CN104552279A - 一种1t&(2r)&1r四自由度解耦混联机构 - Google Patents

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曹毅
秦友蕾
陈海
葛姝翌
贲素东
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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。其主要包括一个两分支并联机构(2R)和连接在并联机构下平台上的一个移动副1T以及连接其上平台上的一个转动副1R。两分支并联机构由下平台、动平台、以及连接动平台和下平台的两个分支组成。所述下平台为长方形结构其上方布有一个平行于下平台的圆柱导轨，其下方布置有梯形导轨，固定滑槽通过移动副与下平台导轨连接；分支一是由一个圆柱副和一个平行四边形铰链和两个轴线相互垂直转动副，以及连接它们的连杆组成，其中圆柱副、平行四边形铰链、与铰链连接的转动副轴线相互平行；分支二是由两个轴线相互垂直的转动副组成；混联机构末端通过一个转动副与动平台连接。发明能够实现一移三转功能、结构简单、操作空间大、运动解耦，易于控制。

Description

一种1T＆(2R)＆1R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
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、易求得运动学反解等各自的优点，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。
由于混联机器人包涵并联结构，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。
在两转动自由度解耦并联机构研究中，中国专利文献CN102294691A、CN102126212A分别提出了一种两转动自由度解耦并联机构，他所综合的转动解耦机构中的运动副较少，且基本上利用虎克铰，结构的稳定性不够。对于混联机构的解耦性研究取得一些进展，例如，中国专利文献CN102120205A提出了一种单喷枪喷涂五轴混联机器人，该机构2自由度平面并联机构串接一个3自由度串联机构构成。不仅编程容易，制造及控制精度也易提高，上述发明机构虽然机构动平台能实现三移两转运动，但是目前国内对一移三转四自由度混联机构的研究还很少，大部分机构的解耦性并没有很好解决。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构简单、易于控制、运动解耦的一移三转四自由度混联机构。其主要包括一个两分支并联机构(2R)和连接在并联机构下平台上的一个移动副1T以及连接其上平台上的一个转动副1R。两分支并联机构由下平台、动平台、以及连接动平台和下平台的两个分支组成。所述下平台为长方形结构其上方布有一个平行于下平台的圆柱导轨，其下方布置有梯形导轨。
固定滑槽通过移动副与底平台导轨连接，其移动中心线与底平面平行。分支一由一个圆柱副和一个平行四边形铰链和两个轴线相互垂直转动副，以及连接它们的连杆组成，其中圆柱副、平行四边形铰链、与铰链连接的转动副轴线相互平行；分支二由两个轴线相互垂直的转动副组成；混联机构末端通过一个转动副与动平台连接。
上述分支中，与固定导轨连接的移动副为输入运动副，在移动副的驱动下底平台及并联机构将发生移动，最终带动机构末端移动。上述分支一中与动平台连接的转动副为输入驱动，在转动副的驱动下，机构末端发生转动；分支二中与下平台连接的转动副为输入驱动，第一个连杆在转动副的驱动下发生转动，第一个连杆转动带动机构动平台转动；与动平台连接的转动副为输入驱动，在转动副的驱动下带动机构末端转动；且这三个方向的三个转动和一个移动运动是解耦的，互不干涉。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1、结构简单稳定，装配简单，可以降低制造成本；
2、实现了空间一个移动自由度和三个转动自由度解耦；
3、具有较大的运动空间尤其是沿滑槽方向的一维移动。
附图说明
图1是本发明的立体示意简图。
图2整体示意结构简图。
具体实施方式
在图2所示的一种一移三转四自由度解耦空间混联机构示意图中，固定滑槽1通过移动副2与下平台3连接。分支一中第一个连杆6的一端通过圆柱动副5与下平台3上圆柱导轨4连接，第一个连杆6的另一端与平行四边形铰链7连接，铰链7的另一端与第二个连杆8连接，连杆8的另一端通过转动副9与第三个连杆10连接。连杆10另一端通过转动副11与动平台12连接；分支二中第一连杆15的一端通过转动副14与下平台3连接，第一连杆15的另一端通过转动副16与动平台12连接；机构末端18通过转动副17与动平台12连接。
移动副2中心线平行于下平台。分支一中的与下平台连接的圆柱副5的轴线平行于下平台且平行于移动副2中心线，平行四边形铰链7的轴线平行于圆柱副5的轴线，转动副9的轴线平行于运动副5、7轴线，与动平台连接的转动副11轴线平行于下平台3垂直于运动副5、7、9轴线；分支二中与下平台连接的转动副14轴线平行于下平面3及运动副5、7、9轴线与动平台连接的转动副16轴线与分支一中转动副11的轴线同轴且垂直于转动副14的轴线；与混联机构末端相连的转副17轴线垂直于动平台12。

Claims (3)

1.一种1T&(2R)&1R四自由度解耦混联机构其主要包括一个两分支并联机构(2R)和连接在并联机构下平台上的一个移动副1T以及连接其上平台上的一个转动副1R。两分支并联机构由下平台、动平台、以及连接动平台和下平台的两个分支组成。其特征在于：下平台为长方形结构其上方布有一个平行于下平台的圆柱导轨，其下方布置有梯形导轨，固定滑槽通过移动副与下平台导轨连接；分支一中第一连杆的一端通过轴线平行于下平台的圆柱副与定平台圆柱导轨连接，另一端与平行四边形铰链连接其铰链轴线平行于圆柱副轴线，该平行四边形铰链另一端与第二个连杆连接，第二个连杆另一端通过轴线平行于圆柱副的转动副与第三个连杆连接，第三个连杆另一端通过转动副动平台连接其轴线平行于下平台垂直于圆柱副轴线；分支二中，第一个连杆一端通过转动副与定平台上连接，第一个连杆的另一端通过转动副与动平台连接其转动轴线平行于下平台同时与分支一中与动平台连接的转动副共轴；混联机构末端通过一个转动副与动平台连接其轴线垂直于动平台。
2.根据权利要求1所述的一种一移三转四自由度解耦混联机构，其特征在于：上述与下平台连接的移动副1T为输入驱动；上述分支一中与动平台连接转副为输入驱动；上述分支二中与下平台连接的转动副为输入驱动。上述与动平台连接的转动副为输入驱动。
3.根据权利要求1所述的一种一移三转四自由度解耦混联机构，其特征在于：上述分支一中与动平台连接的两个轴线相互垂直的转动副可以用万向铰代替；上述分支二中与动平台连接的两个轴线相互垂直的转动副可以用万向铰代替。
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