一種具有兩轉一移三自由度的非對稱并聯(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具有兩轉一移三自由度的非對稱并聯(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。并聯(lián)機構具有剛度大、承載能力強、誤差累計小、動態(tài)性能好、結構緊湊等優(yōu)點，近年來被廣泛應用于眾多技術領域。
[0003]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。相對于傳統(tǒng)串聯(lián)機構，并聯(lián)機構具有結構簡單、控制較為容易、制造成本低等特點。目前三自由度的并聯(lián)機構構型設計吸引了眾多研究者的興趣，而其中具有兩個轉動和一個移動自由度形式的三自由度并聯(lián)機構因其廣闊的應用潛力而成為該領域的研究熱點。該類型的并聯(lián)機構在高速拾取、機械加工、空間定位、醫(yī)療器械、微操作器、力傳感器、康復護理儀器等領域具有巨大的應用價值與商業(yè)價值。
[0004]目前各國學者在具有兩個轉動和一個移動自由度形式的三自由度并聯(lián)機構構型設計方面已經(jīng)展開激烈競爭以期提出具有自主知識產(chǎn)權、性能優(yōu)良的此類型并聯(lián)機構。但已有的該類機構如:3-RPS并聯(lián)機構、3-PRS并聯(lián)機構等存在著直鏈運動副數(shù)目較多、對零部件的加工、裝配等環(huán)節(jié)要求較高、機構的轉動與平動運動存在耦合使其運動學求解非常繁瑣復雜等缺點，在一定程度上限制了該類機構的實際應用范圍。如何設計滿足功能需求，且運動學控制簡單、制造成本低廉的新型三自由度并聯(lián)機構是機構研究者急需解決的問題。
【實用新型內容】
[0005]本實用新型的目的在于提供一種具有兩轉一移三自由度的非對稱并聯(lián)機構，以解決并聯(lián)機器人解耦性差、控制設計困難的問題。
[0006]為了解決上述問題，本實用新型的具有兩轉一移三自由度的非對稱并聯(lián)機構采用以下技術方案:具有兩轉一移三自由度的非對稱并聯(lián)機構，包括靜平臺、動平臺以及連接在動平臺與靜平臺之間的兩個分支運動鏈，兩個分支運動鏈中的一支為混合鏈，另一支為單開鏈，所述混合鏈包括第一子分支、第二子分支以及第七轉動副，第一子分支包括由自靜平臺開始依次串聯(lián)的第三轉動副、第四萬向鉸、第五移動副和第六萬向鉸，其中第三轉動副的轉動軸線與第四萬向鉸的與之相鄰的部分的軸線互相垂直，第四萬向鉸中與第五移動副相連的部分的轉動軸線與第六萬向鉸中與第五移動副相連的部分的轉動軸線互相平行，二者的剩余的轉動軸線也相互平行；第二子分支包括自靜平臺開始依次串聯(lián)的第一移動副和第二轉動副，在第二子分支中，第一移動副的軸線與第二轉動副的轉動軸線互相垂直，第一、第二子分支并聯(lián)構成一轉一移二自由度單閉鏈后與第七轉動副串聯(lián)并通過第七轉動副與動平臺連接，第二轉動副的軸線與第七轉動副的軸線相互垂直，在混合鏈中，第一移動副和第三轉動副為主動副；單開鏈包括從靜平臺到動平臺依次串聯(lián)的第八圓柱副、第九轉動副和第十球副，第八圓柱副、第九轉動副的軸線互相平行并且均平行于第三轉動副的軸線，第八圓柱副為主動副。
[0007]靜平臺為矩形平臺，混合鏈和單開鏈分別連接在靜平臺的相對的兩側。
[0008]第八圓柱副的空間位置高于第三轉動副和第一移動副。
[0009]本實用新型的具有兩轉一移三自由度的非對稱并聯(lián)機構，安裝于靜平臺上的第一移動副、第三轉動副和第八圓柱副被選為主動副。其中第一移動副與第三轉動副和第八圓柱副軸線垂直。第七轉動副和第十球副與動平臺相連。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，故動平臺的輸出與主動輸入呈一一對應關系，大大減少了各運動鏈之間的影響，解決了并聯(lián)機器人解耦性差、控制設計困難的問題。
【附圖說明】
[0010]圖1是具有兩轉一移三自由度的非對稱并聯(lián)機構的實施例的原理圖；
[0011]圖2是具有兩轉一移三自由度的非對稱并聯(lián)機構的實施例的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0012]兩轉一移三自由度的非對稱并聯(lián)機構的實施例，如圖1-2所示，該機構包括靜平臺8、動平臺9以及連接靜平臺8和動平臺9的混合鏈和單開鏈。動平臺9采用臺面板。
[0013]混合鏈包括一個空間單閉鏈和與之串聯(lián)的第七轉動副R7，所述空間單閉鏈包括第一子分支和第二子分支Ο
