū)動(dòng)Z軸升降減速器4旋轉(zhuǎn)時(shí)，Z軸升降減速器4的輸出軸通過(guò)聯(lián)軸器5驅(qū)動(dòng)Z軸絲桿14旋轉(zhuǎn)，Z軸絲桿14旋轉(zhuǎn)螺母15，螺母15驅(qū)動(dòng)升降丁字架16通過(guò)滑塊7、8、10、11實(shí)現(xiàn)上下升降運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)Z軸的升降自由度。

作為一優(yōu)選的實(shí)施方式，所述的Z軸升降減速器4為采用帶自鎖的減速器，當(dāng)Z軸升降電機(jī)3斷電時(shí)，Z軸絲桿14會(huì)保持在原來(lái)的位置上，不會(huì)在重力的壓力下被動(dòng)下降，從而避免了失電被動(dòng)下降的危險(xiǎn)。

如圖1所示，所述的X軸水平移動(dòng)模塊，包括：X軸電機(jī)17，X軸減速器18，X軸減速器安裝板19，導(dǎo)軌20，滑塊21，導(dǎo)軌22，滑塊23，聯(lián)軸器24，X軸絲桿25，螺母26和X軸移動(dòng)框架27；其中：

X軸水平移動(dòng)模塊通過(guò)升降丁字架16與Z軸垂直升降模塊相連，從而實(shí)現(xiàn)了X軸水平移動(dòng)模塊與Z軸垂直升降模塊的連接；X軸減速器安裝板19與Z軸垂直升降模塊中的升降丁字架16相連，X軸電機(jī)17與X軸減速器18相連，X軸減速器的外殼與X軸減速器安裝板19相連，X軸減速器18與聯(lián)軸器24相連，聯(lián)軸器24與X軸絲桿25相連；X軸絲桿25與螺母26相連；螺母26與X軸移動(dòng)框架27相連；導(dǎo)軌20和滑塊21相連且滑塊21相對(duì)導(dǎo)軌20滑動(dòng)，導(dǎo)軌22和滑塊23相連且滑塊23相對(duì)導(dǎo)軌22滑動(dòng)，導(dǎo)軌20和22分別固定到升降丁字架16的上表面，滑塊21、23與X軸移動(dòng)框架27相連；當(dāng)X軸電機(jī)17旋轉(zhuǎn)并驅(qū)動(dòng)X軸減速器18時(shí)，X軸減速器18的輸出軸通過(guò)聯(lián)軸器24驅(qū)動(dòng)X軸絲桿25旋轉(zhuǎn)，X軸絲桿25通過(guò)螺母26驅(qū)動(dòng)X軸移動(dòng)框架27沿著X軸方向運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)了X軸的水平自由度。當(dāng)X軸移動(dòng)框架27沿著X軸方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，滑塊21、23約束著X軸移動(dòng)框/27只能沿著導(dǎo)軌20、22方向運(yùn)動(dòng)，從而起導(dǎo)向的作用。

所述的X軸水平移動(dòng)模塊安裝在Z軸垂直升降模塊的上端部，而不是安裝在Z軸垂直升降模塊的下端部，從而增加了Z軸垂直升降模塊下面的工作空間利用率；同時(shí)Z軸垂直升降模塊只有一根升降丁字架16來(lái)聯(lián)接滑塊固定框架13且可上下移動(dòng)，從而進(jìn)一步增加了運(yùn)動(dòng)空間利用率。

如圖1所示，所述的Y軸水平移動(dòng)模塊，包括：Y軸安裝板28，Y軸減速器29，Y軸電機(jī)30，Y軸聯(lián)軸器31，Y軸絲桿32，Y軸螺母33，Y軸導(dǎo)軌34和Y軸滑塊35；其中：

Y軸安裝板28通過(guò)Y軸螺母33固定在X軸移動(dòng)框架27上，從而實(shí)現(xiàn)了Y軸水平移動(dòng)模塊與X軸水平移動(dòng)模塊的連接；Y軸電機(jī)30與Y軸減速器29相連，Y軸減速器29的外殼安裝在Y軸安裝板28的后端，Y軸導(dǎo)軌34固定在Y軸安裝板28的中間；Y軸減速器29的輸出軸通過(guò)Y軸聯(lián)軸器31與Y軸絲桿32相連；Y軸滑塊35安裝在Y軸導(dǎo)軌34上并與Y軸導(dǎo)軌34相對(duì)滑動(dòng)；

