一種(2t1r)&2r完全各向同性混聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的制作方法
【專利說明】
所屬技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于機(jī)器人領(lǐng)域，特別涉及一種空間完全各向同性混聯(lián)機(jī)器人機(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。己在焊接、噴漆、搬運(yùn)、汽車裝配、醫(yī)療等領(lǐng)域得到了應(yīng)用。
[0003]在五自由度混聯(lián)機(jī)器人研宄中，哈爾濱量具刃具集團(tuán)有限責(zé)任公司推出了一種全新結(jié)構(gòu)的加工中心LINKS-EXE700，整個(gè)并聯(lián)部分3T和串聯(lián)部分2R構(gòu)成一個(gè)具有5個(gè)自由度的混聯(lián)機(jī)器人。對(duì)于三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的解耦性研宄取得一些進(jìn)展，例如，中國(guó)專利文獻(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)解耦。對(duì)于五自由度混聯(lián)機(jī)構(gòu)的解耦性研宄取得一些進(jìn)展，例如，中國(guó)專利文獻(xiàn)CN102133560A —種多噴槍協(xié)同式噴涂五軸混聯(lián)機(jī)器人，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、控制解耦、運(yùn)動(dòng)工作空間大、定位精度高等優(yōu)點(diǎn)。上述發(fā)明機(jī)構(gòu)還沒有能夠?qū)崿F(xiàn)兩移動(dòng)三轉(zhuǎn)動(dòng)的混聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，解耦性和運(yùn)動(dòng)學(xué)各向同性也沒有很好解決。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種剛性好、易于控制、運(yùn)動(dòng)學(xué)各向同性及輸入輸出完全解耦的兩移動(dòng)三轉(zhuǎn)動(dòng)五自由度混聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)由一個(gè)(2T1R)并聯(lián)機(jī)構(gòu)和一個(gè)串接在并聯(lián)機(jī)構(gòu)串聯(lián)2R支鏈組成。其中并聯(lián)機(jī)構(gòu)由定平臺(tái)、動(dòng)平臺(tái)、以及連接定平臺(tái)和動(dòng)平臺(tái)的三個(gè)分支組成，所述定平臺(tái)為長(zhǎng)方形，動(dòng)平臺(tái)為類三角形，定平臺(tái)為長(zhǎng)方形，動(dòng)平臺(tái)為類三角形，該定平臺(tái)的相鄰兩邊設(shè)有兩相互垂直導(dǎo)軌。
[0005]分支一是由一個(gè)移動(dòng)副和一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副一個(gè)平行四邊形鉸鏈，一個(gè)萬(wàn)向鉸以及連接它們的連桿組成。分支一中的第一連桿的一端通過移動(dòng)副與定平臺(tái)連接，該第一連桿的另一端通過轉(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萬(wàn)向鉸與動(dòng)平臺(tái)一端連接。
[0006]分支二由一個(gè)移動(dòng)副和一個(gè)平行四邊形鉸鏈以及兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副以及連接它們的連桿組成。第一連桿的一端通過移動(dòng)副與定平臺(tái)連接，該第一連桿的另一端通過轉(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轉(zhuǎn)動(dòng)副與動(dòng)平臺(tái)連接；分支三由三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副一個(gè)移動(dòng)副和連接它們的三個(gè)連桿組成。
[0007]分支三中的第一連桿通過轉(zhuǎn)動(dòng)副與定平臺(tái)連接，該第一連桿的另一端通過轉(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轉(zhuǎn)動(dòng)副與動(dòng)平臺(tái)連接；連接動(dòng)平臺(tái)支鏈分支四由兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副組成。第一連桿通過轉(zhuǎn)動(dòng)副與動(dòng)平臺(tái)連接，該第一連桿的另一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)副與機(jī)構(gòu)末端連接。
[0008]上述分支一中，移動(dòng)副的移動(dòng)方向和與動(dòng)平臺(tái)連接的轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線平行，且和萬(wàn)向鉸中一個(gè)的軸線垂直。在分支二中，移動(dòng)副的移動(dòng)方向和轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線平行；在分支三中，移動(dòng)副方向與定平臺(tái)平行，除與定平臺(tái)連接的轉(zhuǎn)動(dòng)副外，其它兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線平行，且與和定平臺(tái)連接的轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線垂直；分支四中兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線相互垂直與動(dòng)平臺(tái)連接的轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線平行于動(dòng)平臺(tái)，機(jī)構(gòu)末端轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線方向與動(dòng)平臺(tái)垂直。
[0009]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0010]1、實(shí)現(xiàn)了空間兩個(gè)移動(dòng)和三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)五自由度動(dòng)作，同時(shí)機(jī)構(gòu)末端速度雅克比矩陣為單位矩陣，運(yùn)動(dòng)學(xué)完全各向同性，具有良好的運(yùn)動(dòng)傳遞性能；
