一種(2t)&(2r)四自由度解耦混聯(lián)機(jī)構(gòu)的制作方法
【專利說明】
所屬技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于機(jī)器人領(lǐng)域，特別涉及一種空間解耦混聯(lián)機(jī)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]機(jī)構(gòu)的發(fā)展經(jīng)歷了從一桿到多桿、從平面到空間、從串聯(lián)機(jī)構(gòu)到并聯(lián)機(jī)構(gòu)，再到混聯(lián)機(jī)構(gòu)的過程。串聯(lián)機(jī)器人工作空間大、易控制，已在焊接、噴漆、搬運(yùn)、汽車裝配等領(lǐng)域得到了很好的應(yīng)用，但串聯(lián)機(jī)器人需在各關(guān)節(jié)上設(shè)置驅(qū)動(dòng)源，且運(yùn)動(dòng)鏈相對(duì)較長，各動(dòng)臂的運(yùn)動(dòng)慣量較大，因而不宜?；炻?lián)機(jī)器人同時(shí)兼具串聯(lián)機(jī)器人工作空間大、易控制，并聯(lián)機(jī)器人結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、剛度大、誤差積累少、動(dòng)態(tài)性能好等各自的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又能避免單純串、并聯(lián)構(gòu)型缺點(diǎn)，在現(xiàn)代制造業(yè)中更具有實(shí)用性。
[0003]由于混聯(lián)機(jī)構(gòu)中包涵并聯(lián)結(jié)構(gòu)，并聯(lián)機(jī)構(gòu)存在運(yùn)動(dòng)耦合性強(qiáng)的問題?；炻?lián)機(jī)器人耦合性的存在使得機(jī)構(gòu)在機(jī)構(gòu)構(gòu)型設(shè)計(jì)、計(jì)算分析和運(yùn)動(dòng)控制等方面存在著諸多問題。因此，為簡化混聯(lián)機(jī)器人的控制過程，提高混聯(lián)機(jī)構(gòu)的解耦性已經(jīng)成為機(jī)構(gòu)學(xué)研宄領(lǐng)域的熱點(diǎn)問題。
[0004]在混聯(lián)機(jī)構(gòu)研宄中，意大利Motor Power公司研制的5自由度Galileo球形混聯(lián)機(jī)器人，由2轉(zhuǎn)動(dòng)串聯(lián)結(jié)構(gòu)串聯(lián)一個(gè)2自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)后，又在其輸出桿串聯(lián)I個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度構(gòu)成，可以高精度、高響應(yīng)實(shí)現(xiàn)物料的高速分選。目前被提出的混聯(lián)機(jī)器人大多采用在并聯(lián)平臺(tái)上安裝串聯(lián)機(jī)構(gòu)這種形式，安裝在并聯(lián)平臺(tái)上的串聯(lián)機(jī)構(gòu)降低了整個(gè)系統(tǒng)的性能。中國專利CN1021789805A提出了一種二態(tài)驅(qū)動(dòng)混聯(lián)機(jī)器人，其本質(zhì)上是將多個(gè)平面并聯(lián)平臺(tái)系統(tǒng)進(jìn)行串聯(lián)。該二態(tài)驅(qū)動(dòng)混聯(lián)機(jī)器人的末端具有有限的位置姿態(tài)，適用于不需要連續(xù)運(yùn)動(dòng)而只需要進(jìn)行點(diǎn)位控制的場合。但是這種雙并聯(lián)混聯(lián)機(jī)構(gòu)其運(yùn)動(dòng)學(xué)并不解耦，很難控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種具有較高剛度、精度和負(fù)載能力、運(yùn)動(dòng)解耦、容易控制和制造與裝配的四自由度雙并聯(lián)解耦混聯(lián)機(jī)構(gòu)。本發(fā)明主要由一個(gè)兩分支并聯(lián)機(jī)構(gòu)(2T)串聯(lián)一個(gè)兩分支并聯(lián)機(jī)構(gòu)(2R)組成一種(2T)&(2R)四自由度混聯(lián)機(jī)構(gòu)。兩分支并聯(lián)機(jī)構(gòu)(2T)包括定平臺(tái)、動(dòng)平臺(tái)和連接這兩個(gè)平臺(tái)的三個(gè)分支。兩分支并聯(lián)機(jī)構(gòu)(ITlR)包括混聯(lián)機(jī)器人末端、動(dòng)平臺(tái)和連接這兩個(gè)的兩個(gè)分支。其中，分支一是由一個(gè)中心線垂直于底平臺(tái)的移動(dòng)副和兩個(gè)軸線相互平行的轉(zhuǎn)動(dòng)副及連接運(yùn)動(dòng)副的兩個(gè)連桿組成；分支二由一個(gè)圓柱副和兩個(gè)軸線心線相互平行的轉(zhuǎn)動(dòng)副及連接各運(yùn)動(dòng)副的兩個(gè)連桿組成；分支三由一個(gè)移動(dòng)副和三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副及連接他們的三個(gè)連桿組成；分支四是由一個(gè)軸線垂直于中間平臺(tái)的圓柱副和一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副及連接它們的兩個(gè)連桿組成。
