一種完全各向同性?xún)梢苾赊D(zhuǎn)并聯(lián)機(jī)器人機(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，特別涉及一種完全各向同性?xún)梢苾赊D(zhuǎn)并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)是由多條支鏈組合成的一種閉環(huán)回路，具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、剛度大、誤差積累少、動(dòng)態(tài)性能好等優(yōu)點(diǎn)。并聯(lián)機(jī)構(gòu)在許多領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用如動(dòng)態(tài)模擬、醫(yī)療器械、工業(yè)機(jī)器人、空間對(duì)接裝置，并聯(lián)機(jī)床。
[0003]并聯(lián)機(jī)構(gòu)由于其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)一般存在運(yùn)動(dòng)耦合的問(wèn)題，如Stewart六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)、Delta機(jī)構(gòu)，也正由于耦合性的存在使得并聯(lián)機(jī)器人具有了不同于串聯(lián)機(jī)器人的一些特性。但是耦合性的存在使得并聯(lián)機(jī)器人在其構(gòu)型設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析等方面存在諸多困難。因此，在低承載、高精度、高速度領(lǐng)域，如手術(shù)機(jī)器人、微納操作裝備，完全各向同性解耦并聯(lián)機(jī)構(gòu)擁有廣闊的前景。
[0004]在兩移兩轉(zhuǎn)四自由度并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)研究中，不少學(xué)者構(gòu)造了許多新構(gòu)型，如國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利文獻(xiàn)CN1387977、CN202357165U。同時(shí)對(duì)于兩移兩轉(zhuǎn)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的解耦性研究取得一些新進(jìn)展，例如，中國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)CN102896628A提出了一種四自由度全解耦并聯(lián)機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)由兩條支鏈組成，其中一條支鏈為混合鏈，能夠?qū)崿F(xiàn)兩移兩轉(zhuǎn)動(dòng)作，解決了運(yùn)動(dòng)耦合性，但是該結(jié)構(gòu)只有兩條支鏈剛性不好，同時(shí)其中含有一條混合鏈生產(chǎn)加工裝配十分不便。因此設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、解耦性好、力傳遞性能好的并聯(lián)機(jī)構(gòu)已成為該領(lǐng)域的新課題。

【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、運(yùn)動(dòng)解耦的完全各向同性?xún)梢苾赊D(zhuǎn)四自由度并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中結(jié)構(gòu)剛性差，部分支鏈較為復(fù)雜，生產(chǎn)加工裝配的問(wèn)題。
[0006]該機(jī)構(gòu)由定平臺(tái)、動(dòng)平臺(tái)以及連接兩平臺(tái)間的四條支鏈組成。支鏈一由兩個(gè)垂直方向的移動(dòng)副和兩個(gè)軸線垂直的轉(zhuǎn)動(dòng)副構(gòu)成；支鏈二由兩個(gè)垂直方向的移動(dòng)副和其軸線垂直的一個(gè)圓柱副和一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副組成；支鏈三由一個(gè)移動(dòng)副、一個(gè)平行四邊形鉸鏈、三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副；支鏈三由六個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副以及連接它們的五個(gè)連桿組成。
[0007]支鏈一中，第一個(gè)連桿的一端通過(guò)平行于定平臺(tái)的移動(dòng)副與定平臺(tái)滑槽連接，該連桿的另一端通過(guò)方向垂直于定平臺(tái)的移動(dòng)副與第二個(gè)連桿連接，該連桿另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副與第三個(gè)連桿連接，第三個(gè)連桿通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副與動(dòng)平臺(tái)連接，其轉(zhuǎn)動(dòng)軸線相互垂直；
[0008]支鏈二中，第一個(gè)連桿的一端通過(guò)方向垂直于定平臺(tái)的移動(dòng)副與定平臺(tái)連接，該連桿的另一端通過(guò)移動(dòng)副與第二個(gè)連桿連接，該第二個(gè)連桿的另一端通過(guò)圓柱副與第三個(gè)連桿連接，第三個(gè)連桿另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副與動(dòng)平臺(tái)連接，其中圓柱副軸線、移動(dòng)副中心方向相互垂直，轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線平行定平臺(tái)垂直于圓柱副軸線；
