三自由度非對稱完全各向同性并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及工業(yè)機(jī)器人機(jī)構(gòu)領(lǐng)域，特別是涉及到了一種具有兩轉(zhuǎn)一移三自由度非對稱完全各向同性并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]并聯(lián)機(jī)構(gòu)又稱并聯(lián)機(jī)器人，是近年來機(jī)構(gòu)學(xué)和機(jī)器人領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一。相對于傳統(tǒng)串聯(lián)機(jī)構(gòu)，并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有剛度大、承載能力強(qiáng)、誤差累計小、動態(tài)性能好、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)，近年來被廣泛應(yīng)用于眾多技術(shù)領(lǐng)域。
[0003]三自由度的并聯(lián)機(jī)構(gòu)構(gòu)型設(shè)計吸引了眾多研究者的興趣，而其中具有兩個轉(zhuǎn)動和一個移動自由度形式的三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)因其廣闊的應(yīng)用潛力而成為該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。如公布號為CN103770104A、公布日為2014.05.07的中國專利申請公開了一種具有兩轉(zhuǎn)一移三自由度的空間串并聯(lián)機(jī)構(gòu)，公布號為0~1021262164、公布日為2011.07.20的中國專利申請公開了一種具有兩轉(zhuǎn)一移三自由度的對稱機(jī)構(gòu)并聯(lián)機(jī)構(gòu)，公布號為CN101856815A、公布日為2010.10.13的中國專利申請公開了一種具有兩轉(zhuǎn)一移自由度的微動并聯(lián)機(jī)構(gòu)，公布號為CN102126217A、公布日為2011.07.20的中國專利申請公開了一種具有兩轉(zhuǎn)一移三自由度的非對稱結(jié)構(gòu)并聯(lián)機(jī)構(gòu)。
[0004]上述類型的并聯(lián)機(jī)構(gòu)在高速拾取、機(jī)械加工、空間定位、醫(yī)療器械、微操作器、力傳感器、康復(fù)護(hù)理儀器等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用價值與商業(yè)價值。但已有的該類機(jī)構(gòu)如:3_RPS并聯(lián)機(jī)構(gòu)、3-PRS并聯(lián)機(jī)構(gòu)等存在著轉(zhuǎn)動與平動運(yùn)動存在耦合使其運(yùn)動學(xué)求解非常繁瑣復(fù)雜等缺點(diǎn)，在一定程度上限制了該類機(jī)構(gòu)的實際應(yīng)用范圍。如何設(shè)計滿足功能需求，且運(yùn)動學(xué)控制簡單、制造成本低廉的新型三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)是機(jī)構(gòu)研究者急需解決的問題。
[0005]完全各向同性并機(jī)構(gòu)是目前國際國內(nèi)非常重視的一個研究方向。工作空間內(nèi)雅可比矩陣條件數(shù)都為I的并聯(lián)機(jī)構(gòu)成為完全各向同性并聯(lián)機(jī)構(gòu)。它的雅可比矩陣是單位陣，在運(yùn)動學(xué)，力傳遞等方面有非常良好的特性:機(jī)構(gòu)運(yùn)動，力傳遞不失真，并且機(jī)構(gòu)解耦，不存在驅(qū)動奇異。尤其是全局各向同性并聯(lián)機(jī)構(gòu)，它不但具有剛度大、運(yùn)動響應(yīng)迅速的優(yōu)點(diǎn)，并且運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)的輸入和輸出間的線性關(guān)系易于實時控制。由于在高速下它可以較好的剛度和實時性保證較高的精度可以應(yīng)用在重載、精密等工作要求苛刻的場合。目前，各國學(xué)者在具有三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)各向同性構(gòu)型研究方面已經(jīng)展開激烈競爭以期提出性能優(yōu)良的此類型并聯(lián)機(jī)構(gòu)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種三自由度非對稱完全各向同性并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，以解決并聯(lián)機(jī)器人解耦性差、控制設(shè)計困難的問題。