[0006]分支一中第一個(gè)連桿的一端通過中心線垂直于動(dòng)平臺(tái)的移動(dòng)副與底平臺(tái)連接，該第一個(gè)連桿的另一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)副與第二個(gè)連桿的一端連接，該第二個(gè)連桿的另一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)副與動(dòng)平臺(tái)連接，其中第二個(gè)連桿兩端的轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線相互平行；分支二中的第一個(gè)連桿的一端通過軸線平行于底平臺(tái)圓柱副與底平臺(tái)連接，該第一個(gè)連桿的另一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)副與第二個(gè)連桿的一端連接，該第二個(gè)連桿的另一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)副與第三個(gè)連桿連接，第三個(gè)連桿的另一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)副與中間平臺(tái)連接，該分支中圓柱副和兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線相互平行；分支三中的第一個(gè)連桿的一端通過中心線平行于中間平臺(tái)的移動(dòng)副與中間平臺(tái)連接，該連桿的另一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)副與第二個(gè)連桿連接，連桿的另一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)副與第三個(gè)連桿連接，第三個(gè)連桿的另一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)副與動(dòng)平臺(tái)連接，第二個(gè)連桿兩端的軸線相互平行且垂直于中間平臺(tái)；分支四中第一個(gè)連桿的一端通過圓柱副與中間平臺(tái)連接，該連桿的另一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)副動(dòng)平臺(tái)連接。
[0007]上述分支一中移動(dòng)副為主動(dòng)驅(qū)動(dòng)，第一個(gè)連桿在移動(dòng)副的驅(qū)動(dòng)下發(fā)生移動(dòng)，第一個(gè)桿的移動(dòng)帶動(dòng)第二個(gè)桿、中間平臺(tái)的移動(dòng)，中間平臺(tái)的移動(dòng)帶動(dòng)分支四發(fā)生移動(dòng)，最終混聯(lián)機(jī)構(gòu)動(dòng)平臺(tái)發(fā)生移動(dòng)；上述分支二中與底平臺(tái)連接的圓柱副為主動(dòng)驅(qū)動(dòng)，第一個(gè)連桿在圓柱副的驅(qū)動(dòng)下發(fā)生移動(dòng)，第一個(gè)桿的移動(dòng)帶動(dòng)第二、第三連桿、中間平臺(tái)、分支四的移動(dòng)，最終使得動(dòng)平臺(tái)發(fā)生移動(dòng)；上述分支三中與動(dòng)平臺(tái)連接的轉(zhuǎn)動(dòng)副為主動(dòng)驅(qū)動(dòng)，動(dòng)平臺(tái)在轉(zhuǎn)動(dòng)副的驅(qū)動(dòng)下發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)；分支四中與中間平臺(tái)連接的圓柱副為主動(dòng)驅(qū)動(dòng)，第一個(gè)連桿在圓柱副的驅(qū)動(dòng)下發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)動(dòng)平臺(tái)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0008]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0009]1、適用于不需要連續(xù)運(yùn)動(dòng)而只需要進(jìn)行點(diǎn)位控制的場合；
[0010]2、具有兩個(gè)移動(dòng)和兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，運(yùn)動(dòng)解耦，故混聯(lián)機(jī)構(gòu)末端靈活性好，容易控制;
