CN104760037A

CN104760037A - 一种(2t)&(1t1r)四自由度解耦混联机构

Info

Publication number: CN104760037A
Application number: CN201510032530.9A
Authority: CN
Inventors: 曹毅; 秦友蕾; 李可; 王强; 赵熙熙
Original assignee: Jiangnan University
Current assignee: Jiangnan University
Priority date: 2015-01-20
Filing date: 2015-01-20
Publication date: 2015-07-08

Abstract

本发明属于机器人领域，特别涉及一种解耦混联机构。其主要由一个(2T)并联机构串联一个(1T1R)并联机构组成。(2T)并联机构由定平台、动平台和连接这两个平台的两个分支组成，(1T1R)并联机构由机构末端、动平台和连接这两个平台的两个分支组成。其中，分支一是由一个圆柱副和两个轴线相互平行的转动副以及连接它们的两个连杆组成；分支二是由两个中心线相互垂直的移动副和一个转动副及连接它们的两个连杆组成；分支三由一个移动副和一个转动副及连接他们的一个连杆组成；分支四是由三个轴线相互平行的转动副及连接它们的两个连杆组成。本发明中(2T)&(1T1R)混联机构能够实现三维移动和一个转动功能，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)&(1T1R)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

如今广泛使用的工业机器人大都是一个似人手臂的机电系统，因而也称串联机器人。其工作空间大，适用范围广，典型的如斯坦福机器人、PUMA机器人。串联机器人需在各关节上设置驱动装置，故各动臂的运动惯量较大，因而不宜实现高速或超高速操作。并联结构与串联的悬臂梁相比，运动部分重量轻、速度高、动态性能好，容易取得运动学反解，如3DOF平移Delta机构。但目前的并联机构普遍存在工作空间小、结构尺寸偏大、传动环节过多等缺陷，影响了其运用。混联机器人同时兼具串联机器，并联机器人各自的优点，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。

在四自由度混联机构研究中，FANUC公司的FANUC Robot Mi A/6s是在3平移Delta机构的动平台上，再串联1R构成的4DOF混联机器人。中国专利CN 103419192 A提出了一种四自由度混联机器人，实现沿X，Y，Z轴的3个平动自由度和1个绕Z轴转动自由度。本发明结构简单，占用空间相对较小，抗扭刚度较高，工作面始终保持水平，工作空间对称，工作范围较大等优点。但是，上述发明机构还没有能够实现三移一转的解耦混联机构。

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(1T1R)组成一种(2T)＆(1T1R)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，分支一是由一个平行于定平台的圆柱副和两个轴线相互平行的转动副以及连接运动副之间的两个连杆组成；分支二是由两个中心线相互垂直的移动副和一个连接动平台的转动副及连接各运动副的两个连杆组成；分支三由一个垂直动平台的移动副和一个转动副及连接他们的一个连杆组成；分支四是由三个轴线相互平行的转动副及连接它们的两个连杆组成。

分支一中的第一个连杆的一端通过圆柱副与定平台连接，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，该分支中圆柱副和两个转动副轴线相互平行且平行于定平台；分支二中的第一个连杆的一端通过移动副与定平台连接，该连杆的另一端通过移动副与第二个连杆连接，连杆的另一端通过转动副与动平台连接，与定平台连接的移动副平行于定平台且与分支一中圆柱副轴线垂直，第二个移动副垂直于第一个移动副平行于分支一中圆柱副轴线，与动平台连接的转动副轴线平行与第一个移动副中心线；分支三中的第一个连杆的一端通过移动副与动平台连接，该第一个连杆的另一端通过转动副与机构末端连接，移动副中心线垂直于动平台，转动副平行于动平台；分支四中第一个连杆的一端通过转动副与动平台连接，该连杆的另一端通过转动副与第二个连杆连接，该连杆的另一端通过转动副与机器人末端连接，三个转动副轴线相互平行且与分支三中的转动副轴线平行。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、结构简单，运动副全部由简单运动副构成、加工装配性能好，制造成本低；

2、具有三个移动和一个转动自由度，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所示的一种三移一转四自由度解耦空间混联机构示意图中，定平台1和动平台14为长方形结构，分支一中的第一连杆4的一端通过圆柱副3与定平台1上圆柱导轨2连接，该连杆4的另一端通过转动副5与第二个连杆6的一端连接，该连杆6的另一端通过转动副7与动平台14连接；分支二中的第一连杆10通过移动副9与定平台1上的滑槽8连接，该第一连杆10的另一端通过移动副11与第二个连杆12连接，该连杆12的另一端通过转动副13与动平台14连接；分支三中的第一连杆16的一端通过移动副15与动平台14连接，连杆16的另一端通过转动副17与机构末端23连接；分支四中第一连杆19的一端通过转动副18与动平台1连接，第一连杆的另一端通过转动副20与第二个连杆21连接，连杆21另一端通过转动副22与混联机器人末端23连接。

定平台两平行边布有圆柱导轨3和滑槽8，其中导轨3轴线和滑槽8中心线相互垂直。分支一中的圆柱副3的轴线方向与转动副5、7的轴线方向平行且平行于定平台1；分支二中移动副9的中心线方向与定平台1平行，垂直于分支一中运动副3、5、7轴线方向，移动副11中心线垂直于移动副9中心线，转动副13轴线平行于动平台14和移动副9中心线；分支三中移动副15中心线方向垂直于动平台14，转动副17轴线平行于动平台14和分支一中轴线3、5、7垂直于分支二中轴线13；分支四中三个转动副轴线18、20、22相互平行且平行于转动副17。

Claims

1.一种(2T)&(1T1R)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(1T1R)并联机构组成。(2T)并联机构由定平台、动平台和连接这两个平台的两个分支组成，(1T1R)并联机构由机构末端、动平台和连接这两个平台的两个分支。其特征在于：分支一中的第一个连杆的一端通过圆柱副与定平台连接，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，该分支中圆柱副和两个转动副轴线相互平行且平行于定平台；分支二中的第一个连杆的一端通过移动副与定平台连接，该连杆的另一端通过移动副与第二个连杆连接，连杆的另一端通过转动副与动平台连接，与定平台连接的移动副平行于定平台，第二个移动副中心线垂直于第一个移动副中心线，与动平台连接的转动副轴线平行与第一个移动副中心线；分支三中的第一个连杆的一端通过移动副与动平台连接，该第一个连杆的另一端通过转动副与机构末端连接，移动副中心线垂直于动平台，转动副平行于动平台；分支四中第一个连杆的一端通过转动副与动平台连接，该连杆的另一端通过转动副与第二个连杆连接，该连杆的另一端通过转动副与机器人末端连接，三个转动副轴线相互平行。

2.按照权利要求1所述的三移动一转动解耦混联机构，其特征在于：上述分支一中圆柱副为主动驱动；上述分支二中与定平台连接的移动副为主动驱动；第三个与动平台连接的移动副为主动驱动；分支四中与动平台连接的转动副为主动驱动。