一種(2t1r)&(1t1r)五自由度解耦混聯(lián)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，特別涉及一種空間解耦混聯(lián)機構(gòu)。
【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。也是創(chuàng)新發(fā)展各種復雜先進裝備所需的新機型來源之一。
[0003]少自由度并聯(lián)機構(gòu)設(shè)計與創(chuàng)新是混聯(lián)機構(gòu)的設(shè)計一個重要前提，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。混聯(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)學研究領(lǐng)域的熱點問題。
[0004]在混聯(lián)機器人研究中，黃田教授設(shè)計的4自由度TriVariant機器人由一個2自由度并聯(lián)機構(gòu)和一個2自由度轉(zhuǎn)動頭串聯(lián)構(gòu)成，哈爾濱量具刃具集團有限責任公司推出了一種全新結(jié)構(gòu)的加工中心LINKS-EXE700，整個并聯(lián)部分3T和串聯(lián)部分2R構(gòu)成一個具有5個自由度的混聯(lián)機器人。對于五自由度混聯(lián)機構(gòu)的解耦性研究取得一些進展，例如，中國專利文獻CN102133560A —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，能實現(xiàn)高質(zhì)量、高效率的噴涂。上述發(fā)明機構(gòu)雖然機構(gòu)動平臺能實現(xiàn)三移兩轉(zhuǎn)運動，但是該類機構(gòu)十分稀少，大部分機構(gòu)的解耦性并沒有很好解決。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、易于控制、運動解耦的三移兩轉(zhuǎn)五自由度混聯(lián)機器人。其主要由一個三分支并聯(lián)機構(gòu)(2T1R)和一個兩分支并聯(lián)機構(gòu)(ITlR)組成(2T1R)&(1T1R)五自由度解耦混聯(lián)機構(gòu)，三分支并聯(lián)機構(gòu)由定平臺、動平臺、以及連接動平臺和動平臺的三個分支。兩分支并聯(lián)機構(gòu)由動平臺、機構(gòu)末端、以及連接動平臺和末端的兩個分支組成；其中定平臺為長方形結(jié)構(gòu)，該定平臺的相鄰兩邊設(shè)有導軌，兩導軌的中心線相互垂直且均平行與定平臺底面，動平臺為類三角形結(jié)構(gòu)；分支一由一個移動副和一個轉(zhuǎn)動副一個平行四邊形鉸鏈，一個萬向鉸以及連接它們的連桿組成；分支二由一個移動副和一個平行四邊形鉸鏈以及兩個轉(zhuǎn)動副以及連接它們的連桿組成；分支三由三個轉(zhuǎn)動副一個移動副和連接它們的三個連桿組成；分支四由兩個方向垂直的移動副及一個轉(zhuǎn)動副組成；分支五由三個轉(zhuǎn)動副軸線平行的轉(zhuǎn)動副和一個與之垂直的一個轉(zhuǎn)動副組成。
[0006]其中，其分支一中的第一連桿的一端通過移動副與定平臺連接，該第一連桿的另一端通過轉(zhuǎn)動副與平行四邊形鉸鏈連接，該平行四邊形鉸鏈另一端通過萬向鉸與動平臺一端連接；分支二中的第一連桿的一端通過移動副與定平臺連接，該第一連桿的另一端通過轉(zhuǎn)動副與平行四邊形鉸鏈連接，該平行四邊形鉸鏈的另一端通過轉(zhuǎn)動副與動平臺連接；分支三中的第一連桿通過轉(zhuǎn)動副與定平臺連接，該第一連桿的另一端通過轉(zhuǎn)動副與第二連桿的一端連接，該第二連桿的另一端通過移動副與第三連桿的一端連接，該第三連桿的另一端通過轉(zhuǎn)動副與動平臺連接；分支四中的第一連桿通過移動副與動平臺連接，該第一連桿的另一端通過移動副與第二連桿的一端連接，該第二連桿的另一端通過轉(zhuǎn)動副與機構(gòu)末端連接；分支五中第一連桿通過轉(zhuǎn)動副與動平臺連接，該第一連桿的另一端通過轉(zhuǎn)動副與第二連桿的一端連接，該第二連桿的另一端通過轉(zhuǎn)動副與第三連桿的一端連接，該第三連桿的另一端通過轉(zhuǎn)動副與機構(gòu)末端連接。
