CN104875187A - 一种(2t1r)&(2r)双动平台解耦混联机器人机构 - Google Patents
一种(2t1r)&(2r)双动平台解耦混联机器人机构 Download PDFInfo
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Abstract
一种(2T1R)(2R)双动平台解耦混联机器人机构，主要由三支链(2T1R)并联机构串联两支链(2R)并联机构组成。三支链并联机构由定平台、动平台以及连接两平台间的三条支链组成，其中支链一、二结构完全相同，均由一个移动副、四个转动副、以及四个连杆构成；支链三由两个方向垂直移动副、两个轴线垂直的转动副以及三个连杆组成。两支链并联机构中支链四通过三个轴线平行的转动副及一个轴线与之垂直的转动副与机构末端平台相连，支链五通过两个轴线垂直的转动副与末端平台连接。该机构主动副均为各支链中位于平台上的一个转动副，实现了两维移动和三维转动五自由度输入与输出动作的解耦。该设计可应用于高精度、高速度以及需要点位控制等领域。
Description
所属技术领域
本发明属于机器人领域，特别涉及一种双动平台两移三转解耦混联机器人机构。
背景技术
并联机器人机构是由多条支链的组成的一种闭环结构，故其具有刚性好、精度高、响应速度快等优点如在工业中广泛使用的Delta三移并联机器人和Stewart六自由度并联机器人，然而相对串联机器人却存在运动空间小这一缺陷。于是人们将串联机构和并联机构结合起来，取长补短，进而得到了混联机器入。
目前混联机器人机构大多采用的是在并联机构串接一个串联机构形式，如中国发明专利文献CN101966500A、CN101966502A、CN103909518A、CN103624774A，然而串接在并联机构动平台上的串联支链降低了整个混联机构的性能。中国发明专利CN1021790805A提出了一种适合需要进行点位控制场合的二态驱动混联机器人，其主要采用并联机构动平台串接一个或多个并联机构形式，但是上述机构中都存在运动耦合的问题，同时检索发现目前尚未发现能够实现两移三转五自由度混联机器人结构，因此需要一种新的技术方法解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种(2T1R)&(2R)双动平台解耦混联机器人机构，用以解决现有技术中两移三转五自由度混联机器人机构运动耦合，运动不易控制的问题。
该机构由三支链(2T1R)并联机构串联两支链(2R)并联机构组成。(2T1R)并联机构由定平台、动平台以及连接两平台间的三条支链组成，其中支链一、二结构完全相同，均由一个移动副、四个转动副、以及四个连杆构成；支链三由两个方向垂直移动副、两个轴线垂直的转动副以及三个连杆组成。(2R)并联机构中支链四通过三个轴线平行的转动副及一个轴线与之垂直的转动副与机构末端平台相连，支链五通过两个轴线垂直的转动副与末端平台连接。
支链一、二中，第一个连杆的一端通过转动副与定平台连接，该连杆的另一端通过转动副与第二个连杆连接，该连杆另一端通过移动副与第三个连杆连接，第三个连杆通过转动副与第四个连杆连接，连杆另一端通过转动副与动平台连接，其中第一个连杆两端的转动副轴线相互平行且平行于定平台，第二个连杆两端运动副中心线相互垂直，第四个连杆两端的转动副轴线平行且垂直于动平台。
支链三中，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，连杆另一端通过移动副与第二个连杆连接，第二个连杆另一端通过移动副与第三个连杆连接，该连杆的另一端通过轴线平行于动平台的转动副与动平台连接，其中第二个连杆两端两个移动副方向相互垂直且都平行于定平台，第三个连杆两端的运动副中心线相互平行。
支链四中第一个连杆通过轴线平行于动平台的转动副与动平台连接，连杆另一端通过转动副与第二个连杆连接，连杆另一端转动副与第三个连杆连接，连杆的另一端通过转动副与末端平台连接，其中第一、二个连杆两端的轴线相互平行，第三个连杆两端转动副轴线相互垂直。
支链五中第一连杆通过轴线平动平台的转动副与动平台连接，连杆另一端通过转动副与末端平台连接，其中第一个连杆两端的转动副轴线垂直。
支链一、二中与定平台连接的转动副垂直布置，支链四、五中与末端平台连接的转动副轴线共线。支链一、二中第三个连杆两端的移动副和转动副可以用圆柱副代替，支链三中第三个连杆两端的移动副和转动副可以用圆柱副代替。定平台连接的三个转动副为主动副，支链四中与末端平台连接的转动副为主动副，支链五中与动平台连接的转动副为主动副。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1、该混联机构含有五条支链两个动平台，且运动副为简单副，成本低且易于装配，同时主动副全部为转动副，能够实现快速的响应，各支链中各含有一个主动副且位于平台上降低了运动惯性，具有良好的运动特性；
2、该机构末端运动雅克比矩阵为5×5对角矩阵，运动解耦，实现了两移三转五自由度运动输入输出间一对一的控制关系，易于控制性；
3、本结构采用双并联结构，可应用于高精度、高速度领域不需要连续运动，具有较高的实用价值和广阔的应用前景。
附图说明
图1是本发明的立体示意简图。
图2是整体示意结构简图。
具体实施方式