[0009]支鏈三中，第一個(gè)連桿通過(guò)移動(dòng)副與定平臺(tái)連接，連桿另一端通過(guò)平行四邊形鉸鏈與第二個(gè)連桿連接，連桿另一端轉(zhuǎn)動(dòng)副與第三個(gè)連桿連接，連桿的另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副與第四個(gè)連桿連接，連桿的另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副與動(dòng)平臺(tái)連接，其中平行四邊形鉸鏈軸線于第三個(gè)連桿兩端的轉(zhuǎn)動(dòng)副平行，第四個(gè)連桿兩端轉(zhuǎn)動(dòng)副相垂直；
[0010]支鏈四中第一個(gè)連桿通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副與動(dòng)平臺(tái)連接，連桿另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副與第二個(gè)連桿連接，連桿另一端轉(zhuǎn)動(dòng)副與第三個(gè)連桿連接，連桿的另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副與第四個(gè)連桿連接，連桿的另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副與第五個(gè)連桿連接，連桿另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副與動(dòng)平臺(tái)連接，其中第一、二個(gè)連桿兩端的轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線平行，第三、五個(gè)連桿兩端軸線垂直，第四個(gè)連桿兩端轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線平行。
[0011]上述支鏈一中移動(dòng)副為主動(dòng)驅(qū)動(dòng)，第一個(gè)連桿在移動(dòng)副的驅(qū)動(dòng)下發(fā)生移動(dòng)，帶動(dòng)第二、三個(gè)連桿移動(dòng)，第三個(gè)連桿移動(dòng)帶動(dòng)動(dòng)平臺(tái)發(fā)生移動(dòng)；上述支鏈二中與定平臺(tái)連接的移動(dòng)副為主動(dòng)驅(qū)動(dòng)，第一個(gè)連桿在移動(dòng)副的驅(qū)動(dòng)下發(fā)生移動(dòng)，帶動(dòng)第二、三個(gè)連桿移動(dòng)，第三個(gè)連桿移動(dòng)帶動(dòng)動(dòng)平臺(tái)發(fā)生移動(dòng)；上述支鏈三中與動(dòng)平臺(tái)連接的轉(zhuǎn)動(dòng)副為主動(dòng)驅(qū)動(dòng)，在轉(zhuǎn)動(dòng)副的驅(qū)動(dòng)下動(dòng)平臺(tái)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)；上述支鏈四中與動(dòng)平臺(tái)連接的轉(zhuǎn)動(dòng)副為主動(dòng)驅(qū)動(dòng)，在轉(zhuǎn)動(dòng)副的驅(qū)動(dòng)下動(dòng)平臺(tái)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0012]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0013]1、機(jī)構(gòu)動(dòng)平臺(tái)具有兩維移動(dòng)和兩維轉(zhuǎn)動(dòng)輸出，含有四條支鏈，各支鏈中各含有一個(gè)主動(dòng)副，主動(dòng)副位于定平臺(tái)和動(dòng)平臺(tái)，具有良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)性能；
[0014]2、該機(jī)構(gòu)末端運(yùn)動(dòng)雅克比矩陣為4X4單位陣，運(yùn)動(dòng)完全解耦，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)動(dòng)輸入輸出間一對(duì)一的控制關(guān)系，且機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)空間具有完全各向同性，具有良好的力學(xué)傳遞性會(huì)K ;
[0015]3、本結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，易于加工制造和裝配，具有較高的實(shí)用價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景，所以本發(fā)明可作為手術(shù)機(jī)器人、微納操作裝備的結(jié)構(gòu)。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是本發(fā)明的立體示意簡(jiǎn)圖。
[0017]圖2是整體示意結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。
[0018]圖3是整體示意結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]—種兩移兩轉(zhuǎn)四自由度完全各向同性空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)，如圖1、2、3所示，機(jī)構(gòu)由定平臺(tái)1、動(dòng)平臺(tái)10以及連接兩平臺(tái)間的四條支鏈組成。支鏈一中，第一個(gè)連桿4的一端通過(guò)平行于定平臺(tái)的移動(dòng)副3與定平臺(tái)滑槽2連接，該連桿4的另一端通過(guò)方向垂直于定平臺(tái)的移動(dòng)副5與第二個(gè)連桿6連接，該連桿6另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副7與第三個(gè)連桿8連接，連桿8另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副9與動(dòng)平臺(tái)10連接，其中移動(dòng)副P(pán)1、P2方向相互垂直，Rl軸線平行于移動(dòng)副P(pán)1，轉(zhuǎn)動(dòng)副Rl、R2軸線相互垂直，R2平行于動(dòng)平臺(tái)10。