[0007]分支一中移動副的移動方向和除與動平臺連接的轉(zhuǎn)動副的軸線平行，且與和萬向鉸中一個的軸線垂直；在分支二中，移動副的移動方向和轉(zhuǎn)動副的軸線平行；在分支三中，移動副方向與定平臺平行，除與定平臺連接的轉(zhuǎn)動副外，其它兩個轉(zhuǎn)動副的軸線平行，且與和定平臺連接的轉(zhuǎn)動副的軸線垂直；分支四中兩移動副相互垂直轉(zhuǎn)動副與分支五中與末端連接的轉(zhuǎn)動副軸線平行；分支五中前三個轉(zhuǎn)動副軸線平行垂直于與末端連接的轉(zhuǎn)動副軸線。
[0008]分支一中與定平臺連接的移動副通過滾珠絲桿驅(qū)動實現(xiàn)；上述分支二中與定平臺連接移動副通過滾珠絲桿驅(qū)動實現(xiàn)；上述分支三中與定平臺連接的轉(zhuǎn)動副通過伺服電機驅(qū)動實現(xiàn)；上述分支四中移動副通過氣缸驅(qū)動，分支五中與末端連接的轉(zhuǎn)動副通過伺服電機驅(qū)動。
[0009]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點:
[0010]1、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，運動副有低副也有復合運動副，裝配簡單；
[0011]2、實現(xiàn)了空間三個移動自由度和兩個轉(zhuǎn)動自由度運動解耦；
[0012]3、所有輸入驅(qū)動全部與平臺相連，這樣減少了桿件的負載，具有良好的運動性和穩(wěn)定性及較快的反應速度。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明的立體示意簡圖；
[0014]圖2整體示意結(jié)構(gòu)簡圖；
[0015]圖3整體示意結(jié)構(gòu)簡圖。
【具體實施方式】
[0016]在圖3所示的一種三移兩轉(zhuǎn)五自由度解耦空間混聯(lián)機構(gòu)示意圖中，定平臺16為長方形結(jié)構(gòu)，動平臺6為類三角形結(jié)構(gòu)。該定平臺的相鄰兩邊設(shè)有直角導軌I和15，直角滑軌的中心線與定平臺底面平行；分支一中的第一連桿的一端通過移動副2與定平臺連接，該連桿3的另一端通過轉(zhuǎn)動副4與平行四邊形鉸鏈5的一端連接，該平行四邊形鉸鏈5的另一端通過萬向鉸7與動平臺8連接；分支二中的第一連桿通過移動副14與定平臺16連接，該第一連桿13的另一端通過轉(zhuǎn)動副12與平行四邊形鉸鏈11 一端連接，該平行四邊形鉸鏈的另一端通過轉(zhuǎn)動副9與動平臺8連接；分支三中的第一連桿18的一端通過轉(zhuǎn)動副17與定平臺連接，該第一連桿的另一端通過轉(zhuǎn)動副19與第二連桿20的一端連接，該第二連桿的另一端通過移動副21與第三連桿22的一端連接，該第三連桿的另一端通過轉(zhuǎn)動副23與動平臺連接。分支四中的第一連桿通過移動副27與動平臺連接，該第一連桿的另一端通過移動副28與第二連桿29的一端連接，該第二連桿的另一端通過轉(zhuǎn)動副30與機構(gòu)末端34連接；分支五中第一連桿通過轉(zhuǎn)動副24與動平臺連接，該第一連桿的另一端通過轉(zhuǎn)動副25與第二連桿26的一端連接，該第二連桿的另一端通過轉(zhuǎn)動副31與第三連桿32的一端連接，該第三連桿的另一端通過轉(zhuǎn)動副33與機構(gòu)末端34連接。
[0017]分支一中的移動副2的移動方向平行于轉(zhuǎn)動副4、7軸線與分支二中的移動副14的移動方向垂直，都始終與動平臺8平行。分支一中轉(zhuǎn)動副4和萬向鉸7離定平臺近的一端平行與離動平臺近的一端垂直同時與分支二中與動平臺連接的轉(zhuǎn)動副9的軸線與轉(zhuǎn)動副12軸線平行，與分支3中轉(zhuǎn)動副19、23軸線相垂直，分支一中平行四邊形鉸鏈5中的轉(zhuǎn)動副軸線與轉(zhuǎn)動副4平行；分支二中移動副14的方向與轉(zhuǎn)動副9、12以及平行四邊形鉸鏈的轉(zhuǎn)動副軸線方向平行，同時與分支三中轉(zhuǎn)動副17軸線平行。分支三中轉(zhuǎn)動副17軸線平行于定平臺和移動副20中心線，轉(zhuǎn)動副19、23軸線方向與定平臺相垂直；分支四移動27垂直于動平面且于移動副29中心線垂直，轉(zhuǎn)動副軸線30平行于動平面且與移動副29、27中心線分別垂直。分支五轉(zhuǎn)動副24、25、31軸線互相平行，平行于動平面和移動副28，垂直于轉(zhuǎn)動副33軸線。
【主權(quán)項】
