具有兩轉(zhuǎn)一移三自由度的非對(duì)稱并聯(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)一移三自由度的非對(duì)稱并聯(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。由于具有剛度大、承載能力強(qiáng)、誤差累計(jì)小、動(dòng)態(tài)性能好、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)，并聯(lián)機(jī)構(gòu)近年來被廣泛應(yīng)用于眾多技術(shù)領(lǐng)域。
[0003]并聯(lián)機(jī)器人分為六自由度機(jī)器人和少自由度并聯(lián)機(jī)器人。少自由度并聯(lián)機(jī)器人相對(duì)于傳統(tǒng)的串聯(lián)式機(jī)構(gòu)而言并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制較為容易、制造成本低等特點(diǎn)。目前，已有不少學(xué)者設(shè)計(jì)出多種三自由度一維移動(dòng)二維轉(zhuǎn)動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人，例如公布號(hào)為CN102909569A、公布日為2013年2月6日的中國(guó)專利中公開的一種1T2R三自由度空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)，公布號(hào)為CN102360160A、公布日為2012年2月22日的中國(guó)專利公開的一種2R1T三自由度空間柔性精密定位平臺(tái)，公布號(hào)為CN102626919A、公布日為2012年8月8日的中國(guó)專利公開的無匯交軸線的對(duì)稱兩轉(zhuǎn)動(dòng)以移動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)以及公布號(hào)為CN104029195A、公布號(hào)日為2014年9月10日的中國(guó)專利公開的一種兩轉(zhuǎn)動(dòng)一移動(dòng)過約束并聯(lián)機(jī)構(gòu)等都記載了于少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)有關(guān)的內(nèi)容，但這些機(jī)構(gòu)都有強(qiáng)運(yùn)動(dòng)耦合性。對(duì)于一般的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，因其運(yùn)動(dòng)耦合性都強(qiáng)，導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)學(xué)解有多組，從而使得在軌跡規(guī)劃和控制設(shè)計(jì)方面困難。而具有完全解耦的三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)是少自由度并聯(lián)機(jī)器人中非常重要的一類，可適用于工業(yè)機(jī)器人、醫(yī)療機(jī)器人和微操作器等領(lǐng)域。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種具有兩轉(zhuǎn)一移三自由度的非對(duì)稱并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，以解決現(xiàn)有少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的解耦性差的問題。
[0005]為了解決上述問題，本發(fā)明的具有兩轉(zhuǎn)一移三自由度的非對(duì)稱并聯(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(duì)稱并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，包括靜平臺(tái)、動(dòng)平臺(tái)和連接在動(dòng)、靜平臺(tái)之間的兩條分支運(yùn)動(dòng)鏈，兩條分支運(yùn)動(dòng)鏈中的一條為單開鏈，另一條為混合鏈；混合鏈包括一個(gè)空間閉合回路和與之至串聯(lián)的第七轉(zhuǎn)動(dòng)副，空間閉合回路包括第一子分支和第二子分支，第一子分支包括自靜平臺(tái)開始依次連接的第三轉(zhuǎn)動(dòng)副、第四萬向鉸、第五移動(dòng)副和第六萬向鉸，第四萬向鉸中與第三轉(zhuǎn)動(dòng)副相鄰部分的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線與第三轉(zhuǎn)動(dòng)副的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線相互垂直，另一轉(zhuǎn)動(dòng)軸線與第六萬向鉸中第五移動