一種低耦合度兩運(yùn)動(dòng)副動(dòng)平臺(tái)的三平移一轉(zhuǎn)動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人操作手的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種低耦合度兩運(yùn)動(dòng)副動(dòng)平臺(tái)的并聯(lián)機(jī)器人操作手，為機(jī)器人操作手等提供一個(gè)新型的三平移一轉(zhuǎn)動(dòng)并聯(lián)操作手。
【背景技術(shù)】
[0002]并聯(lián)結(jié)構(gòu)的操作手，特別是實(shí)現(xiàn)空間三平移功能的Delta操作手，已在高速抓放、定位裝配、搬運(yùn)、分揀、上下料等工藝上發(fā)揮了很好的作用；而具有三平移一轉(zhuǎn)動(dòng)功能的并聯(lián)操作手，在需要調(diào)整工件姿態(tài)的場(chǎng)合下，更是不可缺少。為此，1988年R.Clavel在三平移Delta操作手的基礎(chǔ)上，再串聯(lián)一條R-U-P-U-R支鏈或S-P-S支鏈，構(gòu)成了一個(gè)具有三平移一轉(zhuǎn)動(dòng)功能的混聯(lián)操作手;2003年楊廷力申請(qǐng)的專利200310106012.4，提出了一組5個(gè)三平移一轉(zhuǎn)動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)，但沒有研制樣機(jī);2000后Pierrot等相繼發(fā)明了H4、14、Par4系列的四自由度SCARA型(即三平移一轉(zhuǎn)動(dòng))操作手，黃田教授開發(fā)了四自由度三平移一轉(zhuǎn)動(dòng)的Cross-1V型高速搬運(yùn)機(jī)器人;而專利201210435375.1提出了一種單平臺(tái)實(shí)現(xiàn)三平移一轉(zhuǎn)動(dòng)的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，并研制了樣機(jī)。但上述這些機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一方面，機(jī)構(gòu)親合度k均較大(k = 2)，這使得機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)正解和動(dòng)力學(xué)求解十分困難，從而影響了開發(fā)與應(yīng)用；另一方面，實(shí)現(xiàn)三平移一轉(zhuǎn)動(dòng)功能的新型結(jié)構(gòu)都需要發(fā)展，需要?jiǎng)?chuàng)造出優(yōu)于現(xiàn)有機(jī)構(gòu)的新機(jī)型。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是要克服現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一類新的三平移一轉(zhuǎn)動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)，這類機(jī)構(gòu)具有剛性好、結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單、易于精密加工;耦合度k低(k=l)、運(yùn)動(dòng)學(xué)正解和動(dòng)力學(xué)求解比較容易等優(yōu)點(diǎn)。
[0004]本發(fā)明提供的低耦合度兩運(yùn)動(dòng)副動(dòng)平臺(tái)的三平移一轉(zhuǎn)動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人操作手，包含動(dòng)平臺(tái)(I)、靜平臺(tái)(O)，以及連接動(dòng)平臺(tái)(I)、靜平臺(tái)(O)的兩條結(jié)構(gòu)相同的空間復(fù)雜支鏈，其特征在于:空間復(fù)雜支鏈上，一方面，連桿二(2)的一端與靜平臺(tái)(O)用轉(zhuǎn)動(dòng)副一(Rn)連接，連桿二 (2)的另一端與連桿三(3)的一端以轉(zhuǎn)動(dòng)副二 (R12)連接，連桿三(3)的另一端與連桿四(4)的一端以轉(zhuǎn)動(dòng)副三(R13)連接，連桿四(4)的另一端與連桿五(5)的一端以轉(zhuǎn)動(dòng)副四(R14)連接，連桿五(5)的另一端與動(dòng)平臺(tái)(I)以轉(zhuǎn)動(dòng)副五(R15)連接;而轉(zhuǎn)動(dòng)副一(R1工)、轉(zhuǎn)動(dòng)副二(R12)、轉(zhuǎn)動(dòng)副三(R13)的軸線相互平行，轉(zhuǎn)動(dòng)副四(R14)與轉(zhuǎn)動(dòng)副五(R15)的軸線相互平行，但轉(zhuǎn)動(dòng)副三(R13)與轉(zhuǎn)動(dòng)副四(R14)的軸線相互垂直;另一方面，連桿六(6)的一端與靜平臺(tái)(O)用轉(zhuǎn)動(dòng)副六(R21)連接，且轉(zhuǎn)動(dòng)副六(R21)的軸線與轉(zhuǎn)動(dòng)副一 (Rn)的軸線不平行，連桿六(6)的另一端與連桿七(7)的一端以轉(zhuǎn)動(dòng)副七(R22)連接，連桿七(7)的另一端與連桿八(8)的一端以轉(zhuǎn)動(dòng)副八(R23)連接，連桿八(8)的另一端與連桿九(9)的一端以轉(zhuǎn)動(dòng)副九(R24)連接，連桿九(9)的另一端與連桿五(5)以轉(zhuǎn)動(dòng)副十(R25)連接，且轉(zhuǎn)動(dòng)副五(R15)與轉(zhuǎn)動(dòng)副十(R25)的軸線重合；同樣，轉(zhuǎn)動(dòng)副六(R2I)、轉(zhuǎn)動(dòng)副七(R22)、轉(zhuǎn)動(dòng)副八(R23)的軸線平行，轉(zhuǎn)動(dòng)副九(R24)與轉(zhuǎn)動(dòng)副十(R25)的軸線平行，但轉(zhuǎn)動(dòng)副八(R23)與轉(zhuǎn)動(dòng)副九(R24)的軸線必須垂直;更進(jìn)一步，動(dòng)平臺(tái)(I )上的轉(zhuǎn)動(dòng)副五(Rl5 )與轉(zhuǎn)動(dòng)副^^一 ( R35 )的軸線必須平行。
[0005]同時(shí)，靜平臺(tái)(O)上的四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副為驅(qū)動(dòng)副，可以用移動(dòng)副來替代;且當(dāng)依次固定一個(gè)、兩個(gè)、三個(gè)驅(qū)動(dòng)副時(shí)，該裝置就分別成為三自由度、二自由度、單自由度的三平移一轉(zhuǎn)動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人，其獨(dú)立輸出運(yùn)動(dòng)數(shù)目分別為三、二、一，其它的運(yùn)動(dòng)為派生運(yùn)動(dòng)。
【附圖說明】
[0006]附圖1為本發(fā)明的低耦合度兩運(yùn)動(dòng)副動(dòng)平臺(tái)的三平移一轉(zhuǎn)動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人操作手的實(shí)施例之一的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0007]下面通過附圖和實(shí)例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)給予進(jìn)一步地說明。
[0008]附圖1所示的并聯(lián)機(jī)構(gòu)可為本發(fā)明的實(shí)施例之一，其技術(shù)方案是這樣的:本發(fā)明提供的低耦合度兩運(yùn)動(dòng)副動(dòng)平臺(tái)的三平移一轉(zhuǎn)動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人操作手，包含動(dòng)平臺(tái)1、靜平臺(tái)O，以及連接動(dòng)平臺(tái)1、靜平臺(tái)O的兩條結(jié)構(gòu)相同的空間復(fù)雜支鏈，空間復(fù)雜支鏈上，一方面，連桿二 2的一端與靜平臺(tái)O用轉(zhuǎn)動(dòng)副一 Rn連接，連桿二 2的另一端與連桿三3的一端以轉(zhuǎn)動(dòng)副二Ri2連接，連桿三3的另一端與連桿四4的一端以轉(zhuǎn)動(dòng)副三R13連接，連桿四4的另一端與連桿五5的一端以轉(zhuǎn)動(dòng)副四R14連接，連桿五5的另一端與動(dòng)平臺(tái)I以轉(zhuǎn)動(dòng)副五R15連接;而轉(zhuǎn)動(dòng)副一 