一種完全解耦三自由度并聯(lián)機構的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及工業(yè)機器人機構領域，特別是涉及到了一種完全解耦三自由度并聯(lián)機構。
【背景技術】
[0002]并聯(lián)機構又稱并聯(lián)機器人，是近年來機構學和機器人領域研究的熱點之一。由于具有剛度大、承載能力強、誤差累計小、動態(tài)性能好、結構緊湊等優(yōu)點，并聯(lián)機構近年來被廣泛應用于眾多技術領域。并聯(lián)機器人分為六自由度機器人和少自由度并聯(lián)機器人。少自由度并聯(lián)機器人具有結構簡單、控制較為容易、制造成本低等特點。
[0003]目前，已有不少學者在三自由度一維移動二維轉動并聯(lián)機器人的研究領域中取得了相應的成就，例如申請公布號為CN102909569A、公布日為2013.02.06的中國專利公開的一種1T2R三自由度空間并聯(lián)機構，申請公布號為CN102360160A、公布日為2012.02.22的中國專利所公開的一種2R1T三自由度空間柔性精密定位平臺，申請公布號為CN102626919A、公布日為2012.08.08的中國專利所公開的無交匯軸線的對稱兩轉動一移動并聯(lián)機構以及申請公布號為CN104029195A、公布日為2014.09.10的中國專利申請所公開的一種兩轉動一移動過約束并聯(lián)機構均是屬于少自由度并聯(lián)機構的范疇。但這些機構都有強運動耦合性，對于一般的并聯(lián)機構，因其運動耦合性都強，導致運動學解有多組，從而使得在軌跡規(guī)劃和控制設計方面困難。若想適用于工業(yè)機器人、醫(yī)療機器人和微操作器等領域，具有完全解耦的三自由度并聯(lián)機構有著廣闊的前景。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]本實用新型的目的在于提供一種完全解耦三自由度并聯(lián)機構，以解決現(xiàn)有并聯(lián)機構的各運動鏈之間互相影響、解耦性差的問題。
[0005]為了解決上述問題，本實用新型的完全解耦三自由度并聯(lián)機構采用以下技術方案:完全解耦三自由度并聯(lián)機構，包括靜平臺、動平臺和連接在動平臺與靜平臺之間的兩條分支運動鏈，兩條分支運動鏈中的一支為混合鏈，另一只為單開鏈；所述混合鏈包括第一子分支、第二子分支和第七轉動副，第一子分支包括與靜平臺連接的第一移動副和與第一移動副串聯(lián)的第二轉動副，第一移動副的軸線垂直于第二轉動副的轉動軸線，第一移動副為主動副，第二子分支包括與靜平臺連接的第三轉動副和依次從第三轉動副串聯(lián)的第四轉動副、第五虎克鉸、第六虎克鉸，第三轉動副的轉動軸線與第四轉動副的軸線垂直，第五虎克鉸與第六虎克鉸的相鄰部分的轉動軸線互相平行、另一部分的轉動軸線均于第四轉動副的轉動軸線平行，第三轉動副為主動副，第一子分支與第二子分支并聯(lián)構成空間閉合回路結構并通過第七轉動副與動平臺連接，第二轉動副的轉動軸線與第七轉動副的軸線互相垂直；單開鏈包括自靜平臺向動平臺依次串聯(lián)的第八移動副、第九轉動副、第十轉動副、第十一轉動副和第十二轉動副，第八移動副、第九轉動副、第十轉動副和第十一轉動副的軸線互相平行并且均垂直于第十二轉動副的轉動軸線，第八移動副為主動副。
[0006]所述第八移動副的位置高于第三轉動副和第一移動副。
[0007]所述第八移動副通過一個立架設于靜平臺上。
[0008]所述混合鏈和單開鏈分別在動平臺的相對的兩側處與動平臺連接。
[0009]所述動平臺為矩形平臺。
[0010]在本實用新型的完全解耦三自由度并聯(lián)機構中，安裝于靜平臺上的第一移動副、第三轉動副和第八移動副被選為主動副。其中第一移動副與第三轉動副軸線相互垂直，第一移動副和第八移動副軸線垂直。第七轉動副和第十二轉動副與動平臺相連，且它們的軸線相互平行。因此，本實用新型的并聯(lián)機構動平臺可實現(xiàn)兩維轉動一維移動輸出運動，機構的雅可比矩陣為3X3對角陣，故動平臺的輸出運動與主動副輸入運動之間存在一對一的映射關系，大大減少了各運動鏈之間的影響，解決了一般并聯(lián)機器人解耦性差的問題。
【附圖說明】
[0011]圖1是完全解親二自由度并聯(lián)機構的實施例的原理圖；
[0012]圖2是完全解耦三自由度并聯(lián)機構的實施例的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0013]完全解耦三自由度并聯(lián)機構的實施例，如圖1-2所示，該機構包括靜平臺11、動平臺10以及連接靜平臺11和動平臺10的混合鏈和單開鏈。動平臺10采用矩形臺面板，混合鏈和單開鏈分別連接在動平臺的相對的兩側處。
[0014]混合鏈包括一個空間閉合回路結構和第七轉動副R7，所述空間閉合回路結構包括第一子分支和第二子分支。