(dòng)副相連的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線相互平行，第四萬向鉸和第六萬向鉸中的其他兩個(gè)軸線相互平行，第二子分支包括從靜平臺(tái)開始依次串聯(lián)的第一移動(dòng)副和第二轉(zhuǎn)動(dòng)副，第一移動(dòng)副的軸線與第二轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線相互垂直，第一移動(dòng)副和第三轉(zhuǎn)動(dòng)副分別為主動(dòng)副，所述第一子分支、第二子分支通過第七轉(zhuǎn)動(dòng)副與動(dòng)平臺(tái)相連，且第二轉(zhuǎn)動(dòng)副與第七轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線相互垂直；單開鏈包括從靜平臺(tái)到動(dòng)平臺(tái)依次串聯(lián)的第八移動(dòng)副、第九萬向鉸、第十移動(dòng)副及第十一萬向鉸，其中第八移動(dòng)副，第九萬向鉸中與第十移動(dòng)副相連的軸線和第十一萬向鉸中與第十移動(dòng)副相連的軸線相互平行且垂直于第十移動(dòng)副，第九萬向鉸中與第八移動(dòng)副相連的軸線與第十一萬向鉸的靠近動(dòng)平臺(tái)的部分的軸線在同一平面內(nèi)且延長(zhǎng)線交叉且相互垂直，同時(shí)垂直于第八移動(dòng)副的軸線，第i^一萬向鉸中與動(dòng)平臺(tái)連接的軸線平行于同與動(dòng)平臺(tái)相連的第七轉(zhuǎn)動(dòng)副的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線，第八移動(dòng)副為主動(dòng)副。
[0006]所述第八移動(dòng)副的空間位置高于第三轉(zhuǎn)動(dòng)副和第一移動(dòng)副。
[0007]本發(fā)明的具有兩轉(zhuǎn)一移三自由度的非對(duì)稱并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)米用一個(gè)單開鏈和一個(gè)混合鏈將動(dòng)、靜平臺(tái)連接，在工作過程中，當(dāng)驅(qū)動(dòng)第一移動(dòng)副、第八移動(dòng)副和第三轉(zhuǎn)動(dòng)副時(shí)，所述動(dòng)平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)空間兩維轉(zhuǎn)動(dòng)一維移動(dòng)輸出。機(jī)構(gòu)的雅可比矩陣為3X3對(duì)角陣，故動(dòng)平臺(tái)的輸出與主動(dòng)輸入呈對(duì)應(yīng)關(guān)系。動(dòng)平臺(tái)的一個(gè)運(yùn)動(dòng)輸出只需一個(gè)驅(qū)動(dòng)器輸入控制，大大減少了各運(yùn)動(dòng)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(jì)困難的問題。
【附圖說明】
[0008]圖1是具有兩轉(zhuǎn)一移三自由度的非對(duì)稱并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的實(shí)施例的原理圖；
圖2是具有兩轉(zhuǎn)一移三自由度的非對(duì)稱并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0009]具有兩轉(zhuǎn)一移三自由度的非對(duì)稱并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的實(shí)施例，如圖1所示，該機(jī)構(gòu)包括靜平臺(tái)9、動(dòng)平臺(tái)10以及連接靜平臺(tái)9和動(dòng)平臺(tái)10的混合鏈和單開鏈。動(dòng)平臺(tái)10采用臺(tái)面板。
[0010]混合鏈由一個(gè)空間閉合回路結(jié)構(gòu)和第七轉(zhuǎn)動(dòng)副R7串聯(lián)構(gòu)成，所述空間閉合回路結(jié)構(gòu)有第一子分支和第二子分支組成。
[0011]第一子分支包括第三轉(zhuǎn)動(dòng)副R3、第四萬向鉸U4、第五移動(dòng)副P5和第六萬向鉸U6。第三轉(zhuǎn)動(dòng)副R3和第四萬向鉸U4通過連桿I連接，第四萬向鉸U4和第五移動(dòng)副P5通過連桿2連接，第五移動(dòng)副P5和第六萬向鉸U6通過連桿3連接。第三轉(zhuǎn)動(dòng)副R3的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線與第四萬向鉸U4中與連桿I相連的軸線相互垂直，第四萬向鉸U4和連桿2相連的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線與第六萬向鉸U6和連桿3相連接的軸線相互平行，第四萬向鉸U4與第六萬向鉸U6中的其他兩個(gè)軸線也相互平行。第二子分支由第一移動(dòng)副Pl和第二轉(zhuǎn)動(dòng)副R2組成，它們通過連桿5連接。第二子分支中第一移動(dòng)副Pl的軸線與第二轉(zhuǎn)動(dòng)副R2的軸線相互垂直。此支鏈中的第一移動(dòng)副Pl和第三轉(zhuǎn)動(dòng)副R3分別為此并聯(lián)機(jī)構(gòu)的主動(dòng)副。所述第一子分支、第二子分支通過連桿4和第七轉(zhuǎn)動(dòng)副R7與動(dòng)平臺(tái)相連，且第二轉(zhuǎn)動(dòng)副R2和第七轉(zhuǎn)動(dòng)副R7軸線相互垂直。