當(dāng)Y軸電機(jī)30旋轉(zhuǎn)時(shí)，驅(qū)動(dòng)Y軸減速器29，Y軸減速器29的輸出軸可驅(qū)動(dòng)Y軸螺母33沿Y軸絲桿32運(yùn)動(dòng)(Y軸螺母33和Y軸絲桿32采用絲桿螺母原理，Y軸螺母33、Y軸絲桿32之間不是固定連接的，Y軸螺母33的內(nèi)螺紋和Y軸絲桿32的外螺紋嚙合，當(dāng)Y軸絲桿32旋轉(zhuǎn)時(shí)，Y軸螺母33產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng))；由于Y軸螺母33固定在X軸移動(dòng)框架27上，因此當(dāng)Y軸電機(jī)30旋轉(zhuǎn)時(shí)，可控制Y軸相對(duì)于X軸移動(dòng)框架27移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)Y軸的水平自由度。

所述的Y軸水平移動(dòng)模塊安裝在X軸水平移動(dòng)模塊上，而不是安裝在Z軸垂直升降模塊的下端面，從而進(jìn)一步增加了Z軸垂直升降模塊的工作空間利用率。

如圖1所示，所述的姿態(tài)調(diào)整模塊，包括：α軸旋轉(zhuǎn)電機(jī)36，α軸旋轉(zhuǎn)減速器37，旋轉(zhuǎn)框架38，β軸旋轉(zhuǎn)電機(jī)39，β軸旋轉(zhuǎn)減速器40，γ軸旋轉(zhuǎn)電機(jī)41，γ軸旋轉(zhuǎn)減速器42，γ軸框架43，γ軸輸出法蘭44；其中：

α軸旋轉(zhuǎn)電機(jī)36與α軸旋轉(zhuǎn)減速器37相連，α軸旋轉(zhuǎn)減速器37的外殼與Y軸水平移動(dòng)模塊中的Y軸安裝板28的前端相連，α軸旋轉(zhuǎn)減速器37的輸出軸與旋轉(zhuǎn)框架38的中間相連，β軸旋轉(zhuǎn)電機(jī)39與β軸旋轉(zhuǎn)減速器40相連，β軸旋轉(zhuǎn)減速器40的外殼與旋轉(zhuǎn)框架38的一側(cè)相連；當(dāng)α軸旋轉(zhuǎn)電機(jī)36旋轉(zhuǎn)并驅(qū)動(dòng)α軸旋轉(zhuǎn)減速器37旋轉(zhuǎn)時(shí)，α軸旋轉(zhuǎn)減速器37驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)框架38擺動(dòng)，從而帶動(dòng)β軸、γ軸旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)α軸的姿態(tài)調(diào)整自由度；

γ軸旋轉(zhuǎn)電機(jī)41與γ軸旋轉(zhuǎn)減速器42相連，γ軸旋轉(zhuǎn)減速器42的外殼與γ軸框架43上面相連，γ軸旋轉(zhuǎn)減速器42的輸出軸與γ軸輸出法蘭44的上端相連，γ軸輸出法蘭44的下端與工具運(yùn)動(dòng)模塊中的夾具45相連，β軸旋轉(zhuǎn)減速器40的輸出軸與γ軸框架43的側(cè)面相連；

當(dāng)β軸旋轉(zhuǎn)電機(jī)39驅(qū)動(dòng)β軸旋轉(zhuǎn)減速器40旋轉(zhuǎn)時(shí)，β軸旋轉(zhuǎn)減速器40驅(qū)動(dòng)γ軸框架43擺動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)β軸的姿態(tài)調(diào)整自由度；當(dāng)γ軸旋轉(zhuǎn)電機(jī)41驅(qū)動(dòng)γ軸旋轉(zhuǎn)減速器42旋轉(zhuǎn)時(shí)，通過(guò)γ軸輸出法蘭44驅(qū)動(dòng)夾具45擺動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)工具運(yùn)動(dòng)模塊擺動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)γ軸的姿態(tài)調(diào)整自由度。

如圖1所示，所述的工具運(yùn)動(dòng)模塊包括：夾具45，直線電機(jī)46，滑塊47和工具48；其中：

夾具45安裝在姿態(tài)調(diào)整模塊中的γ軸輸出法蘭44下端，直線電機(jī)46固定在夾具45上，滑塊47安裝在直線電機(jī)46上，工具48安裝到滑塊47上；

當(dāng)控制直線電機(jī)46運(yùn)動(dòng)時(shí)，直線電機(jī)46上的滑塊47沿著直線運(yùn)動(dòng)，安裝在滑塊47上的工具48也沿著直線運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)工具48運(yùn)動(dòng)的L直線自由度。

