一種三移動兩轉(zhuǎn)動完全各向同性混聯(lián)機器人機構(gòu)的制作方法
【專利說明】
所屬技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于機器人領(lǐng)域，特別涉及一種完全各向同性三維移動兩維轉(zhuǎn)動五自由度混聯(lián)機器人。
【背景技術(shù)】
[0002]混聯(lián)機器人同時兼具串聯(lián)機器人工作空間大、易控制，并聯(lián)器人結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、剛度大、誤差積累少、動態(tài)性能好、易求得運動學(xué)反解等各自的優(yōu)點，同時又能避免單純串、并聯(lián)構(gòu)型缺點，在現(xiàn)代制造業(yè)中更具有實用性，己在焊接、噴漆、搬運、汽車裝配、醫(yī)療等領(lǐng)域得到了應(yīng)用。
[0003]由于混聯(lián)機器人包涵并聯(lián)結(jié)構(gòu)，并聯(lián)機構(gòu)存在運動耦合性強的問題?；炻?lián)機器人耦合性的存在使得機構(gòu)在機構(gòu)設(shè)計、計算分析和運動控制等方面存在著諸多問題。因此，為簡化混聯(lián)機器人的控制過程，提高混聯(lián)機構(gòu)的解耦性已經(jīng)成為機構(gòu)學(xué)研宄領(lǐng)域的熱點問題。
[0004]在五自由度混聯(lián)機器人研宄中，中國專利文獻CN1524662A提出了非對稱空間5自由度混聯(lián)機器人接其優(yōu)點是模塊化設(shè)計，可實現(xiàn)即插即用。中國專利文獻CN102133560A提出了一種多噴槍協(xié)同式噴涂五軸混聯(lián)機器人，該種五軸混聯(lián)噴涂機器人具有結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、控制解耦、運動工作空間大、定位精度高等優(yōu)點，上述發(fā)明機構(gòu)雖然機構(gòu)實現(xiàn)運動解耦，但是能夠?qū)崿F(xiàn)三維移動兩維轉(zhuǎn)動該類解耦混聯(lián)機構(gòu)十分稀少，大部分機構(gòu)的解耦性以及運動各向同性并沒有很好解決。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的空缺及不足，提供一種1T&(2T1R)&1R完全各向同性混聯(lián)機器人，該機構(gòu)在實現(xiàn)末端三維移動兩維轉(zhuǎn)動五自由度運動輸出的同時還能具有完全各向同性及完全解耦的性能。
[0006]該機構(gòu)主要由定平臺、底平臺和動平臺以及連接兩平臺之間三條支鏈的(21R)并聯(lián)機構(gòu)、機構(gòu)末端及連接它們之間的運動副組成。其中:底平臺由移動副IT與定平臺連接，支鏈一是由兩個移動副和兩個軸線垂直的轉(zhuǎn)動副及連桿組成，支鏈二由一個轉(zhuǎn)動副一個移動副和三軸線平行的轉(zhuǎn)動副和連桿連接組成。支鏈三是由一個移動副一個平行四邊形鉸鏈和三個轉(zhuǎn)動副及連桿構(gòu)成，動平臺經(jīng)轉(zhuǎn)動副IR與機構(gòu)末端連接。
[0007]支鏈一中，第一個連桿的一端通過方向垂直于定平臺的移動副與底平臺連接，該連桿的另一端通過移動副與第二個連桿連接，該連桿另一端通過轉(zhuǎn)動副與第三個連桿連接，該連桿另一端通過轉(zhuǎn)動副與動平臺連接，其中兩移動副中心線相互垂直，第二個連桿兩端的運動副中心線相互垂直，第三個連桿兩端的轉(zhuǎn)動副軸線相互垂直；
[0008]支鏈二中，第一個連桿通過軸線平行于底平臺的轉(zhuǎn)動副與底平臺連接，連桿另一端通過移動副與第二個連桿連接，第二個連桿另一端通過轉(zhuǎn)動副與第三個連桿連接，該連桿的另一端通過轉(zhuǎn)動副與第四個連桿連接，該連桿另一端通過軸線平行于動平臺的轉(zhuǎn)動副與動平臺連接，其中第一個連桿兩端的運動副中心線方向相互垂直，第二個連桿的運動副中心線相互平行，第三、四個連桿兩端的轉(zhuǎn)動副軸線相互平行；
[0009]支鏈三中第一個連桿通過移動副與底平臺連接，連桿另一端通過平行四邊形鉸鏈與第二個連桿連接，連桿另一端轉(zhuǎn)動副與第三個連桿連接，連桿的另一端通過轉(zhuǎn)動副與第四個連桿連接，該連桿的另一端通過轉(zhuǎn)動副與動平臺連接，其中第一、二、三個連桿兩端的運動副中心線相互平行，第四個連桿兩端轉(zhuǎn)動副軸線相互垂直；