[0015]第一子分支包括靜平臺11上的第一移動副P1和第二轉動副R2，它們通過第五連桿5連接。第一子分支中P1丄R2，即第一移動副P1與第二轉動副R2軸線相互垂直。
[0016]第二子分支包括第三轉動副R3，第四轉動副R4和第五虎克鉸U5和第六虎克鉸U6。第三轉動副R3和第四轉動副R4通過第一連桿1連接，第四轉動副R4和第五虎克鉸U5通過第二連桿2連接，第五虎克鉸U5和第六虎克鉸U6通過第三連桿3連接。第二子分支中第三轉動副R3與第四轉動副R4軸線相互垂直，而第五虎克鉸U5和第六虎克鉸U6中相鄰的兩個轉動副軸線相互平行，其它兩個轉動副與第四轉動副R4軸線平行。第一移動副P1和第三轉動副R3分別為兩子分支的主動副。
[0017]所述第一子分支、第二子分支通過第四連桿4和第七轉動副R7與動平臺相連，且第二轉動副R2和第七轉動副R7軸線相互垂直。
[0018]單開鏈由靜平臺11到動平臺10依次設置的第八移動副R8、第九轉動副R9、第十轉動副R10、第^^一轉動副R11和第十二轉動副R12構成，其中第八移動副通過一個立架設于靜平臺上，第八移動副P8和第九轉動副R9通過第六連桿6連接，第九轉動副R9和第十轉動副R10通過第七連桿7連接，第十轉動副R10和第^^一轉動副R11通過第八連桿8連接，第i^一轉動副R11和第十二轉動副R12通過第九連桿9連接。第八移動副P8、第九轉動副R9、第十轉動副R10和第十一轉動副R11的軸線相互平行，且垂直于第十二轉動副R12軸線。
[0019]安裝于靜平臺11上的第一移動副P1、第三轉動副R3和第八移動副P8被選為主動副。其中第一移動副P1與第三轉動副R3軸線相互垂直，且與第八移動副P8軸線垂直。第七轉動副R7和第十二轉動副R12與動平臺相連，且它們的軸線相互平行。
[0020]本實用新型提出的一種完全解耦三自由度并聯(lián)機構在工作過程中，當驅動第一移動副P1、第八移動副P8和第三轉動副R3時，所述動平臺可以實現(xiàn)空間兩維轉動一維移動輸出。機構的雅可比矩陣為3X3對角陣，故動平臺的輸出與主動輸入呈一一對應關系。動平臺的一個運動輸出只需一個驅動器輸入控制，解決了并聯(lián)機器人解耦性差控制設計困難的問題。該并聯(lián)機構可用于工業(yè)機器人、醫(yī)療機器人和微操作機器人等。
【主權項】
1.完全解耦三自由度并聯(lián)機構，包括靜平臺、動平臺和連接在動平臺與靜平臺之間的兩條分支運動鏈，其特征在于，兩條分支運動鏈中的一支為混合鏈，另一只為單開鏈；所述混合鏈包括第一子分支、第二子分支和第七轉動副，第一子分支包括與靜平臺連接的第一移動副和與第一移動副串聯(lián)的第二轉動副，第一移動副的軸線垂直于第二轉動副的轉動軸線，第一移動副為主動副，第二子分支包括與靜平臺連接的第三轉動副和依次從第三轉動副串聯(lián)的第四轉動副、第五虎克鉸、第六虎克鉸，第三轉動副的轉動軸線與第四轉動副的軸線垂直，第五虎克鉸與第六虎克鉸的相鄰部分的轉動軸線互相平行、另一部分的轉動軸線均與第四轉動副的轉動軸線平行，第三轉動副為主動副，第一子分支與第二子分支并聯(lián)構成空間閉合回路結構并通過第七轉動副與動平臺連接，第二轉動副的轉動軸線與第七轉動副的軸線互相垂直；單開鏈包括自靜平臺向動平臺依次串聯(lián)的第八移動副、第九轉動副、第十轉動副、第十一轉動副和第十二轉動副，第八移動副、第九轉動副、第十轉動副和第十一轉動副的軸線互相平行并且均垂直于第十二轉動副的轉動軸線，第八移動副為主動副。2.根據(jù)權利要求1所述的完全解耦三自由度并聯(lián)機構，其特征在于，所述第八移動副的位置高于第三轉動副和第一移動副。3.根據(jù)權利要求2所述的完全解耦三自由度并聯(lián)機構，其特征在于，所述第八移動副通過一個立架設于靜平臺上。4.根據(jù)權利要求1-3任一項所述的完全解耦三自由度并聯(lián)機構，其特征在于，所述混合鏈和單開鏈分別在動平臺的相對的兩側處與動平臺連接。5.根據(jù)權利要求4所述的完全解耦三自由度并聯(lián)機構，其特征在于，所述動平臺為矩形平臺。
【專利摘要】本實用新型涉及工業(yè)機器人機構領域，特別是涉及到了一種完全解耦三自由度并聯(lián)機構。在本實用新型的完全解耦三自由度并聯(lián)機構中，安裝于靜平臺上的第一移動副、第三轉動副和第八移動副被選為主動副。其中第一移動副與第三轉動副軸線相互垂直，第一移動副和第八移動副軸線垂直。第七轉動副和第十二轉動副與動平臺相連，且它們的軸線相互平行。因此，本實用新型的并聯(lián)機構動平臺可實現(xiàn)兩維轉動一維移動輸出運動，機構的雅可比矩陣為3×3對角陣，故動平臺的輸出運動與主動副輸入運動之間存在一對一的映射關系，大大減少了各運動鏈之間的影響，解決了一般并聯(lián)機器人解耦性差的問題。
【IPC分類】B25J9/00
【公開號】CN204976624
【申請?zhí)枴緾N201520767216
【發(fā)明人】張彥斌, 王增輝, 張華 , 丁丁, 彭建軍, 薛玉君, 趙浥夫
【申請人】河南科技大學
【公開日】2016年1月20日
【申請日】2015年9月30日