[0020]支鏈二中，第一個(gè)連桿16的一端通過(guò)方向垂直于定平臺(tái)的移動(dòng)副17與定平臺(tái)I連接，該連桿16的另一端通過(guò)移動(dòng)副15與第二個(gè)連桿14連接，連桿14的另一端通過(guò)圓柱副13與第三個(gè)連桿12連接，連桿12另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副11與動(dòng)平臺(tái)10連接，其中圓柱副Cl軸線與移動(dòng)副P(pán)3、P4方向之間相互垂直，移圓柱副Cl軸線平行轉(zhuǎn)動(dòng)副R2軸線，轉(zhuǎn)動(dòng)副R3軸線平行于移動(dòng)副P(pán)4 ;
[0021]支鏈三中，第一個(gè)連桿21通過(guò)移動(dòng)副20與定平臺(tái)上滑槽19連接，連桿21另一端通過(guò)平行四邊形鉸鏈22與第二個(gè)連桿23連接，連桿23另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副24與第三個(gè)連桿25連接，連桿25的另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副26與第四個(gè)連桿27連接，連桿27的另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副28與動(dòng)平臺(tái)連接10，其中移動(dòng)副P(pán)5平行四邊形鉸鏈Pal軸線轉(zhuǎn)動(dòng)副R4、R5軸線相互平行且平行于轉(zhuǎn)動(dòng)副Rl、R3軸線，轉(zhuǎn)動(dòng)副R6軸線平行于動(dòng)平臺(tái)垂直于轉(zhuǎn)動(dòng)副R5軸線。
[0022]支鏈四中第一個(gè)連桿31通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副30與動(dòng)平臺(tái)連接，連桿31另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副32與第二個(gè)連桿33連接，連桿33另一端轉(zhuǎn)動(dòng)副34與第三個(gè)連桿35連接，連桿35的另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副36與第四個(gè)連桿37連接，連桿37的另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副38與第五個(gè)連桿39連接，連桿39另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副40與動(dòng)平臺(tái)10連接，其中轉(zhuǎn)動(dòng)副R7、R8、R9軸線相互平行且平行于轉(zhuǎn)動(dòng)副R6軸線，轉(zhuǎn)動(dòng)副R10、R11軸線垂直于轉(zhuǎn)動(dòng)副R9、R12軸線，轉(zhuǎn)動(dòng)副R12軸線平行于動(dòng)平臺(tái)10以及轉(zhuǎn)動(dòng)副R3軸線。
[0023]支鏈一控制動(dòng)平臺(tái)沿Pl方向的移動(dòng)，Pl為支鏈一中的輸入驅(qū)動(dòng)，其驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)可通過(guò)直線伺服電機(jī)或電機(jī)帶動(dòng)絲桿機(jī)構(gòu)；支鏈二控制動(dòng)平臺(tái)沿P3方向的移動(dòng)，P3為支鏈一中的輸入驅(qū)動(dòng)，其驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)可通過(guò)氣缸驅(qū)動(dòng)；支鏈三中R6為主動(dòng)運(yùn)動(dòng)副，控制動(dòng)平臺(tái)繞R6軸線方向的轉(zhuǎn)動(dòng)，可通過(guò)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)；支鏈四中R12為主動(dòng)運(yùn)動(dòng)副，控制動(dòng)平臺(tái)繞R12軸線方向的轉(zhuǎn)動(dòng)，可通過(guò)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種完全各向同性?xún)梢苾赊D(zhuǎn)并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，其特征在于:該機(jī)構(gòu)主要由定平臺(tái)、動(dòng)平臺(tái)以及連接兩平臺(tái)間的四條支鏈組成； 支鏈一中，第一個(gè)連桿的一端通過(guò)平行于定平臺(tái)的移動(dòng)副與定平臺(tái)滑槽連接，該連桿的另一端通過(guò)方向垂直于定平臺(tái)的移動(dòng)副與第二個(gè)連桿連接，該連桿另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副與第三個(gè)連桿連接，第三個(gè)連桿通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副與動(dòng)平臺(tái)連接，其轉(zhuǎn)動(dòng)軸線相互垂直； 