一種1t&(1t2r)&1r完全各向同性混聯(lián)機器人機構的制作方法
【專利說明】
所屬技術領域
[0001]本發(fā)明屬于機器人領域，特別涉及一種完全各向同性兩移動三轉動混聯(lián)機器人機構。
【背景技術】
[0002]并聯(lián)機器人機構是由多條支鏈的組成的一種閉環(huán)結構，故其具有剛性好、精度高、響應速度快等優(yōu)點如在工業(yè)中廣泛使用的Delta三移動并聯(lián)機器人和Stewart六自由度并聯(lián)機器人，然而相對串聯(lián)機器人卻存在運動空間小這一缺陷。于是人們將串聯(lián)機構和并聯(lián)機構結合起來，取長補短，進而得到了混聯(lián)機器人。因此混聯(lián)機構在工業(yè)機器人、數(shù)控機床、醫(yī)用機器人以及服務機器人等領域具有廣泛的應用。
[0003]目前混聯(lián)機器人機構大多采用的是在并聯(lián)機構串接一個串聯(lián)機構形式，如中國發(fā)明專利文獻 CN101966500A、CN101966502A、CN103909518A、CN103624774A，然而大多存在的混聯(lián)機構基本上是實現(xiàn)三維移動和二維轉動功能。對于實現(xiàn)兩移動三轉動的研宄較少。然而并聯(lián)機構的研宄是混聯(lián)機構創(chuàng)新的源泉，經(jīng)檢索發(fā)現(xiàn)對于1T2R型解耦并聯(lián)機構的研宄取得了一定的進展如中國專利文獻CN103302661A，但是該機構的3個主動驅動位于兩條支鏈，且含有一條六自由度支鏈，機構的運動慣性較大，且不具有完全各向同性的性能。因此需要一種新的技術方法解決上述問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術的空缺及不足，提供一種1T&(1T2R)&1R完全各向同性混聯(lián)機器人機構，該機構在實現(xiàn)末端兩維移動三維轉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。
[0005]該機構主要由靜平臺、底平臺和上平臺以及連接兩平臺之間三條支鏈的(1T2R)并聯(lián)機構、機構末端及連接它們之間的運動副組成。其中:靜平臺由移動副IT與底平臺連接，支鏈一是由一個移動副和兩個軸線垂直的轉動副及連桿組成，支鏈二依次由一個轉動副一個移動副和三軸線平行的轉動副和連桿連接組成。支鏈三是由一個轉動副一個移動副和三軸線平行的轉動副及連桿構成，
[0006]支鏈一中，第一個連桿的一端通過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，該連桿另一端通過虎克鉸與上平臺連接，其中移動副平行于底平臺，虎克鉸中一個轉動副軸線垂直于底平臺；
[0007]支鏈二中，第一個連桿通過軸線平行于底平臺的轉動副與底平臺連接，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動副與第三個連桿連接，該連桿的另一端通過轉動副與第四個連桿連接，該連桿另一端通過軸線垂直于上平臺的轉動副與上平臺連接，其中第一個連桿兩端的運動副中心線方向相互垂直，第三、四個連桿兩端的轉動副軸線相互平行；
[0008]支鏈三中第一個連桿通過軸線垂直于底平臺的轉動副與底平臺連接，連桿另一端通過移動副與第二個連桿連接，連桿另一端轉動副與第三個連桿連接，連桿的另一端通過轉動副與第四個連桿連接，該連桿的另一端通過轉動副與上平臺連接，其中第一個連桿兩端的運動副中心線相互垂直，第二個連桿兩端運動副中心線相互平行，第三、四連桿兩端的轉動副軸線相互平行；
[0009]靜平臺連接的移動副和支鏈一移動副方向相互垂直且都平行于定平面，與機構末端連接的轉動副軸線和支鏈一中虎克鉸轉動軸心交于一點。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，支鏈三中第二個連桿兩端的移動副和轉動副可以用圓柱副代替。靜平臺連接的移動副為主動副，底平臺連接的三個轉動副為上動副，機構末端連接的轉動副為主動副。
[0010]本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有如下優(yōu)點:
[0011]1、該混聯(lián)機構屬于在并聯(lián)結構基礎上串接運動副的結構形式，結構較為簡單且運動副為簡單副，成本低且易于裝配；
[0012]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；
[0013]3、該機構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，實現(xiàn)了兩移動三轉動五自由度運動輸入輸出間一對一的控制關系，在機構轉動的同時不產(chǎn)生伴隨移動，且具有良好的力學傳遞性能。
【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明的立體示意簡圖。
[0015]圖2是整體示意結構簡圖。
【具體實施方式】