[0010]支鏈二中與底平臺連接的轉(zhuǎn)動副軸線平行于定平臺上移動副方向，支鏈三和定平臺連接的移動副方向相互垂直且都平行于定平面，與機構(gòu)末端連接的轉(zhuǎn)動副軸線位于動平臺中心。支鏈二中第二個連桿兩端的運動副可以用圓柱副代替，支鏈三中平行四邊形鉸鏈可用與之平行的轉(zhuǎn)動副代替。定平臺連接的移動副為主動副，底平臺連接的三個轉(zhuǎn)動副為主動副，機構(gòu)末端連接的轉(zhuǎn)動副為主動副。
[0011]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點:
[0012]1、該混聯(lián)機構(gòu)屬于在并聯(lián)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上串接運動副的結(jié)構(gòu)形式，實現(xiàn)了三移二轉(zhuǎn)五自由度運動，結(jié)構(gòu)較為簡單，成本低且易于裝配。
[0013]2、各支鏈中各含有一個主動副且位于平臺上降低了運動慣性，具有良好的運動特性；
[0014]3、該機構(gòu)末端運動雅克比矩陣為5X5單位矩陣，具有完全各向同性且完全解耦，輸入輸出間具有一對一的控制關(guān)系，在機構(gòu)轉(zhuǎn)動的同時不產(chǎn)生伴隨移動，且具有良好的力學(xué)傳遞性能；
【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明的立體示意簡圖。
[0016]圖2是整體示意結(jié)構(gòu)簡圖。
【具體實施方式】
[0017]一種三移動兩轉(zhuǎn)動完全各向同性混聯(lián)機器人機構(gòu)，如圖1、2所示，定平臺I通過方向平行于靜平面的移動副？工與底平臺2連接，動平臺14通過三條支鏈與底平臺2連接，機構(gòu)末端15通過轉(zhuǎn)動副&與動平臺連接。底平臺2、上平臺14以及連接兩平臺間的三條支鏈組成(2T1R)并聯(lián)機構(gòu)。支鏈一中，第一個連桿3的一端通過方向垂直于定平臺I的移動副P11與底平臺2連接，連桿3的另一端通過移動副P 12與第二個連桿4連接，連桿4另一端通過轉(zhuǎn)動副Rll與第三個連桿5連接，連桿5另一端通過轉(zhuǎn)動副R12與動平臺14連接，其中兩移動副Pu、P12中心線相互垂直，第二個連桿4兩端的運動副P 12、R11中心線相互垂直，第三個連桿5兩端的轉(zhuǎn)動副Rn、R12軸線相互垂直；
[0018]支鏈二中，第一個連桿6通過軸線平行于定臺I的轉(zhuǎn)動副R21與底平臺2連接，連桿6另一端通過移動副P21與第二個連桿7連接，連桿7另一端通過轉(zhuǎn)動副R22與第三個連桿8連接，連桿8的另一端通過轉(zhuǎn)動副R23與第四個連桿9連接，連桿9另一端通過轉(zhuǎn)動副R24與動平臺連接，其中第一個連桿6兩端的運動副R21、P21中心線方向相互垂直，第二個連桿7的運動副P21、R22中心線相互平行，第三、四個連桿兩端的轉(zhuǎn)動副R 22、R23.R24軸線相互平行；
[0019]支鏈三中第一個連桿10通過移動副P31與底平臺2連接，連桿10另一端通過平行四邊形鉸鏈Pa31與第二個連桿11連接，連桿11另一端轉(zhuǎn)動副R31與第三個連桿12連接，連桿12的另一端通過轉(zhuǎn)動副R32與第四個連桿13連接，連桿13的另一端通過轉(zhuǎn)動副R33與動平臺連接，其中第一、二、三個連桿兩端的運動副P31、Pa31、R31、R32中心線相互平行，第四個連桿兩端轉(zhuǎn)動副R32、R33軸線相互垂直；
[0020]上述支鏈中移動副Pp Pn、P31相互垂直，轉(zhuǎn)動副R 21、R12、R33軸線相互平行，轉(zhuǎn)動副R24、R31、R32軸線相互平行，轉(zhuǎn)動副R 4軸線垂直于動平臺且位于動平臺中心位置。
