CN104526688A

CN104526688A - 一种(2t)&(2r)四自由度解耦混联机构

Info

Publication number: CN104526688A
Application number: CN201510032675.9A
Authority: CN
Inventors: 曹毅; 秦友蕾; 李可; 吴静静
Original assignee: Jiangnan University
Current assignee: Jiangnan University
Priority date: 2015-01-20
Filing date: 2015-01-20
Publication date: 2015-04-22

Abstract

本发明属于机器人领域，特别涉及一种空间解耦混联机构。其主要由一个(2T)并联机构串联一个(2R)并联机构组成。(2T)并联机构由底平台、中间平台和连接这两个平台的两个分支组成，(2R)并联机构由动平台、中间平台和连接这两个平台的两个分支。其中，分支一是由一个中心线垂直于底平台的移动副和两个轴线相互平行的转动副及连接运动副的两个连杆组成；分支二由一个圆柱副和两个轴线心线相互平行的转动副及连接各运动副的两个连杆组成；分支三由一个移动副和三个转动副及连接他们的三个连杆组成；分支四是由一个轴线垂直于中间平台的圆柱副和一个转动副及连接它们的两个连杆组成。本发明中(2T)并联机构能够实现垂直于定平台二维移动，(2R)并联机构实现两转，(2T)&(1T1R)混联机构最终能够实现两移两转功能，具有结构稳定、刚性好、运动解耦、容易控制、动态性能好等优点。

Description

一种(2T)&(2R)四自由度解耦混联机构

所属技术领域

本发明属于机器人领域，特别涉及一种空间解耦混联机构。

背景技术

机构的发展经历了从一杆到多杆、从平面到空间、从串联机构到并联机构，再到混联机构的过程。串联机器人工作空间大、易控制，已在焊接、喷漆、搬运、汽车装配等领域得到了很好的应用，但串联机器人需在各关节上设置驱动源，且运动链相对较长，各动臂的运动惯量较大，因而不宜。混联机器人同时兼具串联机器人工作空间大、易控制，并联机器人结构稳定、刚度大、误差积累少、动态性能好等各自的优点，同时又能避免单纯串、并联构型缺点，在现代制造业中更具有实用性。

由于混联机构中包涵并联结构，并联机构存在运动耦合性强的问题。混联机器人耦合性的存在使得机构在机构构型设计、计算分析和运动控制等方面存在着诸多问题。因此，为简化混联机器人的控制过程，提高混联机构的解耦性已经成为机构学研究领域的热点问题。

在混联机构研究中，意大利Motor Power公司研制的5自由度Galileo球形混联机器人，由2转动串联结构串联一个2自由度并联机构后，又在其输出杆串联1个转动自由度构成，可以高精度、高响应实现物料的高速分选。目前被提出的混联机器人大多采用在并联平台上安装串联机构这种形式，安装在并联平台上的串联机构降低了整个系统的性能。中国专利CN1021789805A提出了一种二态驱动混联机器人，其本质上是将多个平面并联平台系统进行串联。该二态驱动混联机器人的末端具有有限的位置姿态，适用于不需要连续运动而只需要进行点位控制的场合。但是这种双并联混联机构其运动学并不解耦，很难控制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种具有较高刚度、精度和负载能力、运动解耦、容易控制和制造与装配的四自由度双并联解耦混联机构。本发明主要由一个两分支并联机构(2T)串联一个两分支并联机构(2R)组成一种(2T)&(2R)四自由度混联机构。两分支并联机构(2T)包括定平台、动平台和连接这两个平台的三个分支。两分支并联机构(1T1R)包括混联机器人末端、动平台和连接这两个的两个分支。其中，分支一是由一个中心线垂直于底平台的移动副和两个轴线相互平行的转动副及连接运动副的两个连杆组成；分支二由一个圆柱副和两个轴线心线相互平行的转动副及连接各运动副的两个连杆组成；分支三由一个移动副和三个转动副及连接他们的三个连杆组成；分支四是由一个轴线垂直于中间平台的圆柱副和一个转动副及连接它们的两个连杆组成。

分支一中第一个连杆的一端通过中心线垂直于动平台的移动副与底平台连接，该第一个连杆的另一端通过转动副与第二个连杆的一端连接，该第二个连杆的另一端通过转动副与动平台连接，其中第二个连杆两端的转动副轴线相互平行；分支二中的第一个连杆的一端通过轴线平行于底平台圆柱副与底平台连接，该第一个连杆的另一端通过转动副与第二个连杆的一端连接，该第二个连杆的另一端通过转动副与第三个连杆连接，第三个连杆的另一端通过转动副与中间平台连接，该分支中圆柱副和两个转动副轴线相互平行；分支三中的第一个连杆的一端通过中心线平行于中间平台的移动副与中间平台连接，该连杆的另一端通过转动副与第二个连杆连接，连杆的另一端通过转动副与第三个连杆连接，第三个连杆的另一端通过转动副与动平台连接，第二个连杆两端的轴线相互平行且垂直于中间平台；分支四中第一个连杆的一端通过圆柱副与中间平台连接，该连杆的另一端通过转动副动平台连接。

