CN104690716A - 一种(2t1r)&1r四自由度解耦混联机构 - Google Patents

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。主要包括一个并联机构(2T1R)和连接在并联机构动平台上的一个转动副1R，并联机构由定平台、动平台、以及连接定平台和动平台的三个分支。分支一是由一个移动副和三个轴线相互平行的转动副及连接它们的三个连杆组成，其转动副轴线垂直于定平台；分支二由一个轴线垂直定平台转动副和一个平行四边形铰链及两个轴线相互平行的转动副以及连接它们的三个连杆组成；分支三由一个移动副和一个平行四边形铰链和两个轴线相互平行转动副及轴线垂直于动平台的转动副，以及连接它们的四个连杆组成；机构末端通过轴线平行于动平台的转动副与动平台连接。本发明结构稳定，能够实现动平台沿滑槽方向及垂直于定平台方向的两个移动，绕垂直于定平台轴线及与机构末端转动副轴线的两个转动，各运动解耦，易于控制，承载力强。

Description

一种(2T1R)&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

混联机器人是指：至少包括一个并联机构和一个或多个串联机构按照一定的方式组合在一起的复杂机械系统。混联机构是串、并联机构的组合体，它能综合继承并联机构和串联机构的优良属性，并在两者之间提供一种较好的性能平衡，在现代制造业中更具有实用性，己在焊接、喷漆、搬运、汽车装配、医疗等领域得到了应用。

少自由度并联机构设计与创新是混联机构的设计一个重要前提，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。

在混联机器人构型研究中，Adept Technology公司的5自由度Adept Quattro机器人，由3平移1转动的4自由度并联机构的动平台再串联一个转动自由度构成。中国专利文献CN1524662A提出了非对称空间5自由度混联机器人接其优点是模块化设计，可实现即插即用，运动构件数量少，可降低运动过程中构件间产生干涉的可能性，具有高速度、高精度、高刚度的性能和工作空间大的特点。解耦性研究取得一些进展，例如，中国专利文献CN102699907A提出了三自由度移动解耦并联机器人机构，该机构不仅编程容易，制造及控制精度也易提高，运动解耦。但是能实现解耦的混联机构十分稀少，大部分混联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稳定、易于控制、运动解耦的两移两转四自由度混联机构。本发明由一个并联机构(2T1R)和连接在并联机构动平台上的一个转动副1R构成(2T1R)＆1R四自由度解耦混联机构。并联机构由基座、动平台、以及连接基座和动平台的三个分支。所述定平台底边安装滑槽，所述滑槽的中心线与定平台平行，动定平台为长方形。分支一由一个移动副和三个轴线相互平行的转动副及连接它们的连杆组成，其转动副轴线垂直于定平台；分支二由一个轴线垂直定平台转动副和一个平行四边形铰链及两个轴线相互平行的转动副以及连接它们的连杆组成；分支三由一个移动副和一个平行四边形铰链和两个轴线相互平行转动副及轴线垂直于动平台的转动副，以及连接它们的连杆组成；机构末端通过平行于动平台的转动副与动平台连接。

分支一中第一连杆的一端通过移动副与定平台连接，第一连杆另一端通过转动副与第二个连杆连接，第二个连杆另一端通过转动副与与第三个连杆连接，第三个连杆另一端通过转动副与动平台连接，其中三个转动副轴线相互平行同时垂直于定平台；分支二中第一个连杆通过轴线垂直于定平台的转动副与定平台连接，连杆的另一端与平行四边形铰链连接，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转动副与第三个连杆连接其轴线平行于平行四边形铰链轴线，连杆另一端通过转动副与动平台连接；分支三中第一连杆的一端通过移动副与定平台滑槽连接，另一端与平行四边形铰链连接其轴线平行于移动副中心线，该平行四边形铰链另一端与第二个连杆连接，连杆另一端通过轴线平行于平行四边形铰链轴线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与第四个连杆连接，连杆四的另一端通过轴线垂直于定平台的转动副与动平台连接；机构末端通过平行于动平台的转动副与动平台连接。

