一種(3t)&2r五自由度解耦混聯(lián)機(jī)構(gòu)的制作方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】
所屬技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于機(jī)器人領(lǐng)域，特別涉及一種空間解耦混聯(lián)機(jī)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]混聯(lián)機(jī)器人同時(shí)兼具串聯(lián)機(jī)器人工作空間大、易控制，并聯(lián)器人結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、剛度大、誤差積累少、動(dòng)態(tài)性能好、易求得運(yùn)動(dòng)學(xué)反解等各自的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又能避免單純串、并聯(lián)構(gòu)型缺點(diǎn)，在現(xiàn)代制造業(yè)中更具有實(shí)用性，已在焊接、噴漆、搬運(yùn)、汽車(chē)裝配、醫(yī)療等領(lǐng)域得到了應(yīng)用。
[0003]少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新是混聯(lián)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)一個(gè)重要前提，由于混聯(lián)機(jī)器人包涵并聯(lián)結(jié)構(gòu)，并聯(lián)機(jī)構(gòu)存在運(yùn)動(dòng)耦合性強(qiáng)的問(wèn)題。混聯(lián)機(jī)器人耦合性的存在使得機(jī)構(gòu)在機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、計(jì)算分析和運(yùn)動(dòng)控制等方面存在著諸多問(wèn)題。因此，為簡(jiǎn)化混聯(lián)機(jī)器人的控制過(guò)程，提高混聯(lián)機(jī)構(gòu)的解耦性已經(jīng)成為機(jī)構(gòu)學(xué)研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)問(wèn)題。
[0004]對(duì)于三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的解耦性研究取得一些進(jìn)展，例如，中國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)CN102699907A提出了三自由度移動(dòng)解耦并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)不僅編程容易，制造及控制精度也易提高，運(yùn)動(dòng)解稱(chēng)。在五自由度混聯(lián)機(jī)器人構(gòu)型研究中，Adept Technology公司的5自由度Adept Quattro機(jī)器人，由3平移I轉(zhuǎn)動(dòng)的4自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的動(dòng)平臺(tái)再串聯(lián)一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度構(gòu)成。中國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)CN1524662A提出了非對(duì)稱(chēng)空間5自由度混聯(lián)機(jī)器人接其優(yōu)點(diǎn)是模塊化設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)即插即用，運(yùn)動(dòng)構(gòu)件數(shù)量少，可降低運(yùn)動(dòng)過(guò)程中構(gòu)件間產(chǎn)生干涉的可能性，具有高速度、高精度、高剛度的性能和工作空間大的特點(diǎn)。上述發(fā)明機(jī)構(gòu)雖然機(jī)構(gòu)動(dòng)平臺(tái)能實(shí)現(xiàn)五自由度運(yùn)動(dòng)，但是能實(shí)現(xiàn)解耦的混聯(lián)機(jī)構(gòu)十分稀少，大部分混聯(lián)機(jī)構(gòu)的解耦性并沒(méi)有很好解決。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、易于控制、運(yùn)動(dòng)解耦的三移兩轉(zhuǎn)五自由度混聯(lián)機(jī)器人。本發(fā)明由一個(gè)并聯(lián)機(jī)構(gòu)(3T)和連接并聯(lián)機(jī)構(gòu)的一個(gè)串聯(lián)支鏈2R組成(3T)&2R五自由度解耦混聯(lián)機(jī)構(gòu)。并聯(lián)機(jī)構(gòu)由基座、動(dòng)平臺(tái)、以及連接基座和動(dòng)平臺(tái)的三個(gè)分支。所述基座兩相鄰底邊安裝導(dǎo)軌，所述導(dǎo)軌的中心線(xiàn)與定平臺(tái)底面平行，分支一由一個(gè)移動(dòng)副和兩個(gè)軸線(xiàn)平行轉(zhuǎn)動(dòng)副和一個(gè)平行四邊形鉸鏈，以及連接它們的連桿組成；分支二由一個(gè)移動(dòng)副和兩個(gè)軸線(xiàn)平行轉(zhuǎn)動(dòng)副和一個(gè)平行四邊形鉸鏈，以及連接它們的連桿組成；分支三由三個(gè)方向互相垂直移動(dòng)副和連接它們的兩個(gè)連桿組成；連接動(dòng)平臺(tái)支鏈由兩個(gè)軸線(xiàn)相互垂直的轉(zhuǎn)動(dòng)副組成。