[0011]2、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，具有良好穩(wěn)定性及較快的反應(yīng)速度。
【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明的立體示意簡(jiǎn)圖。
[0013]圖2整體示意結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]一種(2T1R)&2R完全各向同性混聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，如圖1、2所示定平臺(tái)18為長(zhǎng)方形結(jié)構(gòu)，動(dòng)平臺(tái)10為類三角形結(jié)構(gòu)，該定平臺(tái)的相鄰兩邊設(shè)有直角導(dǎo)軌I和17，直角滑軌的中心線與底面平行。
[0015]分支一中的第一連桿3的一端通過移動(dòng)副2與導(dǎo)軌I連接，該連桿的另一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)副4與平行四邊形鉸鏈5的一端連接，該平行四邊形鉸鏈的另一端通過萬(wàn)向鉸7與動(dòng)平臺(tái)10連接。其中的移動(dòng)副2的移動(dòng)方向與底面平行。轉(zhuǎn)動(dòng)副4和萬(wàn)向鉸轉(zhuǎn)動(dòng)軸線8平行同時(shí)與轉(zhuǎn)動(dòng)軸線9垂直。平行四邊形鉸鏈5中的轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線與轉(zhuǎn)動(dòng)副4平行。
[0016]分支二中的第一連桿通過移動(dòng)副16與導(dǎo)軌17連接，該第一連桿15的另一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)副14與平行四邊形鉸鏈13 —端連接，該平行四邊形鉸鏈的另一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)副11與動(dòng)平臺(tái)10連接。其中移動(dòng)副16的中心線方向與移動(dòng)副2的中心線垂直，第一個(gè)連桿15兩端的運(yùn)動(dòng)副軸線平行，轉(zhuǎn)動(dòng)副11、14與平行四邊形鉸鏈13的轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線方向平行。
[0017]分支三中的第一連桿20的一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)副19與定平臺(tái)連接，該第一連桿的另一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)副21與第二連桿22的一端連接，該第二連桿的另一端通過移動(dòng)副23與第三連桿24的一端連接，該第三連桿的另一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)副25與動(dòng)平臺(tái)連接。其中第一個(gè)連桿20兩端的轉(zhuǎn)動(dòng)副19、21軸線相互垂直，第二個(gè)連桿22兩端的運(yùn)動(dòng)副21、23中心線相互垂直，第三個(gè)連桿24兩端的運(yùn)動(dòng)副25、23中心線相互垂直，轉(zhuǎn)動(dòng)副25軸線垂直于動(dòng)平臺(tái)10，平行于轉(zhuǎn)動(dòng)副21。
[0018]分支四第一連桿30的一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)副27與動(dòng)平臺(tái)連接，該第一連桿的另一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)29與機(jī)構(gòu)末端連接。其中第一個(gè)連桿30兩端的轉(zhuǎn)動(dòng)副27、29軸線相互垂直。
[0019]支鏈一中移動(dòng)副2為的輸入驅(qū)動(dòng)，控制機(jī)構(gòu)沿移動(dòng)副2方向的移動(dòng)，其驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)可通過直線伺服電機(jī)或電機(jī)帶動(dòng)絲桿機(jī)構(gòu)；支鏈二中移動(dòng)副16為的輸入驅(qū)動(dòng)，控制機(jī)構(gòu)沿移動(dòng)副2方向的移動(dòng)，其驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)可通過直線伺服電機(jī)或電機(jī)帶動(dòng)絲桿機(jī)構(gòu)；支鏈三中轉(zhuǎn)動(dòng)副19為的輸入驅(qū)動(dòng)，控制機(jī)構(gòu)繞19軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)，其驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)可通過伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)；支鏈四中轉(zhuǎn)動(dòng)副27、30為的輸入驅(qū)動(dòng)，控制機(jī)構(gòu)分別繞27、30軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)，其驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)可通過伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)；最終實(shí)現(xiàn)該機(jī)構(gòu)兩移三轉(zhuǎn)一對(duì)一的輸入與輸出運(yùn)動(dòng)關(guān)系。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種(2T1R)&2R完全各向同性混聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，其包括定平臺(tái)、動(dòng)平臺(tái)、連接動(dòng)平臺(tái)的串聯(lián)支鏈分支四以及連接定平臺(tái)和動(dòng)平臺(tái)的三個(gè)分支，其特征在于:其定平臺(tái)為長(zhǎng)方形結(jié)構(gòu)，動(dòng)平臺(tái)為類三角形。該定平臺(tái)的相鄰兩邊設(shè)有導(dǎo)軌，兩導(dǎo)軌的中心線相互垂直且均與定平臺(tái)底面平行；分支一是由一個(gè)移動(dòng)副和一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副一個(gè)平行四邊形鉸鏈，一個(gè)萬(wàn)向鉸以及連接它們的連桿組成。