綜上可見(jiàn)，所述機(jī)器人從底部的基座安裝板1到上面的工具48，共有七個(gè)自由度，分別是：Z軸自由度、X軸自由度、Y軸自由度、α軸自由度、β軸自由度、γ軸自由度和L軸直線自由度，即從下到上分別為：上下升降Z軸自由度、左右水平X軸自由度、前后水平Y(jié)軸自由度、α姿態(tài)調(diào)整自由度、β姿態(tài)調(diào)整自由度、γ姿態(tài)調(diào)整自由度和L軸直線調(diào)整自由度。

所述7個(gè)自由度配置，可滿足許多工業(yè)、醫(yī)療、服務(wù)等不同的特種應(yīng)用環(huán)境下需要，先調(diào)整工具的三個(gè)旋轉(zhuǎn)姿態(tài)到某個(gè)角度，再控制另外的四個(gè)自由度使工具的末端達(dá)到某個(gè)位置，即在工具維持在某個(gè)姿態(tài)角度不變的情況下，工具末端可很容易地達(dá)到某個(gè)坐標(biāo)位置，實(shí)現(xiàn)姿態(tài)角度控制與坐標(biāo)位置控制的解耦。

結(jié)合上述7個(gè)自由度配置，在部分實(shí)施例中，所述七自由度度機(jī)器人可以采用姿態(tài)可先調(diào)整、坐標(biāo)再全解耦的冗余控制方法，即：先控制工具48相關(guān)的三臺(tái)姿態(tài)電機(jī)，即：α軸旋轉(zhuǎn)電機(jī)36、β軸旋轉(zhuǎn)電機(jī)39、γ軸旋轉(zhuǎn)電機(jī)41分別旋轉(zhuǎn)A度、B度和C度，并控制α軸旋轉(zhuǎn)電機(jī)36、β軸旋轉(zhuǎn)電機(jī)39、γ軸旋轉(zhuǎn)電機(jī)41停止，保持這三個(gè)角度不動(dòng)；如果希望工具48的末端達(dá)到zxy的坐標(biāo)，則可調(diào)用下面的公式：

式中：d₁是Z軸升降的位移、d₂是Y軸水平的位移、d₃是X軸水平的位移；z、y、x是目標(biāo)的工具坐標(biāo)，f₁(A,B,C,L),f₂(A,B,C,L),f₃(A,B,C,L)是與ABC角度、L直線位移和姿態(tài)調(diào)整模塊的幾何參數(shù)相關(guān)的三角函數(shù)組合式，由于AB和C角度不變，L直線位移已知，因此f₁(A,B,C,L),f₂(A,B,C,L),f₃(A,B,C,L)就很容易求得；又由于z、y、x是目標(biāo)的工具坐標(biāo)，也為已知值，因此Z軸升降的位移、Y軸水平的位移、X軸水平的位移就很容易地求出了，即為d₁,d₂,d₃。

當(dāng)然，在部分實(shí)施例中，還可以保持Z軸自由度、X軸自由度、Y軸自由度、α軸自由度、β軸自由度、γ軸自由度不動(dòng)，而僅僅控制L軸直線自由度的直線電機(jī)46運(yùn)動(dòng)，使得工具48的末端達(dá)到希望的xyz位置，從而進(jìn)一步方便了坐標(biāo)位置的控制；

保持Z軸垂直升降模塊、X軸水平移動(dòng)模塊、Y軸水平移動(dòng)模塊和姿態(tài)調(diào)整模塊的電機(jī)(即Z軸升降電機(jī)3、X軸電機(jī)17、Y軸電機(jī)30、α軸旋轉(zhuǎn)電機(jī)36、β軸旋轉(zhuǎn)電機(jī)39、γ軸旋轉(zhuǎn)電機(jī)41)不動(dòng)，僅僅控制工具運(yùn)動(dòng)模塊中的直線電機(jī)46運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)工具48運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生直線位移，從而實(shí)現(xiàn)工具48沿著工具48所在的直線方向運(yùn)動(dòng)，L直線自由度能方便地實(shí)現(xiàn)所述機(jī)器人沿直線方向的作業(yè)任務(wù)；

在姿態(tài)調(diào)整完畢后，姿態(tài)保持不變，仍然可控制ZYX三個(gè)軸獨(dú)立地、解耦地達(dá)到目標(biāo)的坐標(biāo)位置；也可以姿態(tài)保持不變，Z、X、Y軸自由度保持不變，控制L軸直線運(yùn)動(dòng)自由度到達(dá)目標(biāo)的坐標(biāo)位置，因此所述7個(gè)自由度也是冗余的。

本實(shí)用新型增大了系統(tǒng)冗余度，方便了機(jī)器人操作控制，在工業(yè)、醫(yī)療、服務(wù)等特種應(yīng)用環(huán)境具有廣闊應(yīng)用前景。

以上對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本實(shí)用新型并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本實(shí)用新型的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。