[0006]其中，其分支一中的第一連桿的一端通過(guò)移動(dòng)副與定平臺(tái)連接，該第一連桿的另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副與平行四邊形鉸鏈連接，該平行四邊形鉸鏈另一端通過(guò)萬(wàn)向鉸與動(dòng)平臺(tái)一端連接；分支二中的第一連桿的一端通過(guò)移動(dòng)副與定平臺(tái)連接，該第一連桿的另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副與平行四邊形鉸鏈連接，該平行四邊形鉸鏈的另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副與動(dòng)平臺(tái)連接；分支三中的第一連桿通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副與定平臺(tái)連接，該第一連桿的另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副與第二連桿的一端連接，該第二連桿的另一端通過(guò)移動(dòng)副與第三連桿的一端連接，該第三連桿的另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副與動(dòng)平臺(tái)連接。
[0007]分支一中，移動(dòng)副的移動(dòng)方向與分支二中轉(zhuǎn)動(dòng)副和移動(dòng)副方向垂直；分支二第一連桿的一端通過(guò)移動(dòng)副與基座連接，另一端與平行四邊形鉸鏈連接，該平行四邊形鉸鏈另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副與第二連桿連接，第二連桿另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副與動(dòng)平臺(tái)連接，其中移動(dòng)中心線(xiàn)和兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線(xiàn)平行；分支三第一連桿的一端通過(guò)移動(dòng)副與基座連接，另一端通過(guò)移動(dòng)副與第二連桿連接。第二連桿另一端通過(guò)移動(dòng)副與動(dòng)平臺(tái)連接，由三個(gè)移動(dòng)副方向互相垂直；連接動(dòng)平臺(tái)支鏈四連桿通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副與動(dòng)平臺(tái)連接，另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副與機(jī)構(gòu)末端連接。其兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線(xiàn)相互垂直。
[0008]分支一中與定平臺(tái)連接的移動(dòng)副通過(guò)滾珠絲桿驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)；上述分支二中與定平臺(tái)連接移動(dòng)副通過(guò)滾珠絲桿驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)；上述分支三中與定平臺(tái)連接的移動(dòng)副通過(guò)氣缸驅(qū)動(dòng)；與動(dòng)平臺(tái)連接的轉(zhuǎn)動(dòng)副通過(guò)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)；末端的轉(zhuǎn)動(dòng)副通過(guò)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。最終實(shí)現(xiàn)五個(gè)輸入五個(gè)輸出運(yùn)動(dòng)解耦的混聯(lián)機(jī)器人。
[0009]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0010]1、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，運(yùn)動(dòng)副有低副也有復(fù)合運(yùn)動(dòng)副，裝配簡(jiǎn)單，制造成本低；
[0011]2、實(shí)現(xiàn)了空間三個(gè)移動(dòng)自由度和兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度解耦；
[0012]3、所有輸入驅(qū)動(dòng)全部與平臺(tái)相連，這樣減少了桿件的負(fù)載，具有良好的運(yùn)動(dòng)性和穩(wěn)定性及較大的操作空間。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1是本發(fā)明的立體示意簡(jiǎn)圖。
[0014]圖2整體示意結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]在圖2所示的一種三移兩轉(zhuǎn)五自由度解耦空間混聯(lián)機(jī)構(gòu)示意圖中，基座I動(dòng)平臺(tái)8為長(zhǎng)方形結(jié)構(gòu)，該基座的相鄰兩邊部有導(dǎo)軌2和14，導(dǎo)軌的中心線(xiàn)與定底面平行；分支一中的第一連桿的一端通過(guò)移動(dòng)副3與導(dǎo)軌2連接，該連桿的另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副4與平行四邊形鉸鏈5的一端連接，5的另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副7與動(dòng)平臺(tái)8連接；分支二中的第一連桿通過(guò)移動(dòng)副13與基座導(dǎo)軌14連接，該第一連桿的另一端與平行四邊形鉸鏈12 —端連接，該平行四邊形鉸鏈的另一端通過(guò)移動(dòng)副11與連桿10連接；連桿10的另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副9與動(dòng)平臺(tái)8連接；分支三中的第一連桿16的一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副15與基座連接，該第一連桿的另一端通過(guò)移動(dòng)副17與第二連桿的18 —端連接，該第二連桿的另一端通過(guò)移動(dòng)副19與動(dòng)平臺(tái)連接。分支四中第連桿21通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副20與動(dòng)平臺(tái)連接，連桿另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副22與機(jī)構(gòu)末端連接。