一种(2T1R)&(2R)完全解耦混联机器人机构，如图1、2所示，该机构由一个(2T1R)并联机构串接一个(2R)并联机构。(2T1R)并联机构由定平台、动平台28以及连接两平台间的三条支链组成。支链一中，连杆3的一端通过转动副2与定平台上连杆1连接，该连杆3的另一端通过转动副4与第二个连杆5连接，连杆5另一端通过移动副6与第三个连杆7连接，连杆7通过转动副8与第四个连杆9连接，连杆9另一端通过转动副10与动平台28连接，其中第一个连杆3两端的转动副2、4轴线相互平行且平行于定平台，第二个连杆5两端运动副4、6中心线相互垂直，第四个连杆9两端的转动副8、10轴线平行且垂直于动平台28。
支链二中，连杆13的一端通过转动副12与定平台上连杆11连接，该连杆13的另一端通过转动副14与第二个连杆15连接，连杆15另一端通过移动副16与第三个连杆17连接，连杆17通过转动副18与第四个连杆19连接，连杆19另一端通过转动副20与动平台28连接，其中第一个连杆13两端的转动副12、14轴线相互平行且平行于定平台，第二个连杆15两端运动副14、16中心线相互垂直，第四个连杆19两端的转动副18、20轴线平行且垂直于动平台28。
支链三中，第一个连杆22通过轴线垂直于定平台的转动副21与定平台连接，连杆22另一端通过移动副23与第二个连杆24连接，连杆24另一端通过移动副25与第三个连杆26连接，连杆26的另一端通过轴线平行于动平台28的转动副27与动平台连接，其中第一个连杆22两端运动副21、23中心线相互垂直，第二个连杆24两端两个移动副方向相互垂直且都平行于定平台，第三个连，26两端的运动副25、27中心线相互平行。
(2R)并联机构由动平台28、末端平台36以及连接两平台间的两条支链组成。其中，支链四中第一个连杆30通过轴线平行于动平台的转动副29与动平台连接，连杆30另一端通过转动副31与第二个连杆32连接，连杆32另一端转动副33与第三个连杆34连接，连杆34的另一端通过转动副35与末端平台36连接，其中转动副29、31、33轴线相互平行，第三个连杆34两端转动副33、35轴线相互垂直。
支链五中第一连杆39通过轴线平动平台的转动副38与动平台连接，连杆39另一端通过转动副40与末端平台36连接，其中第一个连杆两端的转动副轴线垂直。
支链一、二中与定平台连接的转动副2、12轴线相互垂直，支链四、五中与末端平台连接的转动副35、40轴线共线。支链一中主动副为转动副2可控制机构沿移动副25方向的移动，其驱动机构可通过伺服电机；支链二中上动副转动副12可控制机构沿移动副23方向的移动，其驱动机构可通过伺服电机，支链三中主动副为转动副21方向的转动可控制机构绕轴线21的转动，其驱动机构可通过伺服电机；支链四中主动副为与末端平台连接的转动副35，控制动平台绕35轴线方向的转动，可通过伺服电机驱动；支链五中主动副为与动平台连接的转动副38，可通过伺服电机驱动。最终实现该机构两移三转一对一的输入与输出运动关系。
Claims (4)
1.一种(2T1R)&(2R)双动平台解耦混联机器人机构，其特征在于：一个(2T1R)并联机构串接一个(2R)并联机构组成，其中(2T1R)并联机构由定平台、动平台以及连接两平台间的三条支链组成，(2R)并联机构由动平台、末端平台以及连接两平台间的两条支链组成。支链一、二中，第一个连杆的一端通过转动副与定平台连接，该连杆的另一端通过转动副与第二个连杆连接，该连杆另一端通过移动副与第三个连杆连接，第三个连杆通过转动副与第四个连杆连接，连杆另一端通过转动副与动平台连接，其中第一个连杆两端的转动副轴线相互平行且平行于定平台，第二个连杆两端运动副中心线相互垂直，第四个连杆两端的转动副轴线平行且垂直于动平台；支链三中，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，连杆另一端通过移动副与第二个连杆连接，第二个连杆另一端通过移动副与第三个连杆连接，该连杆的另一端通过轴线平行于动平台的转动副与动平台连接，其中第二个连杆两端两个移动副方向相互垂直且都平行于定平台，第三个连杆两端的运动副中心线相互平行；支链四中第一个连杆通过轴线平行于动平台的转动副与动平台连接，连杆另一端通过转动副与第二个连杆连接，连杆另一端转动副与第三个连杆连接，连杆的另一端通过转动副与末端平台连接，其中第一、二个连杆两端的轴线相互平行，第三个连杆两端转动副轴线相互垂直；支链五中第一连杆通过轴线平动平台的转动副与动平台连接，连杆另一端通过转动副与末端平台连接，其中第一个连杆两端的转动副轴线垂直。
2.按照权利要求1所述的一种(2T1R)&(2R)双动平台解耦混联机器人机构，其特征在于：上述支链、二中与定平台连接的转动副垂直布置，支链四、五中与末端平台连接的转动副轴线共线。
3.按照权利要求1所述的一种(2T1R)&(2R)双动平台解耦混联机器人机构，其特征在于：上述支链一、二中第三个连杆两端的移动副和转动副可以用圆柱副代替，支链三中第三个连杆两端的移动副和转动副可以用圆柱副代替。
4.按照权利要求1所述的一种(2T1R)&(2R)双动平台解耦混联机器人机构，其特征在于：上述与定平台连接的三个转动副为主动副，支链四中与末端平台连接的转动副为主动副，支链五中与动平台连接的转动副为主动副。
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