[0014]第一子分支包括靜平臺9到第六萬向鉸鏈U6依次設置的第三轉動副R3，第四萬向鉸鏈U4和第五移動副Ρ5。第三轉動副R3和第四萬向鉸鏈U4通過連桿1連接，第四萬向鉸鏈U4和第五移動副Ρ5通過連桿2連接，第五移動副Ρ5和第六萬向鉸鏈U6通過連桿3連接。第一子分支中第三轉動副R3的轉動軸線與第四萬向鉸鏈U4中和連桿1相連的軸線相互垂直，第四萬向鉸鏈U4和連桿2相連的轉動軸線與第六萬向鉸鏈U6和連桿3相連接的軸線相互平行，其他兩個軸線也相互平行。第二子分支包括靜平臺9上的第一移動副Ρ1和與第一移動副連接的第二轉動副R2，它們通過連桿5連接。第二子分支中第一移動副Ρ1的軸線與第二轉動副R2的軸線相互垂直。此支鏈中的第一移動副Ρ1和第三轉動副R3分別為此并聯(lián)機構的主動副。
[0015]所述第一子分支、第二子分支通過連桿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。
[0016]單開鏈包括由靜平臺8到動平臺9依次串聯(lián)的第八圓柱副C8、第九轉動副R9及第十球副S10，其中第八圓柱副C8和第九轉動副R9通過連桿7連接，第九轉動副R9和第十球副S10通過連桿6連接。第八圓柱副C8軸線平行于ζ軸，第八圓柱副C8的軸線和第九轉動副R9的軸線平行，第十球副S10與動平臺9連接，與靜平臺8相連的第八圓柱副C8為主動副。
[0017]如圖2第一移動副Ρ1的導軌7、第三轉動副R3的底座1及第八圓柱副C8的導軌10與靜平臺相連。移動副Ρ1的軸線與轉動副R3的軸線相互垂直，移動副Ρ1的軸線與圓柱副C8的軸線相互垂直。
[0018]主動副為移動副的驅動機構是伺服電機帶動滾珠絲杠配合導軌實現(xiàn)線性位移為主動輸入，主動圓柱副的驅動機構是伺服電機帶動滾珠絲杠實現(xiàn)線性位移的主動輸入同時串聯(lián)一個轉動副其軸線與滾珠絲杠的軸線同軸，主動轉動副的驅動機構是電機帶動減速機。
[0019]本實用新型提出的一種完全解耦三自由度并聯(lián)機器人機構在工作過程中，當驅動第一移動副P1、第八圓柱副C8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3 X 3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，大大減少了各運動鏈之間的影響，解決了并聯(lián)機器人解耦性差控制設計困難的問題。主動移動副的驅動機構是電機帶動的絲杠機構，或者是伺服電機，主動轉動副的驅動機構是電機帶動的減速機，當圓柱副為主動副時可在絲杠軸線上串聯(lián)一轉動鉸鏈實現(xiàn)其既定運動，這些都是機器人的常規(guī)設計。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.具有兩轉一移三自由度的非對稱并聯(lián)機構，包括靜平臺、動平臺以及連接在動平臺與靜平臺之間的兩個分支運動鏈，其特征在于，兩個分支運動鏈中的一支為混合鏈，另一支為單開鏈，所述混合鏈包括第一子分支、第二子分支以及第七轉動副，第一子分支包括由自靜平臺開始依次串聯(lián)的第三轉動副、第四萬向鉸、第五移動副和第六萬向鉸，其中第三轉動副的轉動軸線與第四萬向鉸的與之相鄰的部分的軸線互相垂直，第四萬向鉸中與第五移動副相連的部分的轉動軸線與第六萬向鉸中與第五移動副相連的部分的轉動軸線互相平行，二者的剩余的轉動軸線也相互平行；第二子分支包括自靜平臺開始依次串聯(lián)的第一移動副和第二轉動副，在第二子分支中，第一移動副的軸線與第二轉動副的轉動軸線互相垂直，第一、第二子分支并聯(lián)構成一轉一移二自由度單閉鏈后與第七轉動副串聯(lián)并通過第七轉動副與動平臺連接，第二轉動副的軸線與第七轉動副的軸線相互垂直，在混合鏈中，第一移動副和第三轉動副為主動副；單開鏈包括從靜平臺到動平臺依次串聯(lián)的第八圓柱副、第九轉動副和第十球副，第八圓柱副、第九轉動副的軸線互相平行并且均平行于第三轉動副的軸線，弟八圓柱副為主動副。2.根據(jù)權利要求1所述的具有兩轉一移三自由度的非對稱并聯(lián)機構，其特征在于，靜平臺為矩形平臺，混合鏈和單開鏈分別連接在靜平臺的相對的兩側。3.根據(jù)權利要求1或2所述的具有兩轉一移三自由度的非對稱并聯(lián)機構，其特征在于，第八圓柱副的空間位置高于第三轉動副和第一移動副。
【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具有兩轉一移三自由度的非對稱并聯(lián)機構。該具有兩轉一移三自由度的非對稱并聯(lián)機構采用動、靜平臺加兩條運動分支連的構成形式，并且將兩條運動分支鏈中的一條設為混合鏈，另一條設為單開鏈，安裝于靜平臺上的第一移動副、第三轉動副和第八圓柱副被選為主動副，其中第一移動副與第三轉動副和第八圓柱副軸線垂直。第七轉動副和第十球副與動平臺相連。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，故動平臺的輸出與主動輸入呈一一對應關系，大大減少了各運動鏈之間的影響，解決了并聯(lián)機器人解耦性差、控制設計困難的問題。
【IPC分類】B25J9/00
【公開號】CN205033197
【申請?zhí)枴緾N201520767121
【發(fā)明人】張彥斌, 趙浥夫, 徐彥偉, 李躍松, 彭建軍, 吳鑫, 丁丁, 王增輝
【申請人】河南科技大學
【公開日】2016年2月17日
【申請日】2015年9月30日