Rn、轉(zhuǎn)動(dòng)副二 R12、轉(zhuǎn)動(dòng)副三R13的軸線相互平行，轉(zhuǎn)動(dòng)副四R14與轉(zhuǎn)動(dòng)副五R15的軸線相互平行，但轉(zhuǎn)動(dòng)副三R13與轉(zhuǎn)動(dòng)副四R14的軸線相互垂直;另一方面，連桿六6的一端與靜平臺(tái)O用轉(zhuǎn)動(dòng)副六R21連接，且轉(zhuǎn)動(dòng)副六R2I的軸線與轉(zhuǎn)動(dòng)副一 Rn的軸線垂直，連桿六6的另一端與連桿七7的一端以轉(zhuǎn)動(dòng)副七R22連接，連桿七7的另一端與連桿八8的一端以轉(zhuǎn)動(dòng)副八R23連接，連桿八8的另一端與連桿九9的一端以轉(zhuǎn)動(dòng)副九R24連接，連桿九9的另一端與連桿五5以轉(zhuǎn)動(dòng)副十R25連接，且轉(zhuǎn)動(dòng)副五R15與轉(zhuǎn)動(dòng)副十R25的軸線重合；同樣，轉(zhuǎn)動(dòng)副六R21、轉(zhuǎn)動(dòng)副七R22、轉(zhuǎn)動(dòng)副八R23的軸線平行，轉(zhuǎn)動(dòng)副九R24與轉(zhuǎn)動(dòng)副十R25的軸線平行，但轉(zhuǎn)動(dòng)副八R23與轉(zhuǎn)動(dòng)副九R24的軸線必須垂直;更進(jìn)一步，動(dòng)平臺(tái)I上的轉(zhuǎn)動(dòng)副五Rl5與轉(zhuǎn)動(dòng)副^--R35的軸線必須平行。
[0009]該機(jī)構(gòu)具有4個(gè)自由度，當(dāng)與靜平臺(tái)O聯(lián)接的四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副Rn、R21、R41、R31為驅(qū)動(dòng)時(shí)，就可使動(dòng)平臺(tái)I實(shí)現(xiàn)三維平移及繞動(dòng)平臺(tái)I上轉(zhuǎn)動(dòng)副五R15軸線的一維轉(zhuǎn)動(dòng)輸出；且當(dāng)依次固定一個(gè)、兩個(gè)、三個(gè)驅(qū)動(dòng)副時(shí)，該裝置就分別成為三自由度、二自由度、單自由度的三平移一轉(zhuǎn)動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人，其獨(dú)立輸出運(yùn)動(dòng)數(shù)目分別為三、二、一，其它的運(yùn)動(dòng)為派生運(yùn)動(dòng)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種低耦合度兩運(yùn)動(dòng)副動(dòng)平臺(tái)的三平移一轉(zhuǎn)動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人操作手，包含動(dòng)平臺(tái)(I)、靜平臺(tái)(O)，以及連接動(dòng)平臺(tái)(I)、靜平臺(tái)(O)的兩條結(jié)構(gòu)完全相同的空間復(fù)雜支鏈，其特征在于:空間復(fù)雜支鏈上，一方面，連桿二(2)的一端與靜平臺(tái)(O)用轉(zhuǎn)動(dòng)副一(Rn)連接，連桿二 (2)的另一端與連桿三(3)的一端以轉(zhuǎn)動(dòng)副二 (R12)連接，連桿三(3)的另一端與連桿四(4)的一端以轉(zhuǎn)動(dòng)副三(Ri3)連接，連桿四(4)的另一端與連桿五(5)的一端以轉(zhuǎn)動(dòng)副四(Ru)連接，連桿五(5)的另一端與動(dòng)平臺(tái)(I)以轉(zhuǎn)動(dòng)副五(R15)連接；而轉(zhuǎn)動(dòng)副一 (Rn)、轉(zhuǎn)動(dòng)副二(R12)、轉(zhuǎn)動(dòng)副三(R13)的軸線相互平行，轉(zhuǎn)動(dòng)副四(R14)與轉(zhuǎn)動(dòng)副五(R15)的軸線相互平行，但轉(zhuǎn)動(dòng)副三(R13)與轉(zhuǎn)動(dòng)副四(R14)的軸線相互垂直;另一方面，連桿六(6)的一端與靜平臺(tái)(O)用轉(zhuǎn)動(dòng)副六(R21)連接，且轉(zhuǎn)動(dòng)副六(R21)的軸線與轉(zhuǎn)動(dòng)副一 (Rn)的軸線不平行，連桿六(6)的另一端與連桿七(7)的一端以轉(zhuǎn)動(dòng)副七(R22)連接，連桿七(7)的另一端與連桿八(8)的一端以轉(zhuǎn)動(dòng)副八(R23)連接，連桿八(8)的另一端與連桿九(9)的一端以轉(zhuǎn)動(dòng)副九(R24)連接，連桿九(9)的另一端與連桿五(5)以轉(zhuǎn)動(dòng)副十(R25)連接，且轉(zhuǎn)動(dòng)副五(R15)與轉(zhuǎn)動(dòng)副十(R25)的軸線重合；同樣，轉(zhuǎn)動(dòng)副六(R2I)、轉(zhuǎn)動(dòng)副七(R22)、轉(zhuǎn)動(dòng)副八(R23)的軸線平行，轉(zhuǎn)動(dòng)副九(R24)與轉(zhuǎn)動(dòng)副十(R25)的軸線平行，但轉(zhuǎn)動(dòng)副八(R23)與轉(zhuǎn)動(dòng)副九(R24)的軸線必須垂直;更進(jìn)一步，動(dòng)平臺(tái)(I )上的轉(zhuǎn)動(dòng)副五(Rl5 )與轉(zhuǎn)動(dòng)副^^一 ( R35 )的軸線必須平行。2.按權(quán)利要求1所述的一種低耦合度兩運(yùn)動(dòng)副動(dòng)平臺(tái)的三平移一轉(zhuǎn)動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人操作手，其特征在于:靜平臺(tái)(O)上的四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副為驅(qū)動(dòng)副，可以用移動(dòng)副來替代;且當(dāng)依次固定一個(gè)、兩個(gè)、三個(gè)驅(qū)動(dòng)副時(shí)，該裝置就分別成為三自由度、二自由度、單自由度的三平移一轉(zhuǎn)動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人，其獨(dú)立輸出運(yùn)動(dòng)數(shù)目分別為三、二、一，其它的運(yùn)動(dòng)為派生運(yùn)動(dòng)。
【專利摘要】一種低耦合度兩運(yùn)動(dòng)副平臺(tái)的三平移一轉(zhuǎn)動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人操作手，包含動(dòng)平臺(tái)(1)、靜平臺(tái)(0)，以及連接動(dòng)平臺(tái)(1)、靜平臺(tái)(0)的兩條結(jié)構(gòu)相同的空間復(fù)雜支鏈，空間復(fù)雜支鏈由兩條簡(jiǎn)單支鏈以這樣的方式構(gòu)成：每條簡(jiǎn)單支鏈從靜平臺(tái)到動(dòng)平臺(tái)，前三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線平行，后兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線平行，但第三個(gè)和第四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線必須垂直；兩條簡(jiǎn)單支鏈一端的兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副(R11、R21)分別與靜平臺(tái)(0)連接且軸線不平行，而另一端的兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副(R15、R25)共軸線后，與動(dòng)平臺(tái)(1)連接；同時(shí)，動(dòng)平臺(tái)(1)上的兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副(R15、R35)的軸線必須平行。該種操作手具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、定位精度高等優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】B25J9/00
【公開號(hào)】CN105666465
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610140160
【發(fā)明人】沈惠平, 孫馳宇, 楊廷力, 劉安心, 陸雁翎
【申請(qǐng)人】常州大學(xué)
【公開日】2016年6月15日
【申請(qǐng)日】2016年3月12日