1.一種三移兩轉(zhuǎn)五自由度解親混聯(lián)機器人，其主要包括一個三分支并聯(lián)機構(gòu)和一個兩分支并聯(lián)機構(gòu)，三分支并聯(lián)機構(gòu)由定平臺、動平臺、以及連接動平臺和動平臺的三個分支。兩分支并聯(lián)機構(gòu)由動平臺、機構(gòu)末端、以及連接動平臺和末端的兩個分支組成；其特征在于:其定平臺為長方形結(jié)構(gòu)，該定平臺的相鄰兩邊設(shè)有導軌，兩導軌的中心線相互垂直且均與定平臺底面平行；其分支一中的第一連桿的一端通過移動副與定平臺連接，該第一連桿的另一端通過轉(zhuǎn)動副與平行四邊形鉸鏈連接，該平行四邊形鉸鏈另一端通過萬向鉸與動平臺一端連接；分支二中的第一連桿的一端通過移動副與定平臺連接，該第一連桿的另一端通過轉(zhuǎn)動副與平行四邊形鉸鏈連接，該平行四邊形鉸鏈的另一端通過轉(zhuǎn)動副與動平臺連接；分支三中的第一連桿通過轉(zhuǎn)動副與定平臺連接，該第一連桿的另一端通過轉(zhuǎn)動副與第二連桿的一端連接，該第二連桿的另一端通過移動副與第三連桿的一端連接，該第三連桿的另一端通過轉(zhuǎn)動副與動平臺連接；分支四中的第一連桿通過移動副與動平臺連接，該第一連桿的另一端通過移動副與第二連桿的一端連接，該第二連桿的另一端通過轉(zhuǎn)動副與機構(gòu)末端連接；分支五中第一連桿通過轉(zhuǎn)動副與動平臺連接，該第一連桿的另一端通過轉(zhuǎn)動副與第二連桿的一端連接，該第二連桿的另一端通過轉(zhuǎn)動副與第三連桿的一端連接，該第三連桿的另一端通過轉(zhuǎn)動副與機構(gòu)末端連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種解耦的三移兩轉(zhuǎn)五自由度混聯(lián)機器人，其特征在于:分支一中，移動副的移動方向和除與動平臺連接的轉(zhuǎn)動副的軸線平行，且與和萬向鉸中一個的軸線垂直；在分支二中，移動副的移動方向和轉(zhuǎn)動副的軸線平行；在分支三中，移動副方向與定平臺平行，除與定平臺連接的轉(zhuǎn)動副外，其它兩個轉(zhuǎn)動副的軸線平行，且與和定平臺連接的轉(zhuǎn)動副的軸線垂直；分支四中，兩移動副相互垂直轉(zhuǎn)動副與分支五中與末端連接的轉(zhuǎn)動副軸線平行；分支五中，前三個轉(zhuǎn)動副軸線平行垂直于與末端連接的轉(zhuǎn)動副軸線。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種解耦的三移兩轉(zhuǎn)五自由度混聯(lián)機器人，其特征在于:上述分支一中與定平臺連接的移動副通過滾珠絲桿驅(qū)動實現(xiàn)；上述分支二中與定平臺連接移動副通過滾珠絲桿驅(qū)動實現(xiàn)；上述分支三中與定平臺連接的轉(zhuǎn)動副通過伺服電機驅(qū)動實現(xiàn)；上述分支四中移動副通過氣缸驅(qū)動；分支五中與末端連接的轉(zhuǎn)動副通過伺服電機驅(qū)動。
【專利摘要】本發(fā)明屬于機器人領(lǐng)域，特別涉及一種空間解耦混聯(lián)機構(gòu)。其主要包括一個三分支并聯(lián)機構(gòu)(2T1R)和一個兩分支并聯(lián)機構(gòu)(1T1R)，三分支并聯(lián)機構(gòu)由定平臺、動平臺、以及連接動平臺和動平臺的三個分支。兩分支并聯(lián)機構(gòu)由動平臺、機構(gòu)末端、以及連接動平臺和末端的兩個分支組成；所述定平臺為長方形底面，定平臺的底面兩邊安裝滑軌，所述導軌的中心線與定平臺底面平行，分支一由一個移動副和一個轉(zhuǎn)動副一個平行四邊形鉸鏈，一個萬向鉸以及連接它們的連桿組成；分支二由一個移動副和一個平行四邊形鉸鏈以及兩個轉(zhuǎn)動副以及連接它們的連桿組成。分支三由三個轉(zhuǎn)動副一個移動副和連接它們的三個連桿組成；分支四由兩個方向垂直的移動副及一個轉(zhuǎn)動副組成；分支五由三個轉(zhuǎn)動副軸線平行的轉(zhuǎn)動副和一個與之垂直的一個轉(zhuǎn)動副組成。本發(fā)明結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，能夠?qū)崿F(xiàn)動平臺沿平行于定平臺方向及垂直于定平臺的三個移動和繞平行于定平臺軸線和垂直于定平臺的兩個轉(zhuǎn)動，各運動解耦，易于控制，承載力強。
【IPC分類】B25J9/00
【公開號】CN105563461
【申請?zhí)枴緾N201410625175
【發(fā)明人】曹毅, 秦友蕾, 陳海, 賁素東
【申請人】江南大學
【公開日】2016年5月11日
【申請日】2014年11月7日