[0012]單開鏈為單開鏈，它由靜平臺(tái)9到動(dòng)平臺(tái)10依次設(shè)置的第八移動(dòng)副P8、第九萬向鉸U9、第十移動(dòng)副PlO及第^^一萬向鉸Ull依次串聯(lián)而成，其中第八移動(dòng)副P8的位置高于第三轉(zhuǎn)動(dòng)副R3和第一移動(dòng)副Pl，其與第九萬向鉸U9通過連桿8連接，第九萬向鉸U9和第十移動(dòng)副PlO通過連桿7連接，第十移動(dòng)副PlO和第^^一萬向鉸Ull通過連桿6連接。第九萬向鉸U9和第^^一萬向鉸Ull中分別連接桿6和連接桿7相連的軸線與第八移動(dòng)副P8的軸線相互平行且垂直于第十移動(dòng)副P10，第九萬向鉸U9和第十一萬向鉸Ull中的另兩個(gè)軸線在同一平面內(nèi)但互垂直(延長(zhǎng)線交叉)，且垂直于第八移動(dòng)副P8的軸線。第十一萬向鉸Ull中與動(dòng)平臺(tái)10連接的軸線平行于同與動(dòng)平臺(tái)10相連的第七轉(zhuǎn)動(dòng)副R7軸線。與靜平臺(tái)9相連的第八移動(dòng)副P8為主動(dòng)副。
[0013]如圖2第一移動(dòng)副Pl的導(dǎo)軌7、第三轉(zhuǎn)動(dòng)副R3的底座I及第八移動(dòng)副P8的導(dǎo)軌11與靜平臺(tái)相連。移動(dòng)副Pl的軸線與轉(zhuǎn)動(dòng)副R3的軸線相互垂直，移動(dòng)副Pl的軸線與移動(dòng)副P8的軸線相互垂直。
[0014]本發(fā)明提出的一種完全解耦三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)在工作過程中，當(dāng)驅(qū)動(dòng)第一移動(dòng)副P1、第八移動(dòng)副P8和第三轉(zhuǎn)動(dòng)副R3時(shí)，所述動(dòng)平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)空間兩維轉(zhuǎn)動(dòng)一維移動(dòng)輸出。機(jī)構(gòu)的雅可比矩陣為3 X 3對(duì)角陣，故動(dòng)平臺(tái)的輸出與主動(dòng)輸入呈一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。動(dòng)平臺(tái)的一個(gè)運(yùn)動(dòng)輸出只需一個(gè)驅(qū)動(dòng)器輸入控制，大大減少了各運(yùn)動(dòng)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(jì)困難的問題。主動(dòng)移動(dòng)副的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是電機(jī)帶動(dòng)的絲杠機(jī)構(gòu)，或者是伺服電機(jī)，主動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)副的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是電機(jī)帶動(dòng)的減速機(jī)，這些都是機(jī)器人的常規(guī)設(shè)計(jì)。該并聯(lián)機(jī)構(gòu)可用于工業(yè)機(jī)器人、醫(yī)療機(jī)器人和微操作機(jī)器人等。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.具有兩轉(zhuǎn)一移三自由度的非對(duì)稱并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，包括靜平臺(tái)、動(dòng)平臺(tái)和連接在動(dòng)、靜平臺(tái)之間的兩條分支運(yùn)動(dòng)鏈，其特征在于，兩條分支運(yùn)動(dòng)鏈中的一條為單開鏈，另一條為混合鏈；混合鏈包括一個(gè)空間閉合回路和與之串聯(lián)的第七轉(zhuǎn)動(dòng)副，空間閉合回路包括第一子分支和第二子分支，第一子分支包括自靜平臺(tái)開始依次連接的第三轉(zhuǎn)動(dòng)副、第四萬向鉸、第五移動(dòng)副和第六萬向鉸，第四萬向鉸中與第三轉(zhuǎn)動(dòng)副相鄰部分的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