第一連桿的一端通過移動(dòng)副與定平臺(tái)連接。該第一連桿的另一端通過轉(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萬(wàn)向鉸與動(dòng)平臺(tái)連接，其中第一個(gè)連桿兩端的運(yùn)動(dòng)副中心線相互平行，平行四邊形鉸鏈軸線平行于轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線，萬(wàn)向鉸兩個(gè)相互垂直軸線平行于動(dòng)平面；分支二是由一個(gè)移動(dòng)副和一個(gè)平行四邊形鉸鏈以及兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副以及連接它們的連桿組成。第一連桿的一端通過移動(dòng)副與定平臺(tái)連接，該第一連桿的另一端通過轉(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轉(zhuǎn)動(dòng)副與動(dòng)平臺(tái)連接。其中第一個(gè)連桿兩端的運(yùn)動(dòng)副中心線相互平行，平行四邊形鉸鏈軸線和兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線相互平行；分支三是由三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副一個(gè)移動(dòng)副和連接它們的三個(gè)連桿組成；連接動(dòng)平臺(tái)支鏈分支四由兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副組成。第一連桿通過轉(zhuǎn)動(dòng)副與定平臺(tái)連接，該第一連桿的另一端通過轉(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轉(zhuǎn)動(dòng)副與動(dòng)平臺(tái)連接，其中第一個(gè)連桿兩端的轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線相互垂直，第二個(gè)連桿兩端的運(yùn)動(dòng)副中心線相互垂直，第三個(gè)連桿兩端的運(yùn)動(dòng)副3中心線相互垂直，與動(dòng)平臺(tái)連接的轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線垂直于動(dòng)平臺(tái)；分支四是由兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副組成。第一連桿通過轉(zhuǎn)動(dòng)副與動(dòng)平臺(tái)連接，該第一連桿的另一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)副與機(jī)構(gòu)末端連接，其中第一個(gè)連桿兩端的轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線相互垂直，與動(dòng)平臺(tái)連接的轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線平行于動(dòng)-ψ- 口 O
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種(2T1R)&2R完全各向同性混聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，其特征在于:分支一和分支二中移動(dòng)副方向相互垂直，支鏈三與定平臺(tái)連接的轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線平行于支鏈二中的移動(dòng)副方向。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種(2T1R)&2R完全各向同性混聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)其特征在于:定平臺(tái)連接的兩個(gè)移動(dòng)副一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副和分支四中兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副分別為機(jī)構(gòu)的輸入驅(qū)動(dòng)。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種(2T1R)&2R完全各向同性混聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，其包括一個(gè)并聯(lián)機(jī)構(gòu)(2T1R)和一個(gè)串聯(lián)支鏈2R，(2T1R)并聯(lián)機(jī)構(gòu)由定平臺(tái)、動(dòng)平臺(tái)、以及連接兩平臺(tái)之間的三個(gè)分支組成。分支一是由一個(gè)移動(dòng)副、一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副、一個(gè)平行四邊形鉸鏈，一個(gè)萬(wàn)向鉸以及連接它們之間的連桿組成；分支二由一個(gè)移動(dòng)副、一個(gè)平行四邊形鉸鏈、兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副以及連接它們之間的連桿組成；分支三由三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副、一個(gè)移動(dòng)副以及連接它們之間的連桿組成；連接動(dòng)平臺(tái)串聯(lián)支鏈分支四由兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副組成。定平臺(tái)連接的運(yùn)動(dòng)副和分支四為主動(dòng)副，該設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，能實(shí)現(xiàn)動(dòng)平臺(tái)沿水平方向的兩個(gè)移動(dòng)和空間三維轉(zhuǎn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)學(xué)完全各向同性，易于控制，傳遞性能好。
【IPC分類】B25J9-00
【公開號(hào)】CN104875188
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510257095
【發(fā)明人】曹毅, 秦友蕾, 陳海, 何帆, 李保坤
【申請(qǐng)人】江南大學(xué)
【公開日】2015年9月2日
【申請(qǐng)日】2015年5月19日