[0016]一種1T&(1T2R)&1R完全各向同性混聯(lián)機器人機構，如圖1、2所示，靜平臺I通過方向平行于靜平面的移動副？工與底平臺2連接，上平臺5通過三條支鏈與底平臺2連接，機構末端14通過轉動副&與上平臺連接。底平臺2、上平臺5以及連接兩平臺間的三條支鏈組成(1T2R)并聯(lián)機構。支鏈一中，第一個連桿3的一端通過移動副P11與底平臺I上滑槽連接，連桿3的另一端通過虎克鉸4與上平臺5連接，其中移動副P11移動方向與移動副Pl垂直且平行于靜平面，虎克鉸4中轉動副Rll軸線垂直于靜平臺I ;
[0017]支鏈二中，第一個連桿6通過軸線平行于底平臺2的轉動副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另一端通過轉動副R22與第三個連桿8連接，連桿8的另一端通過轉動副R23與第四個連桿9連接，連桿9另一端通過軸線垂直于上平臺的轉動副R24與上平臺5連接，其中轉動副R21軸線平行于虎克鉸中轉動軸R12,移動副P21中心線垂直于轉動副R21軸線，轉動副R 22、R23.R24軸線相互平行且垂直于上平臺5 ；
[0018]支鏈三中第一個連桿10通過軸線垂直于底平臺的轉動副R31與底平臺2連接，連桿10另一端通過移動副P31與第二個連桿11連接，連桿11另一端轉動副R32與第三個連桿12連接，連桿12的另一端通過轉動副R33與第四個連桿13連接，連桿13的另一端通過轉動副R34與上平臺5連接，其中移動副P31中心線垂直于轉動副R31，移動副P31與轉動副R 32、R33、R34軸線相互平行于支鏈二中轉動副R21;機構末端14通過轉動副R4與上平臺連接其軸線和虎克鉸4中心交于一點。
[0019]靜平臺連接的移動副P1S主動副，控制機構沿P工方向的移動，其驅動機構可通過直線伺服電機或電機帶動絲桿機構；支鏈一中主動副為移動副P11控制機構沿P η方向的移動，其驅動機構可通過電機帶動絲桿機構，支鏈二中主動副為轉動副R21，控制機構繞R12軸線的轉動，可通過伺服電機驅動；支鏈三中主動副為轉動副R31，控制機構繞R11軸線的轉動，可通過伺服電機驅動；機構末端連接的轉動副R4為主動副為，控制機構繞R4軸線的轉動，可通過伺服電機驅動。最終實現(xiàn)該機構兩移動三轉動五自由度運動輸出完全解耦且具有完全各向同性。
【主權項】
1.一種1T&(1T2R)&1R完全各向同性混聯(lián)機器人機構，其特征在于:一個(1T2R)并聯(lián)機構分別在底平臺上串接一個移動副IT和在上平臺上串接一個轉動副IR組成1T&(1T2R)&1R混聯(lián)機構，其中(2T1R)并聯(lián)機構由底平臺、上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，該連桿另一端通過虎克鉸與上平臺連接，其中移動副平行于底平臺，虎克鉸中一個轉動副軸線垂直于底平臺；支鏈二中，第一個連桿通過軸線平行于底平臺的轉動副與底平臺連接，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動副與第三個連桿連接，該連桿的另一端通過轉動副與第四個連桿連接，該連桿另一端通過軸線垂直于上平臺的轉動副與上平臺連接，其中第一個連桿兩端的運動副中心線方向相互垂直，第三、四個連桿兩端的轉動副軸線相互平行；支鏈三中第一個連桿通過軸線垂直于底平臺的轉動副與底平臺連接，連桿另一端通過移動副與第二個連桿連接，連桿另一端轉動副與第三個連桿連接，連桿的另一端通過轉動副與第四個連桿連接，該連桿的另一端通過轉動副與上平臺連接，其中第一個連桿兩端的運動副中心線相互垂直，第二個連桿兩端運動副中心線相互平行，第三、四連桿兩端的轉動副軸線相互平行。
2.按照權利要求1所述的一種1T&(1T2R)&1R完全各向同性混聯(lián)機器人機構，其特征在于:靜平臺連接的移動副和支鏈一移動副方向相互垂直且都平行于定平面，與機構末端連接的轉動副軸線和支鏈一中虎克鉸轉動軸心交于一點。
3.按照權利要求1所述的一種1T&(1T2R)&1R完全各向同性混聯(lián)機器人機構，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，支鏈三中第二個連桿兩端的移動副和轉動副可以用圓柱副代替。
4.按照權利要求1所述的一種1T&(1T2R)&1R完全各向同性混聯(lián)機器人機構，其特征在于:靜平臺連接的移動副為主動副，底平臺連接的三個轉動副為主動副，機構末端連接的轉動副為主動副。
【專利摘要】一種機器人技術領域的完全各向同性兩移動三轉動五自由度混聯(lián)機構，包括：靜平臺、底平臺和上平臺以及連接兩平臺之間三條支鏈的(1T2R)并聯(lián)機構、機構末端，其中：靜平臺由移動副1T與底平臺連接，支鏈一是由一個移動副和兩個軸線垂直的轉動副及連桿組成，支鏈二依次由一個轉動副一個移動副和三軸線平行的轉動副和連桿連接組成。支鏈三是由一個轉動副一個移動副和三軸線平行的轉動副及連桿構成，上平臺經(jīng)轉動副1R與機構末端連接。該機構中與底平臺及機構末端連接的五個運動副為主動驅動，實現(xiàn)了兩維移動和三維轉動五自由度運動輸出完全解耦，本發(fā)明結構簡單，成本低，運動解耦，運動學完全各向同性。
【IPC分類】B25J9-00
【公開號】CN104875193
【申請?zhí)枴緾N201510257145
【發(fā)明人】曹毅, 秦友蕾, 陳海, 單春成, 李保坤
【申請人】江南大學
【公開日】2015年9月2日
【申請日】2015年5月19日