[0011]3、所有輸入驅(qū)動(dòng)全部與平臺(tái)相連，這樣減少了桿件的負(fù)載，具有良好的運(yùn)動(dòng)性和穩(wěn)定性及較快的反應(yīng)速度。
【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明的立體示意圖；
[0013]圖2是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]在圖2所示的一種兩移兩轉(zhuǎn)四自由度解耦空間混聯(lián)機(jī)構(gòu)示意圖中，底平臺(tái)I和中間平臺(tái)13為長方形結(jié)構(gòu)，分支一中的第一連桿3的一端通過移動(dòng)副2與底平臺(tái)I連接，該連桿3的另一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)副4與連桿5的一端連接，該連桿5的另一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)副6與動(dòng)平臺(tái)13連接；分支二中的第一連桿9的一端通過圓柱副8與定平臺(tái)圓柱導(dǎo)軌7連接，該連桿9的另一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)副10與第二個(gè)連桿11的一端連接，連桿11的另一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)副12與動(dòng)平臺(tái)13連接；分支三中的第一連桿16通過移動(dòng)副15與中間平臺(tái)13上的滑槽14連接，該第一連桿16的另一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)副17與第二個(gè)連桿18連接，該連桿18的另一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)副19與第三個(gè)連桿20連接，連桿20的另一端通過動(dòng)平臺(tái)13連接；分支四中第一連桿24的一端通過圓柱副23與中間平臺(tái)連接，第一連桿的另一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)副25與動(dòng)平臺(tái)26連接。
[0015]分支一中的移動(dòng)副2的中心線方向垂直于底平臺(tái)1，轉(zhuǎn)動(dòng)副4、6的軸線方向平行且垂直于定平臺(tái)I ;分支二中圓柱副8的軸線與定平臺(tái)I平行，轉(zhuǎn)動(dòng)副10、12的軸線相互平行垂直于分支一中轉(zhuǎn)動(dòng)副4、6軸線；分支三中移動(dòng)副15中心線方向平行于中間平臺(tái)13和分支二中圓柱副8的軸線，轉(zhuǎn)動(dòng)副17、19的軸線相互平行且垂直于中間平臺(tái)13，轉(zhuǎn)動(dòng)副21軸線平行于動(dòng)平臺(tái)26垂直于分支二中圓柱副8的軸線；分支四中與中間平臺(tái)連接的圓柱副23軸線垂直于中間平臺(tái)，轉(zhuǎn)動(dòng)副25軸線平行于中間平臺(tái)與分支三中轉(zhuǎn)動(dòng)副21同軸。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種(2T)&(2R)四自由度解耦混聯(lián)機(jī)構(gòu)，其主要由一個(gè)(2T)并聯(lián)機(jī)構(gòu)串聯(lián)一個(gè)(2R)并聯(lián)機(jī)構(gòu)組成。(2T)并聯(lián)機(jī)構(gòu)由底平臺(tái)、中間平臺(tái)和連接這兩個(gè)平臺(tái)的兩個(gè)分支組成，(2R)并聯(lián)機(jī)構(gòu)由動(dòng)平臺(tái)、中間平臺(tái)和連接這兩個(gè)平臺(tái)的兩個(gè)分支。其特征在于:分支一中第一個(gè)連桿的一端通過中心線垂直于動(dòng)平臺(tái)的移動(dòng)副與底平臺(tái)連接，該第一個(gè)連桿的另一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)副與第二個(gè)連桿的一端連接，該第二個(gè)連桿的另一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)副與動(dòng)平臺(tái)連接，其中第二個(gè)連桿兩端的轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線相互平行；分支二中的第一個(gè)連桿的一端通過軸線平行于底平臺(tái)圓柱副與底平臺(tái)連接，該第一個(gè)連桿的另一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)副與第二個(gè)連桿的一端連接，該第二個(gè)連桿的另一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