[0021]定平臺連接的移動副P1S主動副，控制機構(gòu)沿P1方向的移動，其驅(qū)動機構(gòu)可通過直線伺服電機或電機帶動絲桿機構(gòu)；支鏈一中主動副為移動副P11控制機構(gòu)沿P η方向的移動，其驅(qū)動機構(gòu)可通過氣缸或液壓缸，支鏈二中主動副為轉(zhuǎn)動副R21，控制機構(gòu)繞R12軸線的轉(zhuǎn)動，可通過伺服電機驅(qū)動；支鏈三中主動副為移動副P31，控制機構(gòu)沿P31方向的移動，可通過直線伺服電機或電機帶動絲桿機構(gòu)；機構(gòu)末端連接的轉(zhuǎn)動副R4為主動副為，控制機構(gòu)繞R4軸線的轉(zhuǎn)動，可通過伺服電機驅(qū)動。最終實現(xiàn)該機構(gòu)三移二轉(zhuǎn)五自由度運動輸出，完全解耦且具有完全各向同性。
【主權(quán)項】
1.一種三移動兩轉(zhuǎn)動完全各向同性混聯(lián)機器人機構(gòu)，其特征在于:一個(2T1R)并聯(lián)機構(gòu)分別在底平臺上串接一個移動副IT和在動平臺上串接一個轉(zhuǎn)動副IR組成1T&(2T1R)&1R混聯(lián)機構(gòu)，其中(2T1R)并聯(lián)機構(gòu)由底平臺、動平臺以及連接兩平臺間的三條支鏈組成。支鏈一中，第一個連桿的一端通過方向垂直于定平臺的移動副與底平臺連接，該連桿的另一端通過移動副與第二個連桿連接，該連桿另一端通過轉(zhuǎn)動副與第三個連桿連接，該連桿另一端通過轉(zhuǎn)動副與動平臺連接，其中兩移動副中心線相互垂直，第二個連桿兩端的運動副中心線相互垂直，第三個連桿兩端的轉(zhuǎn)動副軸線相互垂直；支鏈二中，第一個連桿通過軸線平行于底平臺的轉(zhuǎn)動副與底平臺連接，連桿另一端通過移動副與第二個連桿連接，第二個連桿另一端通過轉(zhuǎn)動副與第三個連桿連接，該連桿的另一端通過轉(zhuǎn)動副與第四個連桿連接，該連桿另一端通過轉(zhuǎn)動副與動平臺連接，其中第一個連桿兩端的運動副中心線方向相互垂直，第二個連桿的運動副中心線相互平行，第三、四個連桿兩端的轉(zhuǎn)動副軸線相互平行；支鏈三中第一個連桿通過移動副與底平臺連接，連桿另一端通過平行四邊形鉸鏈與第二個連桿連接，連桿另一端轉(zhuǎn)動副與第三個連桿連接，連桿的另一端通過轉(zhuǎn)動副與第四個連桿連接，該連桿的另一端通過轉(zhuǎn)動副與動平臺連接，其中第一、二、三個連桿兩端的運動副中心線相互平行，第四個連桿兩端轉(zhuǎn)動副軸線相互垂直。
2.按照權(quán)利要求1所述的一種三移動兩轉(zhuǎn)動完全各向同性混聯(lián)機器人機構(gòu)，其特征在于:支鏈二中與底平臺連接的轉(zhuǎn)動副軸線平行于定平臺上移動副方向，支鏈三和定平臺連接的移動副方向相互垂直且都平行于定平面，與機構(gòu)末端連接的轉(zhuǎn)動副軸線位于動平臺中心。
3.按照權(quán)利要求1所述的一種三移動兩轉(zhuǎn)動完全各向同性混聯(lián)機器人機構(gòu)，其特征在于:上述支鏈二中第二個連桿兩端的運動副可以用圓柱副代替，支鏈三中平行四邊形鉸鏈可用與之平行的轉(zhuǎn)動副代替。
4.按照權(quán)利要求1所述的一種三移動兩轉(zhuǎn)動完全各向同性混聯(lián)機器人機構(gòu)，其特征在于:定平臺連接的移動副為主動副，底平臺連接的三個轉(zhuǎn)動副為主動副，機構(gòu)末端連接的轉(zhuǎn)動副為主動副。
【專利摘要】一種機器人技術(shù)領(lǐng)域的完全各向同性三移動兩轉(zhuǎn)動混聯(lián)機器人，包括：定平臺、底平臺和動平臺以及連接兩平臺之間三條支鏈的(2T1R)并聯(lián)機構(gòu)、機構(gòu)末端，其中：底平臺由移動副1T與定平臺連接，支鏈一是由兩個移動副和兩個軸線垂直的轉(zhuǎn)動副及連桿組成，支鏈二由一個轉(zhuǎn)動副一個移動副和三軸線平行的轉(zhuǎn)動副和連桿連接組成。支鏈三是由一個移動副一個平行四邊形鉸鏈和三個轉(zhuǎn)動副及連桿構(gòu)成，動平臺經(jīng)轉(zhuǎn)動副與機構(gòu)末端連接。該機構(gòu)中與底平臺及機構(gòu)末端連接的五個運動副為主動驅(qū)動，實現(xiàn)了三維移動和兩維轉(zhuǎn)動運動和主動關(guān)節(jié)速度與末端輸出一對一控制，本發(fā)明運動解耦，完全各向同性具有優(yōu)越的運動傳遞性能，可作為坐標測量機的末端執(zhí)行機構(gòu)。
【IPC分類】B25J9-00
【公開號】CN104875192
【申請?zhí)枴緾N201510257144
【發(fā)明人】曹毅, 秦友蕾, 陳海, 劉凱, 李保坤
【申請人】江南大學(xué)
【公開日】2015年9月2日
【申請日】2015年5月19日