上述三个分支中，分支一中与定平台连接的移动副为输入驱动；第一连杆在移动副的驱动下发生移动，并带动第二、三连杆发生移动，第三连杆的移动带动动平台发生移动；分支二中与定平台连接转动副为输入驱动，第一连杆在转动副的驱动下发生转动，并带动第二、三连杆发生转动，第三连杆的转动带动动平台发生转动；分支三中与定平台连接的移动副为输入动驱动，第一连杆在移动副的驱动下发生移动，并带动第二、三、四连杆发生移动，第四连杆的移动带动动平台发生移动；与动平台连接的转动副为输入驱动，混联机构末端在转动副的驱动下发生转动。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、运动副有低副也有复合运动副，结构更加稳定；

2、实现了空间两个移动自由度和两个转动自由度解耦；

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大的操作空间。

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1、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，定平台1动平台27为长方形结构，该定平台的底边布有滑槽17，滑槽的中心线与定平台1平行；分支一中的第一连杆4的一端通过移动副3与定平台1连接，该连杆4的另一端通过转动副5与第二个连杆6连接，连杆6的另一端通过转动副7与第三个连杆8连接，连杆8的另一端通过转动副9与动平台27连接；分支二中的第一连杆11的一端通过转动副10与定平台1连接，该连杆11的另一端与平行四边形铰链12连接，铰链12另一端与第二个连杆13连接，连杆13另一端通过转动副14与第三个连杆15连接，连杆15的另一端通过转动副16与动平台27连接；分支三中的第一连杆19 的一端通过移动副18与定平台上滑槽17连接，该连杆19的另一端与平行四边形铰链20连接，铰链20另一端与第二个连杆21连接，连杆21另一端通过转动副22与第三个连杆的23一端连接，连杆23的另一端通过转动副24与第四连杆25连接，连杆25另一端通过转动副26与动平台27连接；机构末端29通过转动副28与动平台27连接。

分支一中的移动副3的中心线垂直于定平台1所在的边，转动副5、7、9轴线相互平行且垂直于定平台1；分支二中转动副10的轴线垂直定平台，运动副12、14、16轴线相互平行且平行于定平台；分支三中移动副18中心线平行于定平台且垂直于分支二中运动副12、14、16轴线，平行四边形铰链20转动副22、24轴线相互平行且平行于移动副18中心线，与动平台连接的转动副26轴线垂直定平台平行于转动副5、7、9、10轴线；转动副28中心线平行于动平台和转动副14、16轴线且垂直于转动副22、24轴线。

Claims (3)

1.一种(2T1R)&1R四自由度解耦混联机构，其包括一个并联机构(2T1R)和连接在并联机构动平台上的一个移动副1R，并联机构由定平台、动平台、以及连接定平台和动平台的三个分支。其特征在于：所述定平台底边安装滑槽，所述滑槽的中心线与定平台平行，动定平台为长方形。分支一中第一连杆的一端通过移动副与定平台连接，第一连杆另一端通过转动副与第二个连杆连接，第二个连杆另一端通过转动副与第三个连杆连接，第三个连杆另一端通过转动副与动平台连接，其中三个转动副轴线相互平行同时垂直于定平台；分支二中，第一个连杆通过轴线垂直于定平台的转动副与定平台连接，连杆的另一端与平行四边形铰链连接，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转动副与第三个连杆连接其轴线平行于平行四边形铰链轴线，连杆另一端通过转动副与动平台连接；分支三中第一连杆的一端通过移动副与定平台滑槽连接，另一端与平行四边形铰链连接其轴线平行于移动副中心线，该平行四边形铰链另一端与第二个连杆连接，连杆另一端通过轴线平行于平行四边形铰链轴线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与第四个连杆连接，连杆四的另一端通过轴线垂直于定平台的转动副与动平台连接；机构末端通过轴线平行于动平台的转动副与动平台连接。

2.根据权利要求1所述的一种解耦的两移两转四自由度混联机构，其特征在于：上述分支一中与定平台连接的移动副为输入驱动；上述分支二中与定平台连接转动副为输入驱动；上述分支三中与定平台连接的移动副为输入动驱动。与动平台连接的转动副为输入驱动。

3.根据权利要求1所述的一种解耦的两移两转四自由度混联机构，其特征在于：上述分支一中与定平台连接的移动副及与第一个连杆连接的转动副可以用圆柱副替代；上述分支三中与动平台连接的两个转动副可以用一个万向铰代替。