CN104015185B - 一种弱耦合三平移并联机器人机构 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种弱耦合三平移并联机器人机构，涉及机械装置及机器人机构领域。由动平台(8)、静平台(1)和两条广义支链构成。所述第一条广义支链中由连架杆二(2)、连杆三(3)、连架杆四(4)构成的平行四边形机构、U形杆五(5)、相互平行的连杆六(6)和连杆七(7)组成，各杆件均采用转动副相连；所述第二条广义支链由连架杆十三(13)、连架杆十一(11)、连杆十二(12)构成的平行四边形机构以及相互平行的连杆十(10)与连杆九(9)构成。其中连架杆十一(11)和连架杆十三(13)通过圆柱副分别与静平台(1)相连，其他均采用转动副连接。本机构结构简单紧凑、解耦性好、易于控制、承载能力强。
Description
技术领域
本发明专利涉及一种弱耦合三平移并联机器人机构，它是一种可用于数控机床精确定位，工业焊接，航空航天技术等领域的机构，属于机械装置及运输技术领域。
背景技术
机器人而且能够在危险、恶劣的环境下完成枯燥重复的工作，而且工作质量可靠稳定。并联机器人广泛运用于数控车床，船舶、航天、仿生、医学等领域。并联机构具有运动低惯量、负载能力强、刚度大等优点。但并联机器人也有局限性：(1)运动学正解困难；(2)运动输入输出具有耦合性，控制较难，高速场合惯性力较大；(3)工作空间较小；(4)制造精度难以保证。科技的高速发展对并联机器人提出了更高的要求。其中，实现高效、精细加工和定位是对并联机器人的永恒要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构简单，运动耦合性低，运动学正反解容易，控制简便且制造精度易保证，而且力稳定性和运动稳定性好的三平移输出机构。该机构满足了机器人在高精尖领域的应用要求。
本发明的目的是通过以下技术手段实现的：
一种弱耦合三平移并联机器人机构，一种弱耦合三平移并联机器人机构，由静平台、动平台、两条广义支链组成，第一条广义支链中静平台分别通过转动副R1、R2与连架杆二和连架杆四的一端相连，连架杆二另一端通过转动副R3与连杆三一端相连，连杆三另一端通过转动副R4与连架杆四相连，U形杆开端两头通过转动副R5、R6联接在连杆三两侧，连杆六和连杆七的一端分别通过转动副R7、R8连接在U形杆闭端两侧，另一端分别通过转动副R10、R9与动平台相连。
而且，静平台、连架杆二、连杆三、连架杆四构成的平行四边形机构在平行于静平台的平面内运动，转动副R1、R2、R3、R4轴线平行且均垂直于静平台，转动副R5、R6、R7、R8、R9、R10轴线平行，且转动副R4和转动副R5轴线垂直。
第二条广义支链中连杆九和连架杆十一端分别通过转动副R11、R12与动平台相连，另一端分别通过转动副R14、R13与连杆十二两端连接，连架杆十一和连架杆十三一端分别通过转动副R15、R16连接在连杆十二两侧，另一端分别通过圆柱副C17、C18与静平台连接。
而且，转动副R11、R12、R13、R14、R15、R16及圆柱副C17、C18轴线相互平行，且转动副R13与转动副R15、转动副R14和R16轴线重合。转动副R11、R12和转动副R9、R10的轴线垂直。
本发明的优点和积极效果是：
1、该机构结构简单，制造精度易保证，装配要求低。
2、运动耦合性低，运动学正反解容易，控制方便。
3、刚性好，力稳定性和运动稳定性好。
4、动平台能实现三平移运动输出。
附图说明
图1是本发明的三维立体图；
图2是本发明的示意图；
具体实施方式
下面结合附图详细叙述本发明的实施例；需要说明的是，本实施例是叙述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
一种弱耦合三平移并联机器人机构，由静平台(1)、动平台(8)、两条广义支链组成，其中以转动副R2和圆柱副C17为转动驱动，以圆柱副C18的移动为直线驱动。
第一条广义支链中静平台(1)分别通过转动副R1、R2与连架杆二(2)和连架杆四(4)的一端相连，连架杆二(2)另一端通过转动副R3与连杆三(3)一端相连，连杆三(3)另一端通过转动副R4与连架杆四(4)相连，构成平行于静平台(1)运动的平行四边形机构。R1处置入步进电机，其转动角度和速率由电机控制。
第一条广义支链中U形杆(5)开端两头通过转动副R5、R6联接在连杆三(3)两侧，连杆六(6)和连杆七(7)的一端分别通过转动副R7、R8连接在U形杆(5)闭端两侧，另一端分别通过转动副R10、R9与动平台(8)相连；
第二条广义支链中连杆九(9)和连杆十(10)一端分别通过转动副R11、R12与动平台(8)相连，另一端分别通过转动副R14、R13连接在连杆十二(12)两侧，连架杆十一(11)和连架杆十三(13)一端分别通过转动副R15、R16与连杆十二(12)两端连接，另一端分别通过圆柱副C17、C18与静平台(1)连接。
在C17关节处置入步进电机，在C18关节置入直线电机。C17圆柱副的转动角度和速率由步进电机控制。C18圆柱副的移动位移和速率由直线电机控制。
一种弱耦合三平移并联机器人机构，它是一种可用于数控机床精确定位，工业焊接，航空航天技术等需求三平移位移输出的场合。其中两条广义支链的支撑实现动平台的三维平移运动输出，结构简单，耦合度低，易于控制。机构的刚性好，运动学控制精确，力承载能力强。
C18可单独驱动，可实现动平台x方向位移量的控制。R2可单独驱动，可实现动平台y方向位移量的控制。R2与C17可联合驱动，可实现动平台z方向位移量的控制。
Claims (3)
1.一种弱耦合三平移并联机器人机构，其特征在于由静平台(1)、动平台(8)、两条广义支链组成，所述第一条广义支链中静平台(1)分别通过转动副R1、R2与连架杆二(2)和连架杆四(4)的一端相连，连架杆二(2)另一端通过转动副R3与连杆三(3)一端相连，连杆三(3)另一端通过转动副R4与连架杆四(4)相连，构成平行于静平台(1)运动的平行四边形机构，U形杆(5)开端两头通过转动副R5、R6联接在连杆三(3)两侧，连杆六(6)和连杆七(7)的一端分别通过转动副R7、R8连接在U形杆(5)闭端两侧，另一端分别通过转动副R10、R9与动平台(8)相连；所述第二条广义支链中连杆九(9)和连杆十(10)一端分别通过转动副R11、R12与动平台(8)相连，另一端分别通过转动副R14、R13连接在连杆十二(12)两侧，连架杆十一(11)和连架杆十三(13)一端分别通过转动副R15、R16与连杆十二(12)两端连接，另一端分别通过圆柱副C17、C18与静平台(1)连接。
2.如权利要求1所述的弱耦合三平移并联机器人机构，其特征在于：静平台、连架杆二、连杆三、连架杆四构成的平行四边形机构在平行于静平台的平面内运动，转动副R1、R2、R3、R4轴线平行且均垂直于静平台，转动副R5、R6、R7、R8、R9、R10轴线平行，且转动副R4和转动副R5轴线垂直。
3.如权利要求1所述的弱耦合三平移并联机器人机构，其特征在于：转动副R11、R12、R13、R14、R15、R16及圆柱副C17、C18轴线相互平行，且转动副R13与转动副R15、转动副R14和R16轴线重合，转动副R11、R12和转动副R9、R10的轴线垂直。
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