線與第三轉(zhuǎn)動(dòng)副的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線相互垂直，另一轉(zhuǎn)動(dòng)軸線與第六萬向鉸中第五移動(dòng)副相連的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線相互平行，第四萬向鉸和第六萬向鉸中的其他兩個(gè)軸線相互平行，第二子分支包括從靜平臺(tái)開始依次串聯(lián)的第一移動(dòng)副和第二轉(zhuǎn)動(dòng)副，第一移動(dòng)副的軸線與第二轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線相互垂直，第一移動(dòng)副和第三轉(zhuǎn)動(dòng)副分別為主動(dòng)副，所述第一子分支、第二子分支通過第七轉(zhuǎn)動(dòng)副與動(dòng)平臺(tái)相連，且第二轉(zhuǎn)動(dòng)副與第七轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線相互垂直；單開鏈包括從靜平臺(tái)到動(dòng)平臺(tái)依次串聯(lián)的第八移動(dòng)副、第九萬向鉸、第十移動(dòng)副及第十一萬向鉸，其中第八移動(dòng)副，第九萬向鉸中與第十移動(dòng)副相連的軸線和第十一萬向鉸中與第十移動(dòng)副相連的軸線相互平行且垂直于第十移動(dòng)副，第九萬向鉸中與第八移動(dòng)副相連的軸線與第十一萬向鉸的靠近動(dòng)平臺(tái)的部分的軸線在同一平面內(nèi)且延長(zhǎng)線交叉且相互垂直，同時(shí)垂直于第八移動(dòng)副的軸線，第i^一萬向鉸中與動(dòng)平臺(tái)連接的軸線平行于同與動(dòng)平臺(tái)相連的第七轉(zhuǎn)動(dòng)副的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線，第八移動(dòng)副為主動(dòng)副。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有兩轉(zhuǎn)一移三自由度的非對(duì)稱并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述第八移動(dòng)副的空間位置高于第三轉(zhuǎn)動(dòng)副和第一移動(dòng)副，主動(dòng)移動(dòng)副的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是伺服電機(jī)帶動(dòng)絲杠機(jī)構(gòu)配合導(dǎo)軌實(shí)現(xiàn)線性位移為主動(dòng)輸入，主動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)副的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是電機(jī)帶動(dòng)減速機(jī)。
【專利摘要】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)一移三自由度的非對(duì)稱并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)。本發(fā)明的具有兩轉(zhuǎn)一移三自由度的非對(duì)稱并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)采用一個(gè)單開鏈和一個(gè)混合鏈將動(dòng)、靜平臺(tái)連接，在工作過程中，當(dāng)驅(qū)動(dòng)第一移動(dòng)副、第八移動(dòng)副和第三轉(zhuǎn)動(dòng)副時(shí)，所述動(dòng)平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)空間兩維轉(zhuǎn)動(dòng)一維移動(dòng)輸出。機(jī)構(gòu)的雅可比矩陣為3×3對(duì)角陣，故動(dòng)平臺(tái)的輸出與主動(dòng)輸入呈一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。動(dòng)平臺(tái)的一個(gè)運(yùn)動(dòng)輸出只需一個(gè)驅(qū)動(dòng)器輸入控制，大大減少了各運(yùn)動(dòng)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(jì)困難的問題。
【IPC分類】B25J9/08
【公開號(hào)】CN105215983
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510636230
【發(fā)明人】張彥斌, 趙浥夫, 王文勝, 彭建軍, 韓建海, 吳鑫, 王增輝, 丁丁
【申請(qǐng)人】河南科技大學(xué)
【公開日】2016年1月6日
【申請(qǐng)日】2015年9月30日