CN101712151A - 一种大倾角六自由度并联机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种大倾角六自由度并联机器人，它涉及一种可实现大角度倾转能力的六自由度并联机器人。该并联机器人机构包含基座、动平台、以及连接于动平台与基座之间的5个6自由度运动支链组成。其特征在于：连接于动平台与基座的5个支链中有4个分布在动平台的周边并与基座连接，称之为周边支链，周边支链只有一个关节为驱动关节，第5个支链置于动平台中间并与基座连接，称之为中央支链，中央支链由两个移动副和两个虎克铰组成，两个移动副为驱动关节，中央支链的作用是通过控制其驱动输入，使得中央支链能够推动机器人动平台实现大角度的倾转运动。本机构结构简单，控制容易，有较大的倾转能力和较小的扭转能力，且结构紧凑，具有较好的刚性，因此本机构在应用于硬质材料的五面加工场合。

Description

一种大倾角六自由度并联机器人
技术领域
本发明隶属于工业机器人领域，涉及一种应用于五面机械加工的六自由度并联机器人。
背景技术
并联机构是指由两个或两个以上串联机构并行连接到一个公共基座和一个公共动平台，机构具有两个或两个以上自由度，且以并联方式驱动的机构。由于机构本身的特点，并联机器人机构由于具有刚性好、载荷/自重比大、承载能力强、误差累积小、动态性能好、结构紧凑等特点，近年来被广泛应用于众多技术领域，尤其是五轴数控机床的应用上，并联机构有着广泛的应用背景，然而，现在的众多五轴并联机床存在着诸多问题，比如，较小的倾角、较多的奇异形位、可用工作空间较小等问题，这些缺点又进一步限制了并联机构的应用范围，使得复杂曲面的加工难以应用并联机构来实现。
发明内容
本发明是为了克服现有五轴并联机床的不足之处而提供一可以实现大倾角转动的6自由度并联机器人。
本发明的所采用的技术解决方案如下：
该并联机器人机构包含基座、动平台、以及连接于动平台与基座之间的5个6自由度运动支链组成。连接于动平台与基座的5个支链中有4个分布在动平台的周边且与基座连接，称之为周边支链，并且只有一个关节为驱动关节，第5个支链置于动平台中间且与基座连接，称之为中央支链，该中央支链由两个移动副和两个虎克铰组成，两个移动副为驱动关节，该中央支链的作用是通过控制其驱动输入，使得中央支链能够推动机器人动平台实现大角度倾转运动，通过控制其推进力方向垂直于倾转轴线，使得机器人动平台有良好的受力作用，从而实现大角度倾转运动。
四个周边支链对动平台本身不起约束作用，其驱动可以与基座相连，也可以是与放置在支链的中间形成伸缩杆形式驱动，周边支链驱动动平台的移动或转动，可以实现较大的水平方向倾转，没有中央支链的情况下的倾角边界，在中央支链的作用下可以越过去，从而实现大的倾转能力，本机构结构简单，控制容易，系统刚性好，由于绕动平台法线方向的转动(扭转)能力较小，且与电主轴的转动方向一致，因此，在五面机械加工中扭转自由度属于冗余自由度，不予考虑，因此本机构是一种适用于五面加工的运动学冗余机构。
本发明与现有的技术相比具有以下优点：
可以在较大的工作空间范围内可以达到约正负90度的倾转能力，克服当前并联机床倾角较小的缺点，并且机器人有比较好的刚性和动力学性能，从而适用于加工硬度较大的材料的五面加工，如磨削、抛雕刻等。
附图说明
图1：本发明实施样例1机构简图。
图1中：1.基座，2.虎克铰，3.旋转关节，4.动平台，5.移动副，6.虎克铰，7.虎克铰，8.旋转关节，9.驱动电机，10.驱动电机，11.移动副，12.驱动电机，13.滚动丝杠，14.移动副，15.虎克铰，16.移动副，17.虎克铰，18.驱动电机，19.驱动电机，20.驱动电机，21.移动副，22.虎克铰，23.移动副，24.虎克铰，25.移动副，26，旋转关节，27.旋转关节，28.虎克铰，29.虎克铰，30.虎克铰。
具体实施方式
下面结合实施例及其附图进一步叙述本发明。
实施样例1：
图1为本发明中的6自由度并联机器人的实施例机构简图。该机构由5个支链组成，分别是：由关节2、3、5、6与连杆组成的6自由度周边支链1；由关节7、8、14、15与连杆组成的6自由度周边支链2；由关节24、25、26、28与连杆组成的6自由度周边支链3；由关节22、23、27、29与连杆组成的6自由度周边支链4；以及有关节16、17、21、30组成的中央支链。其中移动副5、14、23、25为周边支链的驱动关节，分别在驱动电机9、12、18、19通过滚动丝杠的作用实现垂直方向移动，移动副16、21为中央支链的驱动关节，分别在驱动电机10、20通过滚动丝杠的作用下实现水平方向的2维移动。由于中央支链是为了实现大倾转能力而设计，通过控制该中央支链沿着垂直于倾转轴方向的推进，使得动平台有良好的受力作用，从而与4个周边支链共同作用实现较大的倾转能力，并且使得中央支链存在确定的运动学逆解。

Claims (3)

1.一种大倾角六自由度并联机器人，该并联机器人机构包含基座、动平台、以及连接于动平台与基座之间的5个6自由度运动支链组成。其特征在于：连接于动平台与基座的5个支链中有4个分布在动平台的周边并与基座连接，称之为周边支链，周边支链只有一个关节为驱动关节，第5个支链置于动平台中间并与基座连接，称之为中央支链，中央支链由两个移动副和两个虎克铰组成，两个移动副为驱动关节，中央支链的作用是通过控制其驱动输入，使得中央支链能够推动机器人动平台实现大角度的倾转运动。
2.按照权利要求1所述的大倾角六自由度并联机器人，其特征在于：该并联机器人由5个支链组成，其中四个周边支链对动平台本身不起约束作用，其驱动可以与基座相连，也可以是与放置在支链的中间形成伸缩杆形式的驱动，周边支链驱动动平台的移动或转动，可以实现较大角度的水平方向倾转，没有中央支链的情况下的倾角边界，在中央支链的作用下可以越过去，从而实现大的倾转能力，本机构结构简单，控制容易，适应于大倾角要求的五面加工场合。
3.按照权利要求2所述大倾角六自由度并联机器人，该类机构可以应用于对机器人刚性要求较高的硬质材料的五面加，如磨削、抛光、雕刻等。
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