上述分支一中移动副为主动驱动，第一个连杆在移动副的驱动下发生移动，第一个杆的移动带动第二个杆、中间平台的移动，中间平台的移动带动分支四发生移动，最终混联机构动平台发生移动；上述分支二中与底平台连接的圆柱副为主动驱动，第一个连杆在圆柱副的驱动下发生移动，第一个杆的移动带动第二、第三连杆、中间平台、分支四的移动，最终使得动平台发生移动；上述分支三中与动平台连接的转动副为主动驱动，动平台在转动副的驱动下发生转动；分支四中与中间平台连接的圆柱副为主动驱动，第一个连杆在圆柱副的驱动下发生转动，从而带动动平台发生转动。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、适用于不需要连续运动而只需要进行点位控制的场合；

2、具有两个移动和两个转动自由度，运动解耦，故混联机构末端灵活性好，容易控制；

3、所有输入驱动全部与平台相连，这样减少了杆件的负载，具有良好的运动性和稳定性及较快的反应速度。

附图说明

图1是本发明的立体示意图；

图2是本发明的整体结构示意图。

具体实施方式

在图2所示的一种两移两转四自由度解耦空间混联机构示意图中，底平台1和中间平台13为长方形结构，分支一中的第一连杆3的一端通过移动副2与底平台1连接，该连杆3的另一端通过转动副4与连杆5的一端连接，该连杆5的另一端通过转动副6与动平台13连接；分支二中的第一连杆9的一端通过圆柱副8与定平台圆柱导轨7连接，该连杆9的另一端通过转动副10与第二个连杆11的一端连接，连杆11的另一端通过转动副12与动平台13连接；分支三中的第一连杆16通过移动副15与中间平台13上的滑槽14连接，该第一连杆16的另一端通过转动副17与第二个连杆18连接，该连杆18的另一端通过转动副19与第三个连杆20连接，连杆20的另一端通过动平台13连接；分支四中第一连杆24的一端通过圆柱副23与中间平台连接，第一连杆的另一端通过转动副25与动平台26连接。

分支一中的移动副2的中心线方向垂直于底平台1，转动副4、6的轴线方向平行且垂直于定平台1；分支二中圆柱副8的轴线与定平台1平行，转动副10、12的轴线相互平行垂直于分支一中转动副4、6轴线；分支三中移动副15中心线方向平行于中间平台13和分支二中圆柱副8的轴线，转动副17、19的轴线相互平行且垂直于中间平台13，转动副21轴线平行于动平台26垂直于分支二中圆柱副8的轴线；分支四中与中间平台连接的圆柱副23轴线垂直于中间平台，转动副25轴线平行于中间平台与分支三中转动副21同轴。

Claims

1.一种(2T)&(2R)四自由度解耦混联机构，其主要由一个(2T)并联机构串联一个(2R)并联机构组成。(2T)并联机构由底平台、中间平台和连接这两个平台的两个分支组成，(2R)并联机构由动平台、中间平台和连接这两个平台的两个分支。其特征在于：分支一中第一个连杆的一端通过中心线垂直于动平台的移动副与底平台连接，该第一个连杆的另一端通过转动副与第二个连杆的一端连接，该第二个连杆的另一端通过转动副与动平台连接，其中第二个连杆两端的转动副轴线相互平行；分支二中的第一个连杆的一端通过轴线平行于底平台圆柱副与底平台连接，该第一个连杆的另一端通过转动副与第二个连杆的一端连接，该第二个连杆的另一端通过转动副与第三个连杆连接，第三个连杆的另一端通过转动副与中间平台连接，该分支中圆柱副和两个转动副轴线相互平行；分支三中的第一个连杆的一端通过中心线平行于中间平台的移动副与中间平台连接，该连杆的另一端通过转动副与第二个连杆连接，连杆的另一端通过转动副与第三个连杆连接，第三个连杆的另一端通过转动副与动平台连接，第二个连杆两端的轴线相互平行且垂直于中间平台；分支四中第一个连杆的一端通过圆柱副与中间平台连接，该连杆的另一端通过转动副动平台连接。

2.按照权利要求1所述的两移动两转动解耦混联机构，其特征在于：上述分支一中移动副为主动驱动；上述分支二中与底平台连接的圆柱副为主动驱动；上述分支三中与动平台连接的转动副为主动驱动；分支四中与中间平台连接的圆柱副为主动驱动。

3.按照权利要求1所述的两移动两转动解耦混联机构，其特征在于：上述分支一中第一个连杆两端的移动副和转动副可以用一个圆柱副代替；分支三中第三个连杆两端的转动副可以用一个万向铰代替。