支鏈二中，第一個(gè)連桿的一端通過(guò)方向垂直于定平臺(tái)的移動(dòng)副與定平臺(tái)連接，該連桿的另一端通過(guò)移動(dòng)副與第二個(gè)連桿連接，該第二個(gè)連桿的另一端通過(guò)圓柱副與第三個(gè)連桿連接，第三個(gè)連桿另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副與動(dòng)平臺(tái)連接，其中圓柱副軸線、移動(dòng)副中心方向相互垂直，轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線平行定平臺(tái)垂直于圓柱副軸線； 支鏈三中，第一個(gè)連桿通過(guò)移動(dòng)副與定平臺(tái)連接，連桿另一端通過(guò)平行四邊形鉸鏈與第二個(gè)連桿連接，連桿另一端轉(zhuǎn)動(dòng)副與第三個(gè)連桿連接，連桿的另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副與第四個(gè)連桿連接，連桿的另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副與動(dòng)平臺(tái)連接，其中平行四邊形鉸鏈軸線于第三個(gè)連桿兩端的轉(zhuǎn)動(dòng)副平行，第四個(gè)連桿兩端轉(zhuǎn)動(dòng)副相垂直； 支鏈四中第一個(gè)連桿通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副與動(dòng)平臺(tái)連接，連桿另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副與第二個(gè)連桿連接，連桿另一端轉(zhuǎn)動(dòng)副與第三個(gè)連桿連接，連桿的另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副與第四個(gè)連桿連接，連桿的另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副與第五個(gè)連桿連接，連桿另一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副與動(dòng)平臺(tái)連接，其中第一、二個(gè)連桿兩端的轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線平行，第三、五個(gè)連桿兩端軸線垂直，第四個(gè)連桿兩端轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線平行。2.按照權(quán)利要求1所述的兩移兩轉(zhuǎn)并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，其特征在于:上述支鏈一中第三個(gè)連桿兩端的轉(zhuǎn)動(dòng)副可以用虎克鉸代替；上述支鏈二中圓柱副可以用一個(gè)移動(dòng)副和轉(zhuǎn)動(dòng)副代替；上述支鏈三中平行四邊形鉸鏈可以用一個(gè)軸線平行于鉸鏈的轉(zhuǎn)動(dòng)副代替；上述支鏈四中第三個(gè)連桿兩端的轉(zhuǎn)動(dòng)副可以用虎克鉸代替。3.按照權(quán)利要求1所述的兩移兩轉(zhuǎn)并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，其特征在于:上述支鏈一中與定平臺(tái)連接的移動(dòng)副為主動(dòng)驅(qū)動(dòng)；上述支鏈二中與定平臺(tái)連接的移動(dòng)副為主動(dòng)驅(qū)動(dòng)；上述支鏈三中與動(dòng)平臺(tái)連接的轉(zhuǎn)動(dòng)副為主動(dòng)驅(qū)動(dòng)，上述支鏈四中與動(dòng)平臺(tái)連接的轉(zhuǎn)動(dòng)副為主動(dòng)驅(qū)動(dòng)。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種完全各向同性?xún)梢苾赊D(zhuǎn)四自由度并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)由定平臺(tái)、動(dòng)平臺(tái)以及連接兩平臺(tái)間的四條支鏈組成。支鏈一由兩個(gè)垂直方向的移動(dòng)副和兩個(gè)軸線垂直的轉(zhuǎn)動(dòng)副構(gòu)成；支鏈二由兩個(gè)垂直方向的移動(dòng)副和其軸線垂直的一個(gè)圓柱副和一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副組成；支鏈三由一個(gè)移動(dòng)副、一個(gè)平行四邊形鉸鏈、三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副；支鏈三由六個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副以及連接它們的五個(gè)連桿組成。支鏈一、二中與定平臺(tái)連接的移動(dòng)副以及支鏈三、四中與動(dòng)平臺(tái)連接的轉(zhuǎn)動(dòng)副為主動(dòng)副，所述機(jī)構(gòu)可作為手術(shù)機(jī)器人和微操作機(jī)器人的末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)二維移動(dòng)和兩維轉(zhuǎn)動(dòng)的抓取或其他操作動(dòng)作。該設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)解耦，易于控制且力傳遞性能好。
【IPC分類(lèi)】B25J9/00
【公開(kāi)號(hào)】CN105082113
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510557505
【發(fā)明人】曹毅, 秦友蕾, 劉凱, 周輝
【申請(qǐng)人】江南大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年11月25日
【申請(qǐng)日】2015年9月6日