[0007]為了解決上述問題，本發(fā)明的三自由度非對稱完全各向同性并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)采用以下技術(shù)方案:具有兩轉(zhuǎn)一移三自由度的非對稱并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，包括靜平臺、動平臺以及連接在動平臺與靜平臺之間的兩個分支運(yùn)動鏈，兩個分支運(yùn)動鏈中的一支為混合鏈分支，另一支為單開鏈分支，所述混合鏈分支包括第一子分支、第二子分支以及第七轉(zhuǎn)動副，第一子分支包括第三轉(zhuǎn)動副、第四萬向鉸、第五移動副和第六萬向鉸，其中第三轉(zhuǎn)動副的軸線與第四萬向鉸中的相連的軸線互相垂直，第四萬向鉸和第六萬向鉸中分別與第五移動副相鄰的轉(zhuǎn)動軸線相互平行且與第五移動副的軸線垂直，第四萬向鉸和第六萬向鉸中的其他兩條轉(zhuǎn)動軸線也相互平行；第二子分支包括自靜平臺開始依次串聯(lián)的第一移動副和第二轉(zhuǎn)動副，第一移動副的軸線與第二轉(zhuǎn)動副的轉(zhuǎn)動軸線互相垂直，第一、第二子分支并聯(lián)構(gòu)成一轉(zhuǎn)一移二自由度單閉鏈后與第七轉(zhuǎn)動副串聯(lián)，并通過第七轉(zhuǎn)動副與動平臺連接，第二轉(zhuǎn)動副的軸線與第七轉(zhuǎn)動副的軸線相互垂直，在混合鏈中第一移動副和第三轉(zhuǎn)動副為主動副；單開鏈分支包括從靜平臺到動平臺依次串聯(lián)的第八轉(zhuǎn)動副、第九萬向鉸、第十轉(zhuǎn)動副和第十一萬向鉸，第九萬向鉸的與第八轉(zhuǎn)動副相連的軸線平行于第八轉(zhuǎn)動副的軸線，第九萬向鉸的和第十一萬向鉸中與第十轉(zhuǎn)動副相連的軸線相互平行且平行于第十轉(zhuǎn)動副的軸線，第十一萬向鉸中與動平臺相連的軸線與第七轉(zhuǎn)動副的軸線平行，第八轉(zhuǎn)動副與第七轉(zhuǎn)動副的軸線相交于同一水平面內(nèi)，單開鏈中第八轉(zhuǎn)動副為主動副。
[0008]靜平臺為矩形平臺，混合鏈和單開鏈分別連接在靜平臺的相對的兩側(cè)。
[0009]第八轉(zhuǎn)動副軸線到第九萬向鉸中與之相平行的軸線之間的距離和第七轉(zhuǎn)動副的軸線到第十一萬向鉸中與動平臺相連接的軸線的距離相等。
[0010]第一移動副和第八轉(zhuǎn)動副的軸線垂直于第三轉(zhuǎn)動副的軸線。
[0011]在本發(fā)明的具有兩轉(zhuǎn)一移三自由度非對稱無親合完全各向同性并聯(lián)機(jī)構(gòu)中，安裝于靜平臺上的第一移動副、第三轉(zhuǎn)動副和第八轉(zhuǎn)動副被選為主動副。其中第一移動副和第八轉(zhuǎn)動副的轉(zhuǎn)動軸線與第三轉(zhuǎn)動副的軸線垂直。第七轉(zhuǎn)動副和第十一萬向鉸與動平臺相連。因此，本發(fā)明的并聯(lián)機(jī)構(gòu)動平臺可實現(xiàn)兩維轉(zhuǎn)動一維移動輸出運(yùn)動。機(jī)構(gòu)的雅可比矩陣為3X3單位陣，故動平臺的輸出與主動輸入呈一一對應(yīng)關(guān)系，大大減少了各運(yùn)動鏈之間的影響，解決了并聯(lián)機(jī)器人解耦性差、控制設(shè)計困難的問題。
【附圖說明】
[0012]圖1是三自由度非對稱完全各向同性并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的實施例的原理示意圖；
圖2是三自由度非對稱完全各向同性并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0013]三自由度非對稱完全各向同性并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的實施例，如圖1-2所示，該機(jī)構(gòu)包括靜平臺10、動平臺6以及連接靜平臺10和動平臺6的兩個分支運(yùn)動鏈，兩個分支運(yùn)動鏈中的一個為混合鏈分支，另一個為單開鏈分支。動平臺6采用臺面板。
[0014]混合鏈分支包括一個空間單閉鏈和與之串聯(lián)的第七轉(zhuǎn)動副R7，所述空間單閉鏈包括第一子分支和第二子分支。
[0015]第一子分支包括靜平臺10到第六萬向鉸U6依次設(shè)置的第三轉(zhuǎn)動副R3，第四萬向鉸U4和第五移動副P5。第三轉(zhuǎn)動副R3和第四萬向鉸U4通過連桿I連接，第四萬向鉸U4