[0016]分支一中的移動(dòng)副2的移動(dòng)方向轉(zhuǎn)動(dòng)副4、8軸線(xiàn)平行與分支二中的移動(dòng)副14的移動(dòng)方向轉(zhuǎn)動(dòng)副9、11軸線(xiàn)與分支三中移動(dòng)副17方向平行，始終與動(dòng)平臺(tái)8平行。分支二中轉(zhuǎn)動(dòng)副9、11軸線(xiàn)與移動(dòng)副13方向平行與分支3中轉(zhuǎn)動(dòng)副19方向平行。分支四中轉(zhuǎn)動(dòng)副20軸線(xiàn)與分支二中的轉(zhuǎn)動(dòng)副9、11軸線(xiàn)與移動(dòng)副14方向平行。轉(zhuǎn)動(dòng)副22軸線(xiàn)垂直于基座平面。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種三移兩轉(zhuǎn)五自由度解耦混聯(lián)機(jī)構(gòu)，其包括一個(gè)并聯(lián)機(jī)構(gòu)和連接并聯(lián)機(jī)構(gòu)的一個(gè)支鏈，并聯(lián)機(jī)構(gòu)由基座、動(dòng)平臺(tái)、以及連接基座和動(dòng)平臺(tái)的三個(gè)分支。其特征在于:基座兩相鄰底邊安裝導(dǎo)軌，所述導(dǎo)軌的中心線(xiàn)與定平臺(tái)底面平行，其分支一第一連桿的一端通過(guò)移動(dòng)副與基座連接，另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副與平行四邊形鉸鏈連接，該平行四邊形鉸鏈另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副與動(dòng)平臺(tái)一端連接，其中移動(dòng)中心線(xiàn)和兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線(xiàn)平行。分支一中，移動(dòng)副的移動(dòng)方向與分支二中轉(zhuǎn)動(dòng)副和移動(dòng)副方向垂直；分支二第一連桿的一端通過(guò)移動(dòng)副與基座連接，另一端與平行四邊形鉸鏈連接，該平行四邊形鉸鏈另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副與第二連桿連接，第二連桿另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副與動(dòng)平臺(tái)連接，其中移動(dòng)中心線(xiàn)和兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線(xiàn)平行。分支三第一連桿的一端通過(guò)移動(dòng)副與基座連接，另一端通過(guò)移動(dòng)副與第二連桿連接。第二連桿另一端通過(guò)移動(dòng)副與動(dòng)平臺(tái)連接，由三個(gè)移動(dòng)副方向互相垂直；連接動(dòng)平臺(tái)支鏈四連桿通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副與動(dòng)平臺(tái)連接，另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副與機(jī)構(gòu)末端連接。其兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線(xiàn)相互垂直。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種解耦的三移兩轉(zhuǎn)五自由度混聯(lián)機(jī)器人，其特征在于:上述分支一中與定平臺(tái)連接的移動(dòng)副通過(guò)滾珠絲桿驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)；上述分支二中與定平臺(tái)連接移動(dòng)副通過(guò)滾珠絲桿驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)；上述分支三中與定平臺(tái)連接的移動(dòng)副通過(guò)氣缸驅(qū)動(dòng)。與動(dòng)平臺(tái)連接的移動(dòng)副通過(guò)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，末端的轉(zhuǎn)動(dòng)副通過(guò)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。
【專(zhuān)利摘要】一種(3T)&2R五自由度解耦混聯(lián)機(jī)構(gòu)，其包括一個(gè)并聯(lián)機(jī)構(gòu)(3T)和連接并聯(lián)機(jī)構(gòu)的一個(gè)串聯(lián)支鏈2R，并聯(lián)機(jī)構(gòu)由基座、動(dòng)平臺(tái)、以及連接基座和動(dòng)平臺(tái)的三個(gè)分支。所述基座兩相鄰底邊安裝導(dǎo)軌，所述導(dǎo)軌的中心線(xiàn)與定平臺(tái)底面平行，分支一由一個(gè)移動(dòng)副和兩個(gè)軸線(xiàn)平行轉(zhuǎn)動(dòng)副和一個(gè)平行四邊形鉸鏈，以及連接它們的連桿組成；分支二由一個(gè)移動(dòng)副和兩個(gè)軸線(xiàn)平行轉(zhuǎn)動(dòng)副和一個(gè)平行四邊形鉸鏈，以及連接它們的連桿組成。分支三由三個(gè)方向互相垂直移動(dòng)副和連接它們的兩個(gè)連桿組成：連接動(dòng)平臺(tái)支鏈由兩個(gè)軸線(xiàn)相互垂直的轉(zhuǎn)動(dòng)副組成。本發(fā)明結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，制造成本低，能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)平臺(tái)沿平行于定平臺(tái)方向及垂直于定平臺(tái)的三個(gè)移動(dòng)和繞平行于基座軸線(xiàn)和垂直于基座的兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)，各運(yùn)動(dòng)解耦，易于控制，運(yùn)動(dòng)空間大，承載力強(qiáng)。
【IPC分類(lèi)】B25J9/00
【公開(kāi)號(hào)】CN105643593
【申請(qǐng)?zhí)枴?br>【發(fā)明人】曹毅, 秦友蕾, 陳海, 李佳桐, 李可
【申請(qǐng)人】江南大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年6月8日
【申請(qǐng)日】2014年11月7日