)副與第三個(gè)連桿連接，第三個(gè)連桿的另一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)副與中間平臺(tái)連接，該分支中圓柱副和兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線相互平行；分支三中的第一個(gè)連桿的一端通過中心線平行于中間平臺(tái)的移動(dòng)副與中間平臺(tái)連接，該連桿的另一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)副與第二個(gè)連桿連接，連桿的另一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)副與第三個(gè)連桿連接，第三個(gè)連桿的另一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)副與動(dòng)平臺(tái)連接，第二個(gè)連桿兩端的軸線相互平行且垂直于中間平臺(tái)；分支四中第一個(gè)連桿的一端通過圓柱副與中間平臺(tái)連接，該連桿的另一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)副動(dòng)平臺(tái)連接。
2.按照權(quán)利要求1所述的兩移動(dòng)兩轉(zhuǎn)動(dòng)解耦混聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征在于:上述分支一中移動(dòng)副為主動(dòng)驅(qū)動(dòng)；上述分支二中與底平臺(tái)連接的圓柱副為主動(dòng)驅(qū)動(dòng)；上述分支三中與動(dòng)平臺(tái)連接的轉(zhuǎn)動(dòng)副為主動(dòng)驅(qū)動(dòng)；分支四中與中間平臺(tái)連接的圓柱副為主動(dòng)驅(qū)動(dòng)。
3.按照權(quán)利要求1所述的兩移動(dòng)兩轉(zhuǎn)動(dòng)解耦混聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征在于:上述分支一中第一個(gè)連桿兩端的移動(dòng)副和轉(zhuǎn)動(dòng)副可以用一個(gè)圓柱副代替；分支三中第三個(gè)連桿兩端的轉(zhuǎn)動(dòng)副可以用一個(gè)萬向鉸代替。
【專利摘要】本發(fā)明屬于機(jī)器人領(lǐng)域，特別涉及一種空間解耦混聯(lián)機(jī)構(gòu)。其主要由一個(gè)(2T)并聯(lián)機(jī)構(gòu)串聯(lián)一個(gè)(2R)并聯(lián)機(jī)構(gòu)組成。(2T)并聯(lián)機(jī)構(gòu)由底平臺(tái)、中間平臺(tái)和連接這兩個(gè)平臺(tái)的兩個(gè)分支組成，(2R)并聯(lián)機(jī)構(gòu)由動(dòng)平臺(tái)、中間平臺(tái)和連接這兩個(gè)平臺(tái)的兩個(gè)分支。其中，分支一是由一個(gè)中心線垂直于底平臺(tái)的移動(dòng)副和兩個(gè)軸線相互平行的轉(zhuǎn)動(dòng)副及連接運(yùn)動(dòng)副的兩個(gè)連桿組成；分支二由一個(gè)圓柱副和兩個(gè)軸線心線相互平行的轉(zhuǎn)動(dòng)副及連接各運(yùn)動(dòng)副的兩個(gè)連桿組成；分支三由一個(gè)移動(dòng)副和三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副及連接他們的三個(gè)連桿組成；分支四是由一個(gè)軸線垂直于中間平臺(tái)的圓柱副和一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副及連接它們的兩個(gè)連桿組成。本發(fā)明中(2T)并聯(lián)機(jī)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)垂直于定平臺(tái)二維移動(dòng)，(2R)并聯(lián)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)兩轉(zhuǎn)，(2T)&(1T1R)混聯(lián)機(jī)構(gòu)最終能夠?qū)崿F(xiàn)兩移兩轉(zhuǎn)功能，具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、剛性好、運(yùn)動(dòng)解耦、容易控制、動(dòng)態(tài)性能好等優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】B25J9-00
【公開號(hào)】CN104526688
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510032675
【發(fā)明人】曹毅, 秦友蕾, 李可, 吳靜靜
【申請(qǐng)人】江南大學(xué)
【公開日】2015年4月22日
【申請(qǐng)日】2015年1月20日