CN104875185A - 一种完全解耦3t1r并联机器人机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种完全解耦3T1R(三移一转)并联机器人机构。机构由四条支链连接动平台和定平台组成。第一条支链由圆柱副2、转动副3、转动副4、转动副5、转动副6组成；第二条支链由转动副8、转动副9、圆柱副10、转动副11、转动副12组成；第三条支链由圆柱副13、移动副14、移动副15组成；第四条支链由移动副16、圆柱副17、转动副18、转动副19、转动副20组成；其中圆柱副2的移动方向、转动副12、移动副15、转动副20为输入驱动，且其直接与固定基座相连。本发明属于完全解耦四自由度并联机构，可用于并联机构、工业机器人、微操作等领域，具有结构紧凑、控制简单、刚性好等特点，具有很好的应用前景。

Description

一种完全解耦3T1R并联机器人机构

所属技术领域

本发明属于并联机器人领域，具体涉及到一种完全解耦3T1R四自由度并联机器人机构。

背景技术

并联机构是指由若干条支链连接定平台和动平台的一类机构，与传统的串联机构相比，并联机构具有一些独特的优点，如承载能力高、刚度相对较强、惯性相对较小、具有较高的动态性等。因此并联机构被广泛应用于工业、航天、农业等领域中，其中Delta机构在工业上已得到广泛应用。

串联机构的正解容易，串联机构的控制简单，在工业上的应用非常广泛。并联机构的结构较复杂，其正解相对较难，所以并联机构的控制问题阻碍了并联机构的应用发展。

并联机构是由若干条支链连接定平台和动平台组成的，所以其机构会比串联机构更复杂，也会带来机构刚性低，结构不稳定的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种完全解耦3T1R四自由度并联机器人机构，实现三移一转运动，解决目前并联机构存在的解耦性难、结构不稳定、刚性差的问题。

本发明是由定平台1、动平台7、四条支链组成；第一条支链由圆柱副2、转动副3、转动副4、转动副5、转动副6组成；第二条支链由转动副8、转动副9、圆柱副10、转动副11、转动副12组成；第三条支链由圆柱副13、移动副14、移动副15组成；第四条支链由移动副16、圆柱副17、转动副18、转动副19、转动副20组成。其具体的技术方案为：支链一由转动副1和移动副2组成，支链一的转动副1轴线与动平台转动轴线方向共线，移动副2方向与动平台移动方向共线；支链二由转动副3、转动副4、转动副5、复合运动副(4R)6、复合运动副(4R)7组成，其中转动副3和转动副4的轴线相互平行且垂直于动平台的移动轴线方向，转动副5的轴线方向与动平台的移动方向共线，复合运动副(4R)6和复合运动副(4R)7的移动方向不共线，其二维移动构成的平面与动平台的移动方向垂直。由转动副3和转动副4构成的一个2R平行子链，其2R子链之间不能含有其它运动副。

本发明与其他技术相比，优点为：(1)本发明专利公开了完全解耦3T1R四自由度并联机器人机构，实现了三移一转四自由度运动，机构采用独立驱动支链理论，具有完全解耦的特点，同时机构的四条支链分别控制机构的四个输出自由度，简化了机构的复杂度，增加了机构的稳定性。(2)机构采用2R平行子链代替一般机构的移动驱动，机构支链中尽量采用铰链连接，使得机构具有结构简单紧凑，刚性好的特点。(3)本发明中提供给四条分支的驱动直接安装在机架上，可以增加机构运动的稳定性，提高机构运动的速度和精度，使得机构的可操作性和可实现性大大增强。

附图说明：

图1为本发明的结构示意图

具体实施方式：

如图1中所示，一种完全解耦3T1R四自由度并联机器人机构，由定平台1、动平台7、四条支链组成；第一条支链由圆柱副2、转动副3、转动副4、转动副5、转动副6组成；第二条支链由转动副8、转动副9、圆柱副10、转动副11、转动副12组成；第三条支链由圆柱副13、移动副14、移动副15组成；第四条支链由移动副16、圆柱副17、转动副18、转动副19、转动副20组成。其具体的技术方案为：支链一由转动副1和移动副2组成，支链一的转动副1轴线与动平台转动轴线方向共线，移动副2方向与动平台移动方向共线；支链二由转动副3、转动副4、转动副5、复合运动副(4R)6、复合运动副(4R)7组成，其中转动副3和转动副4的轴线相互平行且垂直于动平台的移动轴线方向，转动副5的轴线方向与动平台的移动方向共线，复合运动副(4R)6和复合运动副(4R)7的移动方向不共线，其二维移动构成的平面与动平台的移动方向垂直。由转动副3和转动副4构成的一个2R平行子链，其2R子链之间不能含有其它运动副。其中圆柱副2的移动方向、转动副12、移动副15、转动副20为输入驱动，且其直接与固定基座相连，实现了机构的三维移动和一维转动运动。

Claims (4)

1.一种完全解耦3T1R四自由度并联机器人机构，它包括定平台1、动平台7、四条支链组成；第一条支链由圆柱副2、转动副3、转动副4、转动副5、转动副6组成；第二条支链由转动副8、转动副9、圆柱副10、转动副11、转动副12组成；第三条支链由圆柱副13、移动副14、移动副15组成；第四条支链由移动副16、圆柱副17、转动副18、转动副19、转动副20组成；这种并联机构结构紧凑、控制简单、刚性好。

2.根据权利要求1所述的一种完全解耦3T1R四自由度并联机器人机构。其特征在于，支链一的圆柱副2的转动轴线方向、转动副3和转动副4的转动轴线方向相同，且与动平台7的转动轴线方向相同，转动副5的转动轴线方向和转动副6的转动轴线方向相同，且垂直于圆柱副2的转动轴线方向；支链二中转动副8和转动副9的转动轴线方向相同，垂直于动平台7的转动方向，圆柱副10、转动副11和转动副12的转动轴线方向相同，与动平台7的转动轴线方向相同；支链三中圆柱副13的轴线方向与动平台的转动方向相同，移动副14和移动副15的移动方向不共线，且均垂直于圆柱副13的轴线方向；支链四中移动副16的移动方向、转动副18、转动副19、转动副20的转动轴线方向均相同，且与动平台7的转动轴线方向垂直，圆柱副17的转动轴线方向和动平台7的转动轴线方向共线。

3.如权利要求1中所述的一种完全解耦3T1R四自由度并联机器人机构，其特点在于，采用独立驱动支链理论，即一条支链控制动平台的一个输出自由度；且其驱动均直接安装在接近基座处，这种机构具有结构紧凑，控制简单，刚性好等特点。

4.如权利要求1中所述的一种完全解耦3T1R四自由度并联机器人机构，转动副3和转动副4，转动副5和转动副6，转动副8和转动副9，转动副11和转动副12，转动副19和转动副20均是由转动副构成的一个2R平行子链，这种2R子链之间不能含有其它运动副。