專(zhuān)利名稱(chēng)：具有冗余驅(qū)動(dòng)的平面三自由度對(duì)稱(chēng)并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于機(jī)器人和機(jī)械制造領(lǐng)域，特別涉及一種具有冗余驅(qū)動(dòng)的平面三自由度對(duì)稱(chēng)并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)。
技術(shù)背景并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)與傳統(tǒng)的串聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)相比，具有高剛度、高承載能力和高速度等特點(diǎn)，在動(dòng)態(tài)模擬、醫(yī)療器械、工業(yè)機(jī)器人、微納操作、力與力矩傳感器、空間探索和并聯(lián)機(jī)床等領(lǐng)域得到廣泛和重要應(yīng)用。但是，由于結(jié)構(gòu)的限制，并聯(lián)機(jī)器人存在一些明顯的不足，如工作空間小、標(biāo)定困難、奇異性等。由于奇異的存在，使得原本很小的工作空間變得更小。而冗余性可以改善并聯(lián)機(jī)器人的性能，因此冗余并聯(lián)機(jī)器人成為并聯(lián)機(jī)器人家族中不可缺少的一員。關(guān)于平面二自由度驅(qū)動(dòng)冗余并聯(lián)機(jī)器人，已有很多學(xué)者作了深入研究，如叢爽和尚偉偉對(duì)其建模、控制優(yōu)化進(jìn)行了研究(參見(jiàn)叢爽，尚偉偉.并聯(lián)機(jī)器人一建模、控制優(yōu)化與應(yīng)用.電子工業(yè)出版社，2010)；燕山大學(xué)張立杰教授基于空間模型理論對(duì)其性能與尺寸關(guān)系和運(yùn)動(dòng)學(xué)優(yōu)化作了深入研究(參見(jiàn)張立杰.兩自由度并聯(lián)機(jī)器人的性能分析及尺寸優(yōu)化.燕山大學(xué)博士學(xué)位論文，2006)等。但關(guān)于平面三自由度驅(qū)動(dòng)冗余并聯(lián)機(jī)器人的研究卻是很少，上海交通大學(xué)對(duì)一種平面三自由度并聯(lián)冗余機(jī)器人的位置與工作空間進(jìn)行了分析 (參見(jiàn)周兵，仲昕，楊汝清.平面三自由度并聯(lián)冗余機(jī)器人的位置與工作空間分析.湖南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2002,29( :52-57;周兵，徐正飛，楊汝清.平面三自由度并聯(lián)冗余機(jī)器人的位置分析.機(jī)器人，2001，23 (7) :636-639)，但其將新增加支鏈的末端與原機(jī)器人中一條腿和末端連接在一起，因而，該并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)不對(duì)稱(chēng)。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的不足而提供一種具有冗余驅(qū)動(dòng)的平面三自由度并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)不僅可以克服工作空間內(nèi)的奇異，改善機(jī)構(gòu)的靈巧性和力傳遞的一致性，而且具有結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)分布對(duì)稱(chēng)、剛度大、承載能力強(qiáng)、容易制造和裝配等優(yōu)點(diǎn)。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的方案是具有冗余驅(qū)動(dòng)的平面三自由度對(duì)稱(chēng)并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)由純轉(zhuǎn)動(dòng)副構(gòu)成，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易于實(shí)現(xiàn)。其結(jié)構(gòu)是運(yùn)動(dòng)平臺(tái)通過(guò)四個(gè)相同的支鏈與固定平臺(tái)相連接，固定平臺(tái)的四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副呈正方形布置，運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副也呈正方形布置，每個(gè)支鏈含兩個(gè)連桿，兩連桿間、連桿與固定平臺(tái)及運(yùn)動(dòng)平臺(tái)間都通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副連接。當(dāng)選取四個(gè)固定平臺(tái)上的轉(zhuǎn)動(dòng)副作為機(jī)器人機(jī)構(gòu)的四個(gè)輸入，則運(yùn)動(dòng)平臺(tái)具有三個(gè)自由度，這三個(gè)運(yùn)動(dòng)分別是平面內(nèi)的二維移動(dòng)和繞垂直于該平面方向的一維旋轉(zhuǎn)。由于機(jī)構(gòu)具有四個(gè)輸入、三個(gè)輸出且結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)，因此稱(chēng)之為具有驅(qū)動(dòng)冗余的平面三自由度對(duì)稱(chēng)并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)。本實(shí)用新型通過(guò)上述技術(shù)方案，存在如下效果該實(shí)用新型結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)分布對(duì)稱(chēng)， 各項(xiàng)同性好，剛度高，承載能力強(qiáng)，機(jī)構(gòu)輸入驅(qū)動(dòng)易于布置，機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單易于實(shí)現(xiàn)?？勺鳛楣I(yè)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)平面內(nèi)的取放操作、裝配和金屬切削等。

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖中1、運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，2、固定平臺(tái)，3、轉(zhuǎn)動(dòng)副，4、大臂，5、小臂
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖1所示之實(shí)施例作進(jìn)一步詳述在圖1所示的實(shí)施例中包含運(yùn)動(dòng)平臺(tái)1、固定平臺(tái)2和四條相同的支鏈，這四條支鏈均含有一個(gè)大臂4和一個(gè)小臂5，大臂4與固定平臺(tái)通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副3連接，小臂5與運(yùn)動(dòng)平臺(tái)1通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副3連接，大臂4和小臂5之間也是通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副3連接。整個(gè)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)是對(duì)稱(chēng)的，運(yùn)動(dòng)平臺(tái)4和固定平臺(tái)5均為正方形，各支鏈也是相同的。該冗余驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是通過(guò)增加一個(gè)相同的串聯(lián)支鏈的形式，從而增加一個(gè)驅(qū)動(dòng)來(lái)獲得機(jī)構(gòu)的冗余驅(qū)動(dòng)。該實(shí)用新型工作時(shí)，四個(gè)驅(qū)動(dòng)同時(shí)存在，而輸出僅有三個(gè)自由度，屬于超確定輸入。
權(quán)利要求1.一種具有冗余驅(qū)動(dòng)的平面三自由度對(duì)稱(chēng)并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，其特征是運(yùn)動(dòng)平臺(tái)通過(guò)四個(gè)相同的支鏈與固定平臺(tái)相連，固定平臺(tái)的四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副呈正方形布置，運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副也呈正方形布置，每個(gè)支鏈含兩個(gè)連桿，兩連桿間、連桿與固定平臺(tái)及運(yùn)動(dòng)平臺(tái)間都通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，機(jī)構(gòu)的輸入是四個(gè)對(duì)稱(chēng)的固定平臺(tái)上的轉(zhuǎn)動(dòng)副。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有冗余驅(qū)動(dòng)的平面三自由度對(duì)稱(chēng)并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，其特征是所述四個(gè)相同的支鏈，結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及一種具有冗余驅(qū)動(dòng)的平面三自由度對(duì)稱(chēng)并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，其特征是運(yùn)動(dòng)平臺(tái)通過(guò)四個(gè)相同的支鏈與固定平臺(tái)相連接，固定平臺(tái)的四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副呈正方形布置，運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副也呈正方形布置，每個(gè)支鏈含兩個(gè)連桿，兩連桿間、連桿與固定平臺(tái)及運(yùn)動(dòng)平臺(tái)間都通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副連接。當(dāng)選取四個(gè)固定平臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)副作為機(jī)器人機(jī)構(gòu)的四個(gè)輸入，則運(yùn)動(dòng)平臺(tái)具有三個(gè)自由度。本實(shí)用新型具有結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)分布對(duì)稱(chēng)、工作空間內(nèi)無(wú)奇異位形、剛度大、承載能力強(qiáng)、容易制造和裝配等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)B25J9/08GK202292761SQ201120389889
公開(kāi)日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月14日
發(fā)明者劉健, 康會(huì)峰, 李東陽(yáng), 王冰 申請(qǐng)